Ứng dụng phương pháp số trong tính toán kết cấu hàng không

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
────── * ──────

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ
TRONG TÍNH TỐN KẾT CẤU
HÀNG KHÔNG
MÔ PHỎNG CÁNH MÁY BAY

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TUẤN
NGUYỄN XUÂN SƠN
PHẠM VINH QUANG
NGUYỄN NGỌC QUỲNH
NGUYỄN VĂN QUANG
Giáo viên hướng dẫn: TS. VŨ ĐÌNH QUÝ

HÀ NỘI 05/2019


CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Giới thiệu chung
1.2 Biên dạng cánh
1.3 Kết cấu cánh
1.4 Bài toán cụ thể
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CÁNH TRÊN PHẦN MỀM CATIA
CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ LẤY
KẾT QUẢ
3.1 Mơ phỏng khí động
3.2 Mơ phỏng kết cấu
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ...........................................................................4
1.1 Giới thiệu chung.....................................................................................4
1.2 Biên dạng cánh.......................................................................................4
1.3 Kết cấu cánh...........................................................................................7
1.4 Bài toán cụ thể........................................................................................8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CÁNH TRÊN PHẦN MỀM CATIA..................8
CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ LẤY
KẾT QUẢ.........................................................................................................8
3.1 Mơ phỏng khí động................................................................................8
3.2 Mơ phỏng kết cấu...................................................................................8
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN...............................................................................8


CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Giới thiệu chung
- Máy bay thông thường đuộc xây dựng từ các thành phần cơ bản như cánh,
thân, càng, cụm đuôi và các bề mặt điều khiển. Mỗi thành phần của máy bay
có một hoặc nhiều chức năng đặc thù và phải được thiết kế để đảm bảo có thể
thực hiện các chức năng một cách an tốn.
- Máy bay có thể bay được trong khơng khí là nhờ lực nâng tạo bở cánh.
- Cánh có thể được coi là thành phần quan trọng nhất của máy bay, vì máy
bay cánh cố định khơng thể bay mà khơng có nó.
- Chức năng chính của cánh là tạo ra lực nâng (L)
1.2 Biên dạng cánh
- Cánh may bay có chức năng tạo ra lực nâng khi máy bay di chuyển nhanh
trong khơng khí.
- Cánh máy bay có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau
- Thiết kế cánh cần đáp ứng được các đặc tính bay mong muốn

- Khi hình dạng cánh thay đổi sẽ ảnh hưởng tới rất nhiều đặc tính của máy
bay như sự điều khiển, lực nâng sinh ra, sự cân bằng và sự ổn định
- Cánh máy bay có thể liên kết với thân ở các vị trí khác nhau, tưởng tượng
chiếu thân máy bay lên mặt phẳng vng góc với phương dọc của máy bay thì
vị trí liên kết có thể ở trên đỉnh, ở trung tâm hoặc dưới đáu hình tròn.



- Cánh máy bay có thể vng góc với thân hoặc tạo góc vểnh lên hay cụp
xuống một chút so với phương vng góc. Góc này đuộc gọi là góc chữ V của


cánh: Góc V sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định ngang của máy bay

- Độ ổn định ngang là độ ổn định của máy bay xung quanh trục dọc của nó,
tức là độ ổn định chống xoay trịn – cho phép máy bay quay trở lại trang thái
cân bằng khi nó bị một tác động nhiễu động làm chao cánh máy bay.


1.3 Kết cấu cánh
Thiết kế cánh của mỗi loại máy bay phụ thuộc vào nhiều yếu tố như
kích thước, khối lượng của máy bay, mục đích sử dụng, vận tốc khi bay và khi
hạ cánh, tốc độ bay leo
- Cánh máy bay được chia thành cánh trái và cánh phải, tương ứng với bên
trái và bên phải của người điều khiển khi ngồi trong buồn lái
Cánh thường được thiết kế dạng dầm công xôn thuần túy, tức là không
cần đến các thanh chống liên kết giữa cánh và thân máy bay. Cánh dạng dầm
cồn xôn được giữ cứng vững nhờ vào các thành phần kết cấu bên trong cánh
cùng với lớp vỏ chịu lực.

- Nhôm là vật liệu phổ biến được dùng để chế tạo cánh, tuy nhiên cánh cũng
có thể làm từ gỗ bọc vải hoặc đôi khi từ hợp kim magie. Các máy bay hiện đại
ngày nay hướng đến sử dụng các vật liệu nhẹ hơn và bền hơn trong chế tạo
kết cấu máy bay nói chung cũng như kết cấu cánh nói riêng. Cánh có thể được
chế tạo từ composite sợi cacbon hoặc các dạng composite khác.
- Kết cấu bên trong của hầu hết cánh máy bay bao gồm các xà dọc cánh (spar)
và các nẹp dọc (stringer) chạy dọc theo sải cánh, khung sườn cánh (rib),
khung định hình hoặc vách ngăn chạy theo hướng dây cung.

- Lớp vỏ, liên kết với các kết cấu bên trong cánh, chịu một phần lực tác động
trong quá trình bay. Lớp vỏ truyền ứng suất tới các khung sườn cánh và khung
sườn cánh lại truyền lực tới các thanh xà dọc cánh.


- Thông thường kết cấu cánh được dựa trên ba thiết kế cơ bản:
+ Cánh đơn dầm (monospar)
+ Cánh nhiều xà dọc (multispar)
+ Cánh dầm hộp (box beam)
1.4 Bài toán cụ thể
Thiết kế và kiểm bền kết cấu cánh cho UAV biết:
Thơng số hình học cánh:

Hình 1: Kích thước cánh (m)

Hình 2: Profile cánh Eppler 212
- Góc đặt cánh 4º
- Vận tốc hành trình: 25m/s
- Khối lượng cất cánh tối đa: 12kg

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CÁNH TRÊN PHẦN MỀM CATIA

CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ LẤY
KẾT QUẢ
3.1 Mơ phỏng khí động
3.2 Mơ phỏng kết cấu
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN