Nghiên cứu tương tác khí động lực cánh chính và cánh đuôi ngang có xét đến cân bằng mômen ở chế độ bay bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI VINH BÌNH

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC KHÍ ĐỘNG LỰC CÁNH
CHÍNH VÀ CÁNH ĐUÔI NGANG CÓ XÉT ĐẾN CÂN
BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI VINH BÌNH

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC KHÍ ĐỘNG LỰC CÁNH
CHÍNH VÀ CÁNH ĐUÔI NGANG CÓ XÉT ĐẾN CÂN
BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG

Ngành
Mã số

: Kỹ thuật cơ khí động lực
: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Hoàng Thị Bích Ngọc

Hà Nội - 2019


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả
nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

Bùi Vinh Bình

năm 2019


ii

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn PGS. TS Hoàng Thị
Bích Ngọc đã dành nhiều thời gian, công sức và trí tuệ hướng dẫn, tận tình chỉ bảo,
động viên giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả thực hiện luận án.
Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy và Tự động thủy khí đã

cho tôi những lời khuyên quý báu trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Viện Cơ khí động lực, Phòng thí
nghiệm Bộ môn Hàng không vũ trụ, các cán bộ trong các cơ quan quản lý của Viện
Cơ khí động lực, Phòng Đào tạo đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện các học phần và
luận án tốt nhất.
Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, những người bạn và đồng nghiệp đã
động viên, khích lệ tinh thần và tạo điều kiện để tôi hoàn thành nhiệm vụ.
Nghiên cứu sinh

Bùi Vinh Bình


iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.1.1. Nghiên cứu thực nghiệm
1.1.2. Phương pháp số
1.1.2.1. Phương pháp kì dị

1.1.2.2. Phương pháp giải phương trìn

1.1.2.3. Phương pháp giải bài toán cân
máy bay
1.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3. Kết luận chương 1
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Phương pháp thực nghiệm

2.1.1. Mô tả thực nghiệm và nguyên lý đo

2.1.2. Hình dạng, kích thước cánh và côn
2.1.3. Đánh giá sai số thực nghiệm
2.2.

Phương pháp kì dị

2.3.

Phương pháp giải hệ phương trình vi phâ

2.4.

Bài toán cân bằng mômen

2.4.1. Cân bằng mômen trong chế độ bay

2.4.2. Điểm trung hòa và lượng dự trữ ổn
2.5.

Kết luận chương 2


iv

Chương 3. DÒNG TRONG VẾT SAU CÁNH MÔ HÌNH
3.1. Hiệu ứng chảy vòng tại mút cánh và dòng dạt xuống
3.1.1. Kết quả thực nghiệm phân bố hệ số áp suất trên cánh
3.1.2. Kết quả thực nghiệm phân bố hệ số áp suất trên các tiết diện
sát mút cánh
3.1.3. Dòng dạt xuống sau cánh xét trên mặt đứng y = const
3.1.3.1. Vận tốc dọc trong vết khí động sau cánh và sự lệch trục vết
3.1.3.2. Góc dòng dạt xuống
3.1.4. Dòng dạt xuống sau cánh xét trên mặt ngang z = const - Liên
hệ giữa dòng dạt xuống và xoáy mút cánh
3.2. Hiệu ứng thành ống khí động ảnh hưởng đến đặc trưng khí động
trên cánh 3D
3.2.1. Kết quả thực nghiệm trên các tiết diện sát thành
3.2.2. Kết quả mô phỏng số
3.3. Góc dòng dạt xuống xác định bằng phương pháp bán giải tích - So
sánh với kết quả số dòng 3D có nhớt
3.3.1. Phương pháp bán giải tích xác định giá trị trung bình của góc
dòng dạt xuống (phương pháp bán giải tích 1)
3.3.2. Phương pháp bán giải tích xác định góc dòng dạt xuống biến

đổi theo phương x và phương z (phương pháp bán giải tích 2)
3.4. Kết luận chương 3
Chương 4. KHÍ ĐỘNG LỰC TƯƠNG TÁC CÁNH CHÍNH VÀ
CÁNH ĐUÔI NGANG MÔ HÌNH
4.1. Ảnh hưởng dòng dạt sau cánh chính tới cánh đuôi ngang với sự
thay đổi góc tới cánh chính
4.1.1. Thực nghiệm đo áp suất trên cánh đuôi ngang chịu ảnh
hưởng dòng dạt xuống sau cánh chính
4.1.2. Dòng sau cánh chính khi có mặt cánh đuôi ngang
4.2. Ảnh hưởng của hệ số dãn dài cánh chính tới khí động cánh đuôi ngang
4.2.1. Kết quả thực nghiệm đo áp suất trên cánh đuôi ngang
4.2.2. Kết quả số góc dòng dạt xuống trên mặt đứng qua gốc cánh
4.3. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai cánh tới dòng dạt xuống


trong vết và khí động cánh chính


v

4.4. Nghiên cứu đối với cánh mũi tên và cánh thang xét trên cánh mô
hình thực nghiệm
4.5. Áp dụng kết quả nghiên cứu trên mô hình cho nguyên hình
4.5.1. Phân tích thứ nguyên và tương tự đối với lực và mômen khí
động bằng sử dụng định lý Vaschy - Buckingham (định lý Π)
4.5.2. Phân tích thứ nguyên và tương tự đối với góc dòng dạt xuống
4.6. Kết luận chương 4
Chương 5. TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỐI VỚI MÁY BAY CÓ
XÉT ĐẾN CÂN BẰNG MÔMEN Ở CHẾ ĐỘ BAY BẰNG
5.1. Tính toán khí động lực tương tác cánh chính - thân - cánh đuôi đối

với máy bay mô hình
5.1.1. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân
5.1.1.1. Hình dạng và kích thước của máy bay mô hình
5.1.1.2. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân
5.1.2. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân và dòng dạt xuống ảnh
hưởng tới khí động lực cánh đuôi ngang
5.1.2.1. Hiệu ứng giao thoa cánh - thân ảnh hưởng tới cánh đuôi ngang
5.1.2.2. Hiệu ứng dòng dạt xuống sau cánh chính ảnh hưởng tới
cánh đuôi ngang
5.2. Tính toán khí động lực và cân bằng mômen ở chế độ bay bằng đối
với máy bay VNT-680
5.2.1. Tính toán khí động lực máy bay VNT-680
5.2.2. Tính toán cân bằng máy bay ở chế độ bay bằng
5.2.2.1. Thay đổi vị trí trọng tâm của máy bay và phương án thay
đổi góc đặt cánh đuôi ngang
5.2.2.2. Sự thay đổi vị trí theo phương đứng, diện tích cánh đuôi
ngang và phương án thay đổi góc đặt cánh đuôi ngang
5.3. Kết luận chương 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO


PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu liên quan đến bài toán khí động

b
c(
CL

S
c

)

D
H

CL0

H

CLα

Đ

CD

H

CD0

H

Cp

H

D

L

Di

L

Dprofile

L

Dp

L

Df

L

g
I

G
T

k

Đ

L

L

M∞

S

p

Á

p∞

Á

S
V∞

D
V

u, v, w,

T

vθ

V

i (iw, iH)

G

α

G

αw , α

G

ε

G

λ

G

λLE, λTE

G

Λ

H

vii

µ
µt
ρ
σ
τˆ
φ
φσ
φD

Cường độ lưỡng cực
Độ nhớt rối
3

Khối lượng riêng của không khí (kg/m )
Cường độ nguồn

Tensor ứng suất
Thế vận tốc
Thế vận tốc cảm ứng từ nguồn
Thế vận tốc cảm ứng từ lưỡng cực

Các ký hiệu liên quan đến thực nghiệm và phương pháp bán giải tích
kT
n
kV
δ

σSD
CV
Δp
p
p
bw
b'w
b

b

DF
Kx
Kz
Kα
Π
kL


Số lần lấy
mẫu đo áp
suất
Sai số dụng
cụ đo
Độ lệch
chuẩn
(standard
deviation)
Hệ số phân
tán

(coefficient
of variation)
(Δp = p - p∞)
Độ chênh áp
suất tĩnh đo
được (Pa)

Giá trị trung bình thực độ chênh áp suất tĩnh (Pa)
Giá trị độ chênh áp suất tĩnh đo được tức thời lần thứ i (Pa)
Sải cánh kể cả phần trong thân (m)
Sải cánh không kể phần trong thân (m)
Khoảng cách giữa hai xoáy tự do (xoáy mút cánh) của cánh chính
kể cả phần trong thân (m)
Khoảng cách giữa hai xoáy tự do (xoáy mút cánh) của cánh
chính không kể phần trong thân (m)
Đường kính thân tại vị trí liên kết với cánh chính (m)
Hệ số tính đến khoảng cách giữa cánh chính và cánh đuôi
ngang theo phương dọc x
Hệ số tính đến khoảng cách giữa cánh chính và cánh đuôi
ngang theo phương đứng z
Hệ số giao thoa khí động giữa thân và cánh
chính Định lý Vaschy – Buckingham (định lý Π)
Tiêu chuẩn tương tự hình học
Tiêu chuẩn tương tự thời gian chuyển
động Tiêu chuẩn tương tự động học


viii

Quy luật phân bố độ vồng đường nhân profile

cánh Quy luật phân bố độ dày profile cánh

ηc, ηc(x)
ηt, ηt(x)

Các ký hiệu liên quan đến bài toán cân bằng và ổn định tĩnh dọc
AC

Điểm tâm khí động

CG

Điểm trọng tâm

Cm

Hệ số mômen chúc ngóc

Cmα

Đạo hàm hệ số mômen chúc ngóc theo góc tấn

h

Khoảng cách giữa hai điểm theo phương đứng (trục z) (m)

h

Cánh tay đòn lực cản của cánh chính (m)

h
h

Cánh tay đòn lực cản của thân (m)

h

Cánh tay đòn lực cản của cánh đuôi đứng (m)

l
l

Khoảng cách giữa hai điểm theo phương dọc (trục x) (m)

Cánh tay đòn lực cản của cánh đuôi ngang (m)

H-C

Cánh tay đòn lực nâng của cánh chính (m)

W-C

l

Cánh tay đòn lực nâng của thân (m)

l

Cánh tay đòn lực nâng của cánh đuôi ngang (m)

l

Cánh tay đòn lực nâng của cánh đuôi đứng (m)

LW-H

Khoảng cách giữa tâm khí động cánh chính và cánh đuôi ngang theo

phương dọc (trục x) (m)
Khối lượng máy bay (kg)

m
M
My)

(

Mômen chúc ngóc (N.m)
Điểm trung hòa

NP

Lượng dự trữ ổn định tĩnh dọc

SM
vH

Tỉ số thể tích của cánh đuôi ngang
Hệ số hiệu quả của cánh đuôi ngang

η
Chữ viết tắt

Cánh đuôi ngang

CĐN

Thiết bị gia công điều khiển bằng máy tính (Computer Numerical Control)

CNC

Thiết bị gia công bằng xung điện (Electrical Discharge Machining)

EDM

Dải đo của thiết bị (Full scale)

F.S.

Kết quả

KQ


ix

LDA

Thiết bị Laser ứng dụng hiệu ứng Doppler (Laser Doppler Anemometry)

PIV

Thiết bị ghi ảnh chuyển động của hạt (Particle Image Velocimetry)

TD

Tiết diện (mặt cắt của cánh)

UAV

Máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle)


x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 3.1
Bảng 3.2

Bảng 3.3
Bảng 4.1
Bảng 4.2
Bảng 4.3
Bảng 4.4
Bảng 5.1
Bảng 5.2

Bảng 5.3
Bảng 5.4
Bảng 5.5

Bảng 5.6

Bảng 5.7

Bảng PL.1
Bảng PL.2

Kết quả
Định ng
toán cân
Định ng
Hệ số lự
thành tại
Góc dòn
phương
(tính với
So sánh
và 2 xác
Hệ số lự

Hệ số lự
Hệ số lự
thuộc và
Bảng thứ
Tọa độ h
Hình họ

Tọa độ c
Cánh tay
Các kết

vị trí trọ
khoảng c
Lượng d
hợp vị tr
với sự th
Lượng d
thay đổi
đổi góc
Thông s
(IAI)) (n
Thông s


xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1

Xoáy mú

Hình 2

Các thành

Hình 3

Lực nâng
máy bay

Hình 1.1

Đo áp suấ

Hình 1.2

Đo áp suấ

Hình 1.3

Đo áp suấ

Hình 1.4

Mô hình m

Hình 1.5

Đường dò

Hình 1.6

Đường dò

Hình 2.1

Ống khí đ

Hình 2.2

Sơ đồ ngu

Hình 2.3

Hình dạn

được làm
Hình 2.4

Hình dạn
nghiệm

Hình 2.5

Cánh chín
khí động

Hình 2.6

(a) Hệ số

Hình 2.7

4412,  =
Độ tin cậy

(10 lỗ phí
tán và hệ

tức thời c
Hình 2.8

(a) Mô hì

thị tín hiệ

(c) Áp su
Hình 2.9

Lưới trên
tử mặt

Hình 2.10

(a) Thế vậ

(b) Điều k


xii

Hình 2.11

Xoáy mú

Hình 2.12

(a) Lưới t

mút cánh
Hình 2.13

Lưới chia

Hình 2.14

Định ngh

toán cân b

trong luận
Hình 2.15

Vị trí tươ

Hình 3.1

Cánh chín

Hình 3.2

(a) Các hà
Phân bố 3

Phân bố 2
Hình 3.3

Hệ số áp
Phân bố 3

Cp tiết diệ
Hình 3.4

Hệ số áp s

Hình 3.5
Hình 3.6

Hệ số áp s
(a) Hệ trụ
y = const

Hình 3.7

(a) Dạng

đứng qua

đường đồ
Hình 3.8

4412,  =
Profile vậ

Hình 3.9

4 ,6 ,8 .
Profile vậ

Hình 3.10

=4 ,6 ,8
Vận tốc đ

o

o

o

o

o

(a) V = 1
Hình 3.11

Góc dòng

m/s; (b) V
Hình 3.12

Góc dòng

(a) V = 1

xiii

Hình 3.13 Góc dòng dạt xuống (dạt lên) trong vết sau cánh (y/b = 1). (a)
V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s
Hình 3.14 Góc dòng dạt xuống theo x tại z/c = 0. (a) V = 16 m/s; (b)
V = 104 m/s
Hình 3.15 Phân bố vận tốc đứng w trên phương sải cánh y (Naca 4412,
o

 = 8 , V = 16 m/s). (a) Trên mặt z/c = 0 ; (b) Qua tâm xoáy
(z/c = 0,08)
o

Hình 3.16 Đường dòng qua tiết diện mút cánh (Naca 4412 ,  = 4 , V
= 16 m/s). (a) Hướng nhìn vào mút cánh; (b) Hướng nhìn vào
mép ra của cánh
Hình 3.17 Vận tốc dọc biến đổi trên phương y (sải cánh) trên mặt z/c =
o

o

o

o

0 với  = 0 và  = 8 . (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s
Hình 3.18 Vận tốc đứng biến đổi trên phương y (sải cánh) trên mặt z/c =
0 với  = 0 và  = 8 . (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s
Hình 3.19 Góc dòng dạt xuống (dạt lên) biến đổi trên phương y (sải

o

o

cánh) trên mặt z/c = 0 với  = 0 và  = 8 . (a) V = 16 m/s;
(b) V = 104 m/s
Hình 3.20 Vận tốc ngang biến đổi trên phương y (sải cánh) trên mặt z/c
o

o

= 0 với  = 0 và  = 8 . (a) V = 16 m/s; (b) V = 104 m/s
o

Hình 3.21 Vận tốc tiếp tuyến vòng xoáy v/V. (a) z/c = 0,  = 0 và 
o

o

o

= 8 , V = 16 m/s; (b) z/c = 0,  = 0 và  = 8 , V = 104
o

m/s; (c) vmin/V tại x/c = 8,5, y/b = 0,948, z/c = 0,  = 8 , V
= 16 m/s; (d) v/V biến đổi trên phương x tại y/b = 0,948 ,
o

z/c = 0,  = 8 , V = 16 m/s
Hình 3.22 Vận tốc ngang, vận tốc đứng, vận tốc tuyến tiếp tuyến vòng

o

o

xoáy với  = 2 ,  = 4 , V = 16 m/s (tại zc/4)
Hình 3.23 Vị trí tiết diện 1 và tiết diện 2 sát thành ống khí động
Hình 3.24 Hệ số áp suất tại hai tiết diện TD. 1 và TD. 2 (Naca 4412). (a)
o

o

 = -4 ; (b)  = 4
Hình 3.25 Hiển thị dòng trên lưng cánh (Naca 4412) tại các góc tới  =
o

o

o

-4 , 0 , 4
Hình 3.26 Hệ số áp suất tại hai tiết diện TD. 1 và TD. 2 (Naca 4412). (a)
o

 = 14 ; (b)  = 18

o


xiv

Hình 3.27

Kết quả m
thành ống
lực nâng

Hình 3.28

Kết quả m
(không có
ống); (c)

trên tiết d
Hình 3.29

Kết quả m
(không có

thành ống

suất trên t
Hình 3.30

Các hệ số

ứng thành
Hình 3.31

Hệ số gia

Hình 3.32

Góc dòng
phương p

Hình 3.33

Góc dòng
phương p

Hình 3.34

Góc dòng
phương p

Hình 3.35

Góc dòng

0. So sánh
pháp mô
Hình 3.36

Góc dòng

y/b = 0,85
Hình 4.1

Gá lắp tổ

Hình 4.2

Mô hình m
ngang

Hình 4.3

(a) Ba hàn

suất trên b
Hình 4.4

Naca 441
Hệ số áp

có profile


xv

Hình 4.5

(a) Hệ số
trên cánh
o

Hình 4.6

8 ); (c) H
Hệ số lực

Hình 4.7

cánh chín
Các dây đ

đuôi ngan

gốc cánh)
Hình 4.8

Vận tốc d
đơn; (b) T

Hình 4.9

Vận tốc đ
đơn; (b) T

Hình 4.10
Hình 4.11

Góc dòng
Cánh đơn
Góc dòng

Hình 4.12

= 4 và 
Hệ số áp

o

Naca 441
o

Hình 4.13

w = 4
Góc dòng

(tại x/c =

và w = 6
Hình 4.14

Góc dòng
(tại z/c =

Hình 4.15

Góc dòng

cách LW-H
Hình 4.16

Đường dò

Hình 4.17

= 1 (Naca
Vận tốc d

suất trên m
LW-H = 2,
Hình 4.18

Các thành

1,25 (trên
1,5c ; 2c ;


xvi

Hình 4.19

Góc  với

Hình 4.20

Hệ số lực

chính và c
Hình 4.21

Vị trí cán

Hình 4.22

nghiệm. (
Hình chiế

vẽ của [13
Hình 4.23
Hình 4.24

Hệ số lực
Đường dò

Hình 4.25

qua gốc c
Góc  cán

trí x = con
 theo x (
Hình 4.26

Hệ số lực
của cánh

Hình 4.27

Tương tự

Hình 4.28

Profile vậ
Internet)

Hình 5.1

(a) Thân m

thước của
Hình 5.2

(a) Lưới t

lực nâng;
Hình 5.3

Đường dò

Hình 5.4

Đường dò
đơn; (b) T

Hình 5.5

(a) Hệ số

TD. 3; (c)
Hình 5.6

Hệ số lực

Hệ số lực

Hình 5.7

Đường dò

đuôi ngan
chính - cá
Hình 5.8

Hệ số lực

của máy b


xvii

Hình 5.9

Hệ số lực
VH). (a)
thân; (b)
chính và

Hình 5.10

Hệ số lực
của cánh

Hình 5.11

Cấu hình

Hình 5.12
Hình 5.13

Đường dò
Hệ số lực

(a) Hệ số

số lực cản
Hình 5.14

Hệ số lực

Hình 5.15

Hệ số lực

(a) Hệ số
Hình 5.16

(a) Vị trí

thành phầ
máy bay
Hình 5.17

Hệ số mô

động (cán

Hình 5.18

(a) Vị trí

hòa; (b) H

và trọng t
Hình 5.19

Vị trí cán

thiết kế (n

Cánh đuô
Hình 5.20

(a) Hệ số

ngóc của

phương đ
Hình 5.21

Hệ số mô

tích cánh
Hình 5.22

Đường dò

ngang nằ
(c) Cánh


xviii

Hình 5.23

Hệ số m

cánh đu

đổi diện
Hình PL.1

Sơ đồ cá

Hình PL.2

Độ tin c
(b) Giá

TD.1 cá
(d1), (e1

(c2), (d2
Hình PL.3

Độ tin c
(b) Giá

TD.2 cá
(d1), (e1

(c2), (d2
Hình PL.4

Độ tin c
(b) Giá

TD.3 cá
(d1), (e1

(c2), (d2
Hình PL.5

Độ tin c
(b) Giá

TD.1 cá
(d1), (e1

(c2), (d2
Hình PL.6

Máy bay

Hình PL.7

Máy bay

MỞ ĐẦU

1.

Tính cấp thiết của đề tài

Dòng qua cánh 3D kéo theo phía sau nó một vùng nhiễu động gọi là vết khí động
(wake). Vết khí động của profile cánh (cánh 2D) là phần chuyển tiếp của hai lớp
biên phía lưng và phía bụng profile cánh chập lại và khuếch tán trong môi trường tự
do không thành rắn. Đối với cánh 3D, một mặt có thể xem vết không gian là tập hợp
của các vết sau profile 2D (cũng là phần chuyển tiếp của lớp biên phía lưng và phía
bụng), nhưng mặt khác cần phải đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng mút cánh khi
cánh 3D được xét với sải hữu hạn và ảnh hưởng này tập trung đặc biệt mạnh ở phần
không gian kéo dài của hai mút cánh với hai xoáy mút cánh (wingtip vortices).
Xoáy mút cánh này tạo nên hiện tượng dòng dạt xuống (downwash) ở phía trong
vết, và dòng dạt lên (upwash) ở phía ngoài vết (hình 1).
Vấn đề nghiên cứu dòng trong vết sau cánh với những hiện tượng vật lý phức tạp
sinh ra từ tương tác lỏng - rắn giữa cánh 3D và dòng chất lỏng là một bài toán rất
phức tạp. Các hiện tượng vật lý xảy ra trên cánh như tổn thất động lượng trong lớp
biên, hiện tượng tách thành, hiệu ứng chảy vòng ở mút cánh, tương tác giữa cánh và
thành rắn cố định cánh (cánh - thân máy bay) được truyền vào trong vết gây nên
dòng nhiễu động phức tạp trong vết. Đây là bài toán cơ bản, quan trọng có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực cơ học thủy khí.
Dòng dạt lên
(Upwash)
Dòng chảy vòng
tại mút cánh
(Circular flow at wingtip)

Xoáy mút cánh
(Wingtip vortex)

Dòng dạt xuống
(Downwash)

Hình 1. Xoáy mút cánh và dòng dạt xuống sau cánh [nguồn: Internet]
Khi xét hệ hai cánh chính (wing) và cánh đuôi ngang (horizontal tail), cánh đuôi
ngang nhỏ hơn cánh chính và nằm trong vết cánh chính. Dòng tới cánh đuôi ngang
không còn là dòng đồng nhất với vận tốc vô cùng, mà là dòng dạt xuống trong vết cánh
chính. Góc dòng dạt xuống sau cánh chính đóng góp phần cơ bản (nhiều trường hợp là
toàn phần) đối với góc tới cánh đuôi ngang, và góc dòng dạt xuống này thay đổi theo cả
ba phương dọc, ngang và đứng. Ảnh hưởng ngược lại của cánh đuôi ngang đối với cánh
chính cũng có nhưng không mạnh như ảnh hưởng xuôi dòng của cánh chính tới cánh
đuôi ngang. Bài toán tương tác khí động lực cánh chính và cánh
1


đuôi ngang là bài toán quan trọng, cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong
lĩnh vực cơ học thủy khí nói chung và khí động hàng không nói riêng.
*
Trong khi bài toán nghiên cứu tính toán dòng qua cánh chính tạo nên vết khí
động sau cánh chính có thể được xét là một bài toán cơ bản của lĩnh vực cơ học
thủy khí, thì bài toán khí động lực cánh đuôi ngang là một bài toán đặc thù của lĩnh
vực hàng không.
Về phương diện tính toán, dòng sau khi qua cánh chính tới cánh đuôi ngang
không còn là dòng đồng nhất với vận tốc vô cùng, mà dòng có xu hướng dạt xuống
thay đổi cả về độ lớn và hướng.
Về phương diện ứng dụng, cánh đuôi ngang là bộ phận chính yếu tạo nên mômen

dọc (mômen chúc ngóc) của máy bay. (Khoảng cách giữa tâm khí động của cánh
đuôi ngang tới trọng tâm máy bay là rất lớn so với các cánh tay đòn lực khí động
khác của máy bay). Một thay đổi rất nhỏ của lực nâng trên cánh đuôi ngang cũng có
thể gây nên sự thay đổi lớn của mômen chúc ngóc của máy bay. Việc xác định chính
xác lực khí động trên cánh đuôi ngang là hết sức cần thiết, nhưng cũng là một
nhiệm vụ rất khó khăn. Để thấy được vai trò quan trọng của cánh đuôi ngang trong
ứng dụng thiết kế máy bay, một phần nghiên cứu được xét đối với bài toán cân
bằng mômen ở chế độ bay bằng.
Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tế, sự cần thiết và tầm quan trọng của vấn đề
cần phải giải quyết là lý do lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tính toán khí động lực
tương tác cánh chính và cánh đuôi ngang có xét đến cân bằng mômen ở chế độ
bay bằng”.

Hình 2. Các thành phần khí động chính của máy bay

Hình 3. Lực nâng trên cánh chính, cánh đuôi ngang và trọng lực của máy bay
2