Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: ………………………………………………………………….
2. Lớp: …………………………… Số thẻ SV: ..………………………………………
3. Tên đề tài: …………………………………………………………………………....
4. Người hướng dẫn: ………………………….………… Học hàm/ học vị: ………….
II. Nhận xét đồ án tốt nghiệp:
1.

Về tính cấp thiết, sáng tạo và ứng dụng của đồ án: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..

2.

Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là
4đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..

3.

Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..

4.

NCKH: (nếu có bài báo khoa học hoặc ĐATN là đề tài NCKH: cộng thêm 1đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..

5.

Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..

III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:
2. Đề nghị:

/10

Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày

tháng

Người hướng dẫn

i

năm 201


Ghi chú: Điểm đánh giá có thể cho lẻ đến mức 0,5.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
V. Thông tin chung:
5. Họ và tên sinh viên: ……….………………………………………………………….
6. Lớp: …………………….……… Số thẻ SV: ..………………………………………
7. Tên đề tài: …………………………………………….……………………………....
8. Người phản biện: ..………………………….………… Học hàm/ học vị: ………….
VI.Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm Điểm Điểm
tối đa trừ còn lại

TT Các tiêu chí đánh giá

1
1a
1b
1c
1d
1e
1f
2
2a
2b
3

Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp,
giải quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao
- Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự
nhiên trong vấn đề nghiên cứu
- Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên
ngành trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô
phỏng, tính toán trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài
ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề
- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn:
Kỹ năng viết:
- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc
tích
- Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định
dạng

Tổng điểm đánh giá: theo thang 100
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

80
15
25
10
10
10
10
20
15
5

3. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. Ý kiến khác:
………………………………………………………………………………………..
5. Đề nghị:
Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng năm 201…

i


Người phản biện
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: …….….……………………………………………………….
2. Lớp: …………………….….… Số thẻ SV: ..………………………………………
3. Tên đề tài: ……………………………….………….……………………………....
4. Người phản biện: ..……………………..…….………… Học hàm/ học vị: ………
II. Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời
1. ……………….……………….……..………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2. ………………………………………..……………………………………………..
………………………………………………………………………………………
Đáp án: (người phản biện ghi vào khi chấm và nộp cùng với hồ sơ bảo vệ)
1. ……………….……………….……..………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2. ………………………………………..……………………………………………..
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 201…

Người phản biện

i


TÓM TẮT
Tên đề tài: Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí
nghiệm xác định lực cản khí động
Nội dung tóm tắt:
Trong các hoạt động thí nghiệm khí động người ta phải thực hiện thí nghiệm để xác
định lực cản của gió tác động lên một mô hình, vật thể. Tuy nhiên việc đo đạc trên một
phương tiện di chuyển là rất khó khăn và nguy hiểm. Từ đó người ta xây dựng ống khí
động để mô phỏng tác động của các lực khí động lên mô hình đặt trong ống.
Đề tài tốt nghiệp gồm hai phần: Thiết kê bộ đế ru lô để mô phỏng mặt đường và
xem xét ảnh hưởng của chuyển động quay bánh xe đến lực cản tác dụng lên xe và
Thiết kế bộ điều khiển góc nghiêng cánh máy bay để xác định lực cản và lực nâng tác
dụng lên cánh ở các góc tấn khác nhau.
Bên cạnh đó, nhóm cũng tiến hành các bài thí nghiệm nâng cao trên những bộ thí
nghiệm đã thiết kế.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT
Họ tên sinh viên
Số thẻ SV
Lớp
Ngành
1
Hồ Duy Vinh
103120109 12C4A
Kỹ thuật cơ khí
2
Nguyễn Phi Trường 103120103 12C4A
Kỹ thuật cơ khí
1. Tên đề tài đồ án:
CẢI TIẾN, NÂNG CẤP BỘ THÍ NGHIỆM ỐNG KHÍ ĐỘNG VÀ XÂY
DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC CẢN KHÍ ĐỘNG

i


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian
từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự
quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất,

em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô ở Khoa Cơ khí Giao thông đã cùng với tri
thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Và đặc biệt trong học kỳ này, để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp, chúng em xin
gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Phan Thành Long, người đã tận tình hướng
dẫn chúng em trong suốt thời gian làm đồ án. Sự chỉ bảo tận tình và chu đáo của thầy
giúp chúng em hoàn thành mô hình thí nghiệm cũng như bản thuyết minh đúng thời
hạn. Kế tiếp, chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Sơn đã tạo điều kiện để chúng
em có thể làm đồ án tại phòng thí nghiệm thủy khí, thầy Phùng Minh Nguyên và thầy
Võ Như Tùng đã cho chúng em mượn các dụng cụ và thiết bị cắt, mài trong quá trình
làm mô hình cũng như đua ra các lời khuyên, góp ý để mô hình của chúng em đẹp mắt
và gọn nhẹ hơn. Chúng em cũng xin cảm ơn các bạn của khoa Cơ khí đã nhiệt tình
giúp đỡ chúng em hoàn thành mạch điện tử và chương trình cho mạch điện tử.
Đồ án được được thực hiện trong khoảng thời gian khoảng 3 tháng. Bước đầu chúng
em đi vào tìm hiểu về nghiên cứu khoa học cũng như xây dựng mô hình thí nghiệm,
kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ do vậy những thiếu sót là điều chắc
chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các
bạn học cùng lớp để chúng em có thể rút ra kinh nghiệm cho bản thân để sau khi ra
trường chúng em có thể làm việc tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 28 tháng 05 năm 2017
Nhóm sinh viên

ii


CAM ĐOAN
Nhóm sinh viên Hồ Duy Vinh, Nguyễn Phi Trường xin cam đoan trong quá trình
thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp không phạm vào các hành vi vi phạm liêm
chính học thuật để tạo lợi thế cho bản thân hoặc người khác trong học thuật một cách

bất công như bịa đặt, gian lận, đạo văn, giúp người học khác vi phạm.
Nhóm sinh viên

iii


MỤC LỤC
Chương 1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.........................................................2
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ỐNG KHÍ ĐỘNG..........................................................3
Khoảng áp suất............................................................................................................. 21
Chương 3. NGHIÊN CỨU LỰC CẢN TÁC DỤNG LÊN CÁC VẬT THỂ THÔNG
THƯỜNG....................................................................................................................26
Chương 4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH GÓC NGHIÊNG ĐỂ THÍ NGHIỆM DÒNG
CHẢY QUA BIÊN DẠNG CÁNH..............................................................................32

iv


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của biến tần Schneider Altivar 312.............................14
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của máy đo vận tốc gió PCE TA-30...........................16
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật của cảm biến đo lực CAS BCA-50L..........................19
Bảng 2.4. Tính năng hoạt động cảm biến MPXHZ6400A.......................................20
Bảng 2.5. Đặc tính hoạt động (VS = 5.0 Vdc, TA = 25°C, khoảng nhiệt độ hoạt đông
0oC-85oC)....................................................................................................................20
Bảng 3.1. Lực cản và hệ số cản tác dụng lên vật thể hình đĩa phẳng..........................27
Bảng 3.2. Lực cản và hệ số cản tác dụng lên vật thể hình trụ đứng............................28
Bảng 3.3. Lực cản và hệ số cản tác dụng lên vật thể hình cầu....................................29
Bảng 4.1 Số liệu biên dạng cánh NACA 0012 ..........................................................37
Bảng 4.2. Số liệu biên dạng cánh SG6043...............................................................41

Bảng 4.3. Thông số kỹ thuật của servo futaba s3003..............................................49
Bảng 4.4. Các chân chức năng của LCD HD 44780...............................................51
Bảng 4.5. Thông số bộ điều khiển góc nghiêng.......................................................52
Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật của loadcell loại 20kg.................................................53
Bảng 4.7. Thông số kỹ thuật của mạch chuyển đổi HX711 ADC 24 bít...............54
Bảng 4.8. Kết quả quá trình đo xác định vận tốc trung bình theo tần số................59
Bảng 4.9. Giá trị đo được với vận tốc 5,4 m/s

Re= 87200.................................60

Bảng 4.10. Giá trị đo được với vận tốc 7,94 m/s, Re = 111375..............................61
Bảng 4.11. Giá trị đo được với vận tốc 10,63 m/s, Re = 148546.............................61
Bảng 4.12. Giá trị đo được với vận tốc 13,27 m/s Re= 185438...............................62
Bảng 4.13. Giá trị đo được với vận tốc 16,03 m/s Re= 224007...............................62
Bảng 4.14. Giá trị đo được với vận tốc 5,4 m/s

Re= 87200..............................64

Bảng 4.15. Giá trị đo được với vận tốc 7,94 m/s, Re = 111375...............................65
Bảng 4.16. Giá trị đo được với vận tốc 10,63 m/s, Re = 148546..............................65
Bảng 4.17. Giá trị đo được với vận tốc 13,27 m/s Re= 185438................................66
Bảng 4.18. Giá trị đo được với vận tốc 16,03 m/s Re= 224007................................66
Hình 2.1. Mô hình máy bay X-48 đang được thí nghiệm trong ống khí động, trung tâm
nghiên cứu Langley NASA, Hampton, Virginia, Hoa Kỳ............................................4
Hình 2.2. Mô hình xe đua Pagani Zonda F đang được thí nghiệm trong ống khí động
..................................................................................................................................... 4
v


Hình 2.3. Mô hình trường Đại học kiến trúc TP HCM ứng dụng khí động học sẽ được

xây dựng tại quận 9.....................................................................................................5
Hình 2.4. Các vận động viên đang tập luyện với ống khí động...................................5
Hình 2.5. Mô hình ống khí động cơ bản......................................................................6
Hình 2.6. Sơ đồ khu vực thí thí nghiệm với ống khí động loại hở, Diamler-Benz
Aerospace Airbus, Bremen, Đức.................................................................................7
Hình 2.7. Hầm gió loại kín, Defense Establishment Research Agency @ERA,
Bedford, Anh...............................................................................................................7
Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo ống khí động thí nghiệ.........................................................12
Hình 2.9. Biến tần Schneider Altivar 312....................................................................13
Hình 2.10. Sơ đồ khối hoạt động của biến tần.............................................................14
Hình 2.11. Máy đo vận tốc gió....................................................................................15
Hình 2.12. Cảm biến đo lực CAS BCA-50L...............................................................17
Hình 2.13. Hoạt động của màng điện trở biến dạng.....................................................18
Hình 2.14. Sơ đồ khối mạch nội bộ được tích hợp trên một chip cảm biến áp suất.....19
Hình 2.15. Mạch ứng dụng điển hình (hoạt động của nguồn ra)..................................21
Hình 2.16. Tín hiệu đầu ra cảm biến (Volts) tương ứng với áp suất đầu vào
theo một đĩa phẳng......................................................................................................22
Hình 2.17. Bảng sai số nhiệt độ...................................................................................22
Hình 2.18. Bảng sai số áp suất.....................................................................................23
Hinh 3.1. Vật cản hình lăng trụ đứng...........................................................................26
Hình 3.2. Vật cản hình cầu..........................................................................................26
Hình 3.3. Vật cản hình đĩa phẳng................................................................................27
Hình 3.4. Đồ thị hệ số cản của vật thể hình đĩa phẳng theo tốc độ gió........................27
Hình 3.5. Đồ thị hệ số cản của vật thể hình trụ đứng theo tốc độ gió..........................28
Hình 3.6. Đồ thị hệ số cản của vật thể hình cầu theo tốc độ gió..................................29
Hình 4.1. Mô phỏng khí động học tác dụng lên máy bay..........................................31
Hình 4.2. Biên dạng cánh của máy bay chiến đấu ....................................................32
Hình 4.3. Hình dạng mép trước của biên dạng cánh máy bay thương mại...............32
Hình 4.4. Biên dạng cánh đối xứng...........................................................................33
Hình 4.5. Biên dạng cánh không đối xứng................................................................33

Hình 4.6. Phân bố pá suất và ứng suất qua vật thể.....................................................33
Hình 4.7. Các lực ảnh hưởng lên biên dạng cánh......................................................34
Hình 4.8. Hệ số nâng và hệ số cản theo góc tấn α......................................................34
Hình 4.9. Hệ số cản và hệ số nâng của cánh máy bay
v


NACA 0012, NACA 0009, NACA 0006.................................................................36
Hình 4.10. Biên dạng cánh máy bay NACA 0012.......................................................39
Hình 4.11. Mô hình vẽ cánh máy bay NACA 0012...................................................40
Hình 4.12. Mô hình cánh máy bay NACA 0012.......................................................41
Hình 4.13. Mô hình vẽ cánh SG6043........................................................................43
Hình 4.14. Mô hình cánh tuabin gió SG6043............................................................44
Hình 4.15. Loadcell...................................................................................................44
Hình 4.16. Đế gá đỡ cánh...........................................................................................45
Hình 4.17. Thân gá đỡ cánh máy bay........................................................................45
Hình 4.18. Khớp nối chữ L.......................................................................................47
Hình 4.19. Khớp nối với động cơ.............................................................................48
Hình 4.20. Servo futaba s3003..................................................................................49
Hình 4.21. Mạch arduino...........................................................................................50
Hình 4.22. Màn hình LCD HD 44780.......................................................................51
Hình 4.23. Kích thước của loadcell 20kg..................................................................54
Hình 4.24. Mạch chuyển đổi HX711 ADC 24 bít......................................................54
Hình 4.25. Sơ đồ nối dây với mạch chuyển đổi HX711 ADC 24 bít ........................55
Hình4.26. sơ đồ tổng thể cơ cấu điều khiển góc nghiêng..........................................57
Hình 4.27. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lực nâng theo góc nghiêng ...........................63
Hình 4.28. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lực cản theo góc nghiêng ..............................63
Hình 4.29. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lực nâng theo góc nghiêng ...........................67
Hình 4.30. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lực cản theo góc nghiêng ............................67

v


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

MỞ ĐẦU

Khi xem xét một vật chịu tác dụng của một dòng khí hay nước người ta thường xem
xét trực tiếp vật thể tại địa điểm đó. Bằng các thiết bị và máy móc người ta sẽ đo đạc
và tìm được các thông số khí động học của vật thể. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp
việc đo đạc thực tế rất khó khăn vì điều kiện của địa hình, thời tiết, tốc độ dòng khí,
dòng nước…Từ đó người ta xây dựng ra ống khí động để thí nghiệm trong điều kiện
phòng thí nghiệm, mô phỏng với thực tế. Tại xưởng thí nghiệm của khoa Cơ khí Giao
thông đã có một ống khí động như vậy. Tuy nhiên ống khí động còn tồn tại nhiều hạn
chế, cần được nâng cấp, cải tiến để có thể thí nghiệm và cho kết quả chính xác. Với
mục đích đó, nhóm chúng em thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Cải tiến, nâng cấp bộ thí
nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động”.
Với đề tài này, mục tiêu của nhóm là thiết kế, xây dựng được bộ thí nghiệm hoàn
chỉnh để tiến hành thí nghiệm trên ống khí động. Bộ thí nghiệm sẽ xác định được các
lực khí động như lực cản, lực nâng tác dụng lên vật thể và hiển thị kết quả bằng màn
hình LCD. Ống khí động sẽ có thể được dùng để thí nghiệm với các vật thể, mô hình
với nhiều hình dáng khác nhau, mô hình ô tô, cánh máy bay, tua bin gió…
Phương pháp của nhóm để thực hiện việc nghiên cứu với đề tài là thiết kế bộ mô
hình thí nghiệm điều khiển và hiển thị bằng điện tử, tiến hành thí nghiệm với các mô
hình, xác định các lực cản khí động và so sánh với các thông số thực tế. Nhóm cũng
đọc thêm các tài liệu nước ngoài phục vụ cho việc nghiên cứu của mình.
Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm hai phần: Mô hình nâng cấp và thuyết minh. Mô hình
được chia làm hai phần: Bộ đế ru lô để mô phỏng mặt đường và chuyển động quay của
bánh xe, Bộ điều khiển góc nghiêng cánh máy bay. Thuyết minh cũng được xây dựng
từ hai phần của mô hình, tuy nhiên sẽ có thêm phần xây dựng các thí nghiệm để xác

định lực cản khí động.

1


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Chương 1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Trong hoạt động sống của mình, có nhiều lĩnh vực con người phải giải quyết bài
toán về các lực tác dụng lên vật ngập trong chất lỏng chuyển động. Từ việc xác định
lực cản gió tác dụng khi ô tô di chuyển để xác định tính năng động lực. Xác định lực
nâng tác dụng lên một biên dạng cánh trong quá trình thiết kế, chế tạo máy bay .v.v.
Việc đặt các thiết bị đo đạc lên một phương tiện đang di chuyển để đánh giá, khảo sát
các lực tác động lên bề mặt là rất khó khăn và nguy hiểm. Để giải quyết các bài toán
này con người cần phải có một công cụ để tạo ra nguồn gió và phải điều khiển được
nguồn gió này để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, tính toán của mình.
Trong ống khí động là một thiết bị được sử dụng để tạo ra một dòng khí nhân tạo
chảy qua một vật thể đứng yên để xác định các lực khí động tác dụng lên vật thể và
phân bố áp suất trên bề mặt của vật thể này để mô phỏng các trường hợp thực tế. Ống
khí động đưa ra một giải pháp nhanh chóng, thuận tiện, kinh tế và chính xác trong hoạt
động nghiên cứu khí động học.
Vấn đề quan trọng nhất đối với ống khí động đó là khả năng tạo ra một trường dòng
chảy có vận tốc đều đi qua vật thể cần thí nghiệm, bảo đảm tính hiệu quả và chi phí
hoạt động cần thiết. Trong đồ án này, nhóm chúng em đã thiết kế, xây dựng các mô
hình cải tiến trên nền ống khí động đã có sẵn để phục vụ tốt hơn và chính xác hơn cho
việc nghiên cứu khí động học và thực hiện một số thí nghiệm trực tiếp trên ống khí
động này để xác định được lực cản khí động và phân bố áp suất lên bề mặt vật thể.
Ống khí động được dùng để thí nghiệm có tiết diện buồng đo là hình vuông với
chiều dài mỗi cạnh là 36,4 cm và chiều dài của buồng đo là 72 cm. Chiều dài tổng thể

của ống khí động là 3,7 m. Vận tốc gió lớn nhất đi qua buồng đo là 25 m/s. Trong đề
tài này, nhóm chúng em đưa ra các giải pháp và nâng cấp ống khí động đã có theo
hướng tự động hóa. Bên cạnh đó chúng em cũng thực hiện các thí nghiệm trên ống khí
động bằng những bộ nâng cấp.

2


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ỐNG KHÍ ĐỘNG

Thông tin thực nghiệm phục vụ cho việc giải quyết các vấn đề khí động học và thủy
động lực học có thể đạt được bằng nhiều cách từ thí nghiệm bay, kiểm tra thả, xe tên
lửa; đường hầm nước, cánh tay xoắn, ống sốc, bàn nước, mô hình bay, kiểm tra đường
bộ, dãy đạn đạo; và còn rất nhiều các phương pháp khác dẫn đến một danh sách gần
như vô tận. Mỗi cách thức, thiết bị có tính năng ưu việt riêng và không một thiết bị nào
có thể được gọi là "tốt nhất". Ống khí động được thiết kế và sử dụng như một phương
pháp hữu hiệu để thực hiện các thí nghiệm về khí động học. Việc sử dụng ống khí
động tiết kiệm cả chi phí và công sức chế tạo cũng như việc thí nghiệm cũng trở nên
dễ dàng hơn. Các quốc gia và các ngành công nghiệp của thế giới hỗ trợ nghiên cứu
khí động học, trong đó thí nghiệm với các đường hầm gió hay ống khí động là một
mục tiêu chính, theo nhu cầu, khả năng và mong muốn của họ. Ở nhiều quốc gia, có
một tổ chức nghiên cứu quốc gia riêng biệt nhằm gia tăng các hoạt động của các dịch
vụ hỗ trợ cho việc nghiên cứu này. Có rất nhiều nghiên cứu và phát triển khí động học
được thực hiện bởi các tập đoàn vì mục đích dân dụng trong việc phát triển máy bay, ô
tô, phương tiện đường biển và các cấu trúc kiến trúc. Điển hình là đại diện bởi các
thành viên của Hiệp hội Thử nghiệm Khí động học cận âm Subsonic (SATA).
Ống khí động ra đời cách đây gần 100 năm, nhưng tới bây giờ vẫn là công cụ rất
hữu ích cho các nhà nghiên cứu khí động. Mặc dù trong thế giới ngày nay đã có rất

nhiều phương pháp thay thế để nghiên cứu các đặc tính của dòng khí tác động lên các
vật thể bay như các phương pháp mô phỏng số sử dụng máy vi tính, nhưng vẫn chưa
thể loại bỏ hoàn toàn tác dụng của ống khí động. Thông thường trong những công
đoạn cuối nghiên cứu khí động vật thể bay vẫn được kiểm tra lại bằng việc làm thí
nghiệm trong ống khí động. Cơ cấu của ống thổi khí rất chi là đơn giản, bao gồm một
ống tạo luồng, bên trong lắp đặt hệ thống cánh quạt gió, và bên ngoài thì đặt các thiết
bị cân đong đo đếm mà người ta gọi là Cân khí động. Hiện đại hơn nữa thì có thêm các
hệ thống Cân điện tử sử dụng các cảm biến điện trở, các tín hiệu từ cảm biến được
chuyển tới các máy vi tính để chế biến thành các đồ thị phụ thuộc lực khí động, mô
men, … vào các trạng thái đặt vật thí nghiệm. Như vậy là tiện hơn rất nhiều so với
trước đây khi phải dùng bút để ghi ghi chép chép các thông số hiển thị trên các đồng
hồ đo, hoặc trên các vạch cân rồi thống kê lại mà vẽ đồ thị.
Tùy thuộc vào chức năng, kiểu dáng của mình mà ống khí động được chia thành các
loại: ống dưới âm, cận âm, siêu thanh, ống khép kín, ống hở, ống tạo luồng ổn định,
không ổn định, ống có thể thay đổi mật độ không khí, ống thì không.

3


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.1. Mô hình máy bay X-48 đang được thí nghiệm trong ống khí động, trung
tâm nghiên cứu Langley NASA, Hampton, Virginia, Hoa Kỳ
Không chỉ có mục đích là “thổi” các vật thể bay mà ống khí động còn giúp con
người “thổi” bất kỳ vật gì chịu tác động các lực đáng kể sinh ra bởi không khí. Sự
cạnh tranh giữa các nhà chế tạo xe đua ngày nay cũng rất khốc liệt, để nhích xa và
nhanh hơn đối thủ một chút xíu thôi cũng là vấn đề cần công nghệ hóa, các ô tô đua
chạy với tốc độ lớn thường chịu ảnh hưởng lớn bởi các lực khí động, mà quan trọng
nhất là lực cản, con người đã chứng minh rằng lực cản rất có ích cho cuộc sống, nhưng
chỉ cần giảm đi một vài phần trăm lực cản thì cũng đã cho ra đời một dòng sản phẩm

mới, tiết kiệm nhiên liệu một cách đáng kể và tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm.
Cho nên ta cũng không cần ngạc nhiên khi các xưởng chế tạo thay phiên nhau đưa
những chiếc xe đua của mình vào ống thổi để tìm cách tối ưu hóa kiểu dáng khí động.

Hình 2.2. Mô hình xe đua Pagani Zonda F đang được thí nghiệm trong ống khí động.
Hiện đại hơn người ta còn đưa cả một thành phố, một khu đô thị vào ống thổi. Giờ
đây có ống khí động ta sẽ biết được các luồng gió di chuyển thế nào giữa các tòa nhà,
không khí trong lành giúp tốt cho sức khỏe con người. Không chỉ dừng lại ở đó, việc
đưa các tòa nhà cao tầng vào ống thổi khí ta có thể kiểm tra được tòa nhà đó chịu đựng

4


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

được những cơn bão cấp mấy, làm tiền đề cho các nhà cấu trúc nghiên cứu cấu trúc tòa
nhà.

Hình 2.3. Mô hình trường Đại học kiến trúc TP HCM ứng dụng khí động học sẽ
được xây dựng tại quận 9.
Không chỉ được áp dụng cho thủy khí, kiến trúc, xây dựng, ống khí động còn có thể
được áp dụng cho thể thao. Có lẽ sẽ có người hỏi thêm rằng, làm sao mà những vận
động viên nhảy dù họ có thể làm được các động tác nhào lộn, bay lượn như chim trên
bầu trời, rồi họ lại ghép thành vòng đẹp tròn đẹp mắt, việc đó làm rất là khó thế mà họ
làm được, họ đã tập luyện rất công phu mới biểu diễn được như vậy. Nơi họ luyện tập
là một ống khí động cỡ lớn, các cánh quạt tạo gió tạo ra luồng gió thổi lên phía trên.

Hình 2.4. Các vận động viên đang tập luyện với ống khí động
2.1. Các loại ống khí động chính
Như đã giải thích ở trên, ống khí động hay hầm gió được mô tả như một mô hình,

thiết bị mô phỏng lại diễn biến của dòng khí hay chất lỏng theo điều kiện gần giống
nhất với điều kiện thực tế. Các mô hình, vật mẫu sẽ được đặt vào một khu vực gọi là

5


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

buồng đo, thông thường buồng đo được làm trong suốt để có thể quan sát được dòng
khí đi qua vật thể thí nghiệm.
Có nhiều loại ống khí động khác nhau với các trang bị để thí nghiệm cũng khác
nhau. Tuy nhiên một hầm gió cơ bản cần có những phần và trang bị như buồng nắn
dòng, buồng hút, buồng đo, ống khuếch tán và quạt gió. Các hầm gió lớn và hiện đại
còn được trang bị thêm các cảm biến, phiến hướng dòng, khu vực điều khiển, camera
ghi hình…

Hình 2.5. Mô hình ống khí động cơ bản
Ống khí động nhìn chung được phân loại theo tốc độ dòng khí trong buồng đo hay
phân loại theo hướng chuyển động của dòng khí. Có hai loại ống khí động chính và hai
cấu hình thử nghiệm cơ bản. Tuy nhiên, có rất nhiều các biến thể về đặc trưng cụ thể
của các ống khí động khác nhau. Hai loại cơ bản là ống khí động kín và ống khí động
hở. Không khí chảy qua một ống khí động mạch hở đi theo một con đường thẳng từ lối
vào qua buồng nắn dòng tới buồng đo tiếp theo là ống khuếch tán, phần quạt và đầu ra
của dòng không khí. Ống khí động có thể có buồng đo không có phần bao rắn (dòng
khí hở hoặc loại Eiffel) hoặc phần bao rắn (dòng khí kín hoặc kiểu National Physical
Laboratory (NPL)). Hình 2.6 cho thấy sơ đồ của một ống khí động loại hở với một
dòng khí kín.

6

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.6. Sơ đồ khu vực thí thí nghiệm với ống khí động loại hở, Diamler-Benz
Aerospace Airbus, Bremen, Đức
Không khí trong một ống khí động kín, kiểu Prandtl hoặc kiểu Gottingen, tuần hoàn
liên tục không hoặc ít có sự trao đổi với không khí bên ngoài. Một ví dụ của một ống
khí động mạch kín được thể hiện trong hình 2.7. Đại đa số các ống khí động mạch kín
có một đường không khí trở lại duy nhất, tuy nhiên các biến thể đã cho ra ống khí
động với nhiều đường quay lại. Ống khí động loại kín có thể có phần kiểm tra đóng
hoặc mở, và một số đã được xây dựng mà có thể chạy bằng phần thử nghiệm mở hoặc
đóng, nếu cần cho một chương trình thử nghiệm cụ thể. Như với bất kỳ thiết kế kỹ
thuật nào, có ưu điểm và nhược điểm với cả ống khí động hở và ống khí động kín. Nói
chung, loại ống khí động được quyết định dựa trên chi phí sẵn có và mục đích thí
nghiệm.

7


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

Hình 2.7. Hầm gió loại kín, Defense Establishment Research Agency @ERA,
Bedford, Anh
- Ống khí động loại hở
+ Ưu điểm
1. Giá thành xây dựng rẻ.
2. Không phát sinh vấn đề về làm sạch nếu cần thí nghiệm với động cơ đốt trong
hay thí nghiệm với dòng khói để quan sát bởi vì cả đầu vào và đầu ra của dòng khí đều
mở ra với không khí bên ngoài
+ Nhược điểm

1. Nếu đặt trong một căn phòng, tùy thuộc vào tỷ lệ của ống khí động và căn phòng,
sẽ cần có một màng che để lọc không khí trước khi vào ống.
2. Với một kích thước và tốc độ, ống khí động sẽ cần nhiều năng lượng hơn để vận
hành, đặc biệt là trong các thí nghiệm nâng cao.
3. Nhìn chung, ống khí động loại hở thường ồn khi làm việc, cần có các biện pháp
cách âm hoặc khử rung.
Vì giá thành ban đầu để xây dựng không cao, ống khí động loại hở thường được
dùng cho các trường đại học nơi mà các thí nghiệm chỉ phục vụ cho các môn học, học
phần và việc nghiên cứu nâng cao là chưa cần thiết.
- Ống khí động loại kín
+ Ưu điểm

8


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

1. Thông qua phiến dẫn dòng và các tấm chắn, chất lượng dòng không khí được
kiểm soát. Phần quan trọng nhất phụ thuộc vào các hoạt động thí nghiệm và ảnh hưởng
của điều kiện thời tiết.
2. Cần ít năng lượng hơn đối với một buồng đo và vận tốc gió cụ thể. Điều này rất
quan trọng trong các thí nghiệm dài ngày (hai hoặc ba lần một ngày, năm đến sáu ngày
một tuần)
3. Làm việc êm, ít gây ra tiếng ồn
+ Nhược điểm
1. Giá thành cao hơn rất nhiều do giá của ống tuần hoàn và phiến dẫn dòng.
2. Bị ảnh hưởng bởi điều kiện làm sạch nếu thí nghiệm với động cơ đốt trong hay
dòng khói để quan sát.
3. Nếu phải thí nghiệm dài ngày, ống khí động cần phải có bộ trao đổi không khí
hoặc các phương pháp khác để làm mát.

Bên cạnh đó còn có các loại ống khí động như:
- Ống khí động dưới âm và cận âm. (dòng khí chuyển động với tốc độ…)
- Ống khí động siêu âm.
- Ống khí động thẳng đứng
- Ống khí động cho hàng không, gồm có:
+ Ống khí động với chỉ số Reynolds cao: ở loại này người ta dùng các cách để
tăng số Reynolds như tăng áp suất dòng khí, sử dụng khí nặng như Freon hay R-134a,
làm lạnh dòng khí, tăng độ chân không để mô phỏng không khí ở độ cao lớn.
+ Ống khí động V/STOL: có kích thước lớn nhưng tốc độ dòng khí chỉ cần nhỏ.
+ Ống khí động quay: máy bay có xu hướng quay khi đứng yên trên không. Ống
khí động này dùng để mô phỏng hiện tượng đó.
- Ống khí động cho ô tô, gồm có:
+ Ống khí động mô phỏng dòng chảy ngoài.
+ Ống khí động mô phỏng thời tiết: ống khí động này dùng để đánh giá hoạt
động của hệ thống cửa, hệ thống phanh…dưới các điều kiện thời tiết khác nhau. Hầu
hết các nhà sản xuất ô tô lớn có hệ thống ống khí động kiểu này.
- Ống khí động dùng để đo tiếng ồn của dòng chảy.
2.2. Các cách đo đạc
Tốc độ dòng khí và áp suất được đo bằng nhiều cách khác nhau trong ống khí động.
Vận tốc dòng khí qua buồng đo được xác định bằng phương pháp Bernoulli. Hướng đi
của dòng khí xung quanh vật thể có thể xác định bằng cách đặt một búi chỉ lên bề mặt

9


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

khí động. Để quan sát dòng chảy này có thể dùng một mũi nhỏ và đẩy khói hoặc bong
bóng khí qua mũi vào dòng chất lưu.
Các lực khí động tác dụng lên mô hình thường được đo bằng cảm biến đo lực, cảm

biến kết nối với mô hình thông qua thanh hoặc dây. Sự phân bố áp suất qua mô hình
thí nghiệm thường được đo bằng cách khoan nhiều lỗ nhỏ dọc theo chiều chuyển động
của dòng chất lưu sau đó dùng hệ thống ống nước để đo áp suất ở các lỗ. Tuy nhiên
ngày nay người ta đã có phương pháp Sơn chịu áp, ở phương pháp này người ta sơn
một lớp sơn đặc biệt lên bề mặt cần đo, áp suất tại điểm đo càng cao, chất huỳnh
quang trền bề mặt càng tối. Một phương pháp khác để đo sự phân bố áp suất là dùng
một dãy các các cảm biến, kết nối với nhau thành một dây đai. Dây này sau đó được
gắn vào bề mặt cần đo và gửi tín hiệu để hiển thị sự phân bố.
Các đặc trưng khí động học của mô hình thực tế và mô hình thí nghiệm có thể hoàn
toàn khác nhau. Tuy nhiên chúng ta có thể xem xét các quy luật tương đồng để đánh
giá sự khác biệt của các đặc trưng khí động học này.
2.3. Các thông số quan trọng cho sự tương đồng
Tiến hành thí nghiệm với mô hình vật thể là hoạt động chủ yếu của hầu hết các ống
khí động. Tuy nhiên vì mô hình vật thể đã được thu nhỏ theo một tỷ lệ nào đó nên
chúng ta cần xem xét sự ảnh hưởng của sự thu nhỏ này và các thông số quan trọng liên
quan. Với mục đích đó, cần xem xét các hệ số vô hướng xuất hiện trong các phương
trình thủy khí. Các hệ số này được chọn tùy theo mục đích của bài thí nghiệm, tuy
nhiên hầu hết chúng ta cần xem xét các hệ số và yếu tố sau:
- Sự tương đồng kích thước: tất cả các kích thước của mô hình thí nghiệm phải
tương đồng và là bản thu nhỏ theo một tỷ lệ nào đó của mô hình thật.
- Số Mach: tỷ số giữa tốc độ dòng khí so với tốc độ âm thanh của mô hình thí
nghiệm và mô hình thật phải giống nhau (có cùng số Mach giữa hai mô hình không
nhất thiết là sẽ có cùng tốc độ dòng khí).
- Số Reynolds: tỷ số giữa lực quán tính và độ nhớt. Tỷ số này khó để thỏa mãn với
mô hình thí nghiệm và điều này dẫn đến một sự cải tiến trong ống khí động để có thể
thay đổi độ nhớt của dòng chảy, bù cho sự tỷ lệ của mô hình.
- Số Froude: tỷ số giữa lực quán tính dòng chảy và ngoại lực (trong nhiều trường
hợp ngoại lực này do trọng lực sinh ra)
Khi một vật thể di chuyển trong chất lỏng, các lực tác dụng tăng dần vì độ nhớt của
chất lỏng, tính đàn hồi, quán tính và trọng lực. Các lực này được thể hiện trực tiếp qua

các thuật ngữ khác nhau trong phương trình Navier-Stokes

10


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

 ∂v

ρ  + v.∇v ÷ = −∇p + ∇.Τ + f
 ∂t


(2.1)

Lực quán tính, tương ứng với vế trái của phương trình Navier-Stokes, đặc trưng cho
khối lượng không khí bị ảnh hưởng và gia tốc cho khối lượng không khí đó. Do đó,
một lượng lớn không khí bị ảnh hưởng bởi vật thể chuyển động, chúng ta có thể nói
rằng lực quán tính là kết quả của việc gia tốc cho một khối lượng không khí. Đặt khối
lượng không khí này là kl3, trong đó l là chiều dài của vật thể và k là hằng số cho dạng
của vật thể. Từ đó chúng ta có thể viết:
Lực quán tính =

ρ.l3 .V
t

(2.2)

Trong đó ρ là khối lượng riêng không khí, V là vận tốc vật thể, t là thời gian. Thay thế
t bằng l/V ta có:

Lực quán tính =

ρ.l3 .V
= ρl 2 V 2
l/V

(2.3)

Độ nhớt, theo định nghĩa, có thể được viết là:
Độ nhớt = µ.l.V

(2.4)

Trong đó μ là hệ số nhớt (kg/m.s)
Trọng lực đặc trưng cho khối lượng của vật thể, hay đặc trưng cho hình khối theo
chiều dài. Trọng lực có thể được viết:
Trọng lực = p.l3.g

(2.5)

Lực đàn hồi có thể viết đơn giản là:
Lực đàn hồi = p.l2

(2.6)

2
Vận tốc âm thanh a liên hệ với áp suất và khối lượng riêng theo công thức a =

Từ đó ta có: Lực đàn hồi = ρa2l2

p
.
ρ

(2.7)

Từ tất cả các lực ở trên ta có các hệ số:

ρ
Hệ số Reynolds = Lực quán tính/Độ nhớt = Vl
µ
Số Mach = Lực quán tính/Lực đàn hồi =

V
a

Số Froude = (Lực quán tính/Trọng lực)1/2 =

(2.8)
(2.9)

V2
lg

(2.10)

Phương trình cuối cùng có một căn bậc 2. Trong thí nghiệm ống khí động, số
Froude là một tham số quan trọng cho tính tương đồng và chỉ được dùng cho các thí

11

Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

nghiệm động lực trong đó mô hình di chuyển và có tác dụng của lực khí động. Trong
các thí nghiệm mà mô hình đứng yên trong khi thu thập số liệu, hệ số Reynolds và số
Mach là tham số tương đồng quan trọng. Nếu thí nghiệm ở mô hình có cùng hệ số
Reynolds và số Mach như mô hình thực tế thì khi đó cả hai giống nhau về mặt khí
động học. Các phương trình vô hướng cho các thành phần vận tốc của chất lỏng, hệ số
áp suất, khối lượng riêng, độ nhớt và nhiệt độ sẽ như nhau đối với mô hình thí nghiệm
và mô hình thực tế. Do đó lực và các hệ số mô men của dòng chảy cũng sẽ như nhau.
Với các điều kiện này, các lực lấy từ mô hình thí nghiệm quan hệ trực tiếp với các

1
ρ∞ V∞2l 2 .
2
Mô men lấy từ mô hình thí nghiệm quan hệ trực tiếp với các lực trên mô hình thực tế
lực trên mô hình thực tế bằng cách nhân thêm với các hệ số lực một lượng

1
ρ∞ V∞2l3 . Trong thực tế khó có
2
thể kết hợp cả hệ số Reynolds và số Mach vào mô hình thực tế trong một thí nghiệm
với mô hình nhỏ. Vì vậy cần lựa chọn một thông số quan trọng nhất. Việc kết hợp số
Mach thường được áp dụng cho các phương tiện bay vì với các phương tiện bay với
tốc độ cao số Mach được xem là thông số quan trọng nhất. Và ngược lại với các
phương tiện bay ở tốc độ thấp. Rất nhiều thí nghiệm với ống khí động tỏ ra nhạy cảm
và bị ảnh hưởng bởi hệ số Reynolds. Mặc dù việc kết hợp là khó khăn nhưng ống khí
động vẫn là một trong những công cụ hữu hiệu nhất cho các thí nghiệm về khí động
học.

bằng cách nhân thêm với các hệ số mô men một lượng

Thực tế, từ quan hệ giữa mô hình thí nghiệm và mô hình thực tế, lực tác động trên
một bề mặt thực tế, là một hàm theo hệ số Reynolds, không đổi nếu dòng chảy, nhiệt
độ của nó và áp suất dòng tự do là không đổi. Điều này có thể được thấy qua một
thành phần lực. Ví dụ lực cản, ta có:

1
1 ρ∞2 V∞2l 2 µ ∞2
2
D = ρ∞ V∞ lCd (Re) =
. 2 C d (Re)
2
2 µ ∞2
ρ∞

(2.11)

1 2 µ ∞2
µ ∞2 RT∞ 2
D = Re 2 Cd (Re) =
Re Cd (Re)
2
ρ∞
2ρ∞2

(2.12)

Hay

Điều này cho thấy lực cản đối với một bề mặt nhất định với chiều dài khoảng 3m
và di chuyển với tốc độ 30 km/h bằng lực cản với cũng bề mặt đó với chiều dài 0,3m
di chuyển với tốc độ 300 km/h, nếu nhiệt độ chất lưu và áp suất không đổi. Hay lực

12


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

cản trên một mô hình xe tải bằng 1/8 mô hình thật ở tốc độ 300 km/h sẽ như lực cản
với mô hình thật ở tốc độ 37 km/h.
2.4. Ống khí động và các dụng cụ được sử dụng trên ống khí động
2.4.1. Cấu tạo của ống khí động thí nghiệm
Ống khí động thí nghiệm là loại hầm hở, buồng đo kín và bao gồm các thành phần cơ
bản sau:
1
2
3

4

5

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo ống khí động thí nghiệm
1. Buồng nắn dòng 2. Buồng hút. 3. Buồng đo 4. Ống khuếch tán 5. Quạt gió
- Buồng nắn dòng
Đây là khu vực đầu tiên không khí đi qua ống khí động. Buồng nắn dòng có tác dụng
loại bỏ ảnh hưởng của các luồng gió bên ngoài,nắn thẳng dòng khí đi qua ống khí
động để làm giảm các nhiễu động đan xen nhau của dòng khí tốc độ cao. Các nhiễu
động này làm giảm sự chính xác khi mô phỏng dòng chảy qua vật thể khi qua buồng

đo.
- Buồng hút
Khu vực thứ hai dòng khí đi qua ống khí động là buồng hút. Buồng hút có nhiệm vụ
hút một lưu lượng lớn không khí với vận tốc thấp bên ngoài và tăng tốc độ dòng khí
lên cao và hướng nó vào buồng đo.
- Buồng đo
Sau khi đi qua buồng nắn dòng và buồng hút, dòng khí đã được nắn thẳng, đồng dạng
và có vận tốc mong muốn sẽ đi vào buồng đo, nơi đặt mô hình thí nghiệm và thiết bị
mô phỏng dòng chảy. Các cảm biến lực để xác định lực cản, lực nâng khí động sẽ
được gắn vào mô hình để xác định các ảnh hưởng dòng khí tác động lên nó.
- Ống khuếch tán
Sau khi ra khỏi buồng đo, dòng khí sẽ đi qua ống khuếch tán. Nhiệm vụ của ống
khuếch tán là giảm tốc độ của dòng khí trước khi đi vào quạt gió để thoát ra ngoài
hoặc tuần hoàn trở lại.

13


Cải tiến, nâng cấp bộ thí nghiệm ống khí động và xây dựng các bài thí nghiệm xác định lực cản khí động

- Quạt gió
Là quạt hướng trục, có công suất 2,2 kW. Quạt gió có nhiệm vụ cung cấp năng lượng
cho dòng khí để đi qua ống khí động để đạt được tốc độ lớn nhất tại buồng đo là >25
m/s.
Biến tần Schneider Altivar 312
Nhiệm vụ của biến tần
Vì quạt gió của ống khí động được sử dụng được dẫn động bởi động cơ điện ba pha
không đồng bộ. Do đó, biến tần được sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ, từ đó thay
đổi vận tốc gió đi qua ống khí động. đây là một thiết bị không thể thiếu đối với ống khí
động vì một trong những yêu cầu đối với ống khí động là điều khiển được vận tốc

dòng không khí đi qua vật thể thí nghiệm.

Hình 2.9. Biến tần Schneider Altivar 312
Nguyên lý hoạt động của biến tần
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều
bằng phẳng. Sau đó, điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp
xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ IGBT
(transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung
(PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số
chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ
và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

14