Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đặc tính khí động của cánh nâng khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt

Mô phỏng số bằng phần mềm tính toán ANSYS.CFX

Mô hình mô phỏng là tổ hợp cánh quạt, mặt giới hạn và cánh nâng,

trong đó cánh quạt được đặt mép trước cánh nâng.

3.1.1. Xây dựng mô hình hình học và chia lưới

Mô hình 3D của cánh quạt - cánh nâng để mô phỏng được dựng dựa

trên kích thước đo đạc thực tế của mẫu thử.

Do cánh quạt đặt trước cánh nâng, đồng thời quay với vận tốc

n=3000[v/ph] nên cần phải dựng 2 vùng thể tích tính toán độc lập:

- Vùng thể tích tính toán thứ nhất là vùng hình trụ bao quanh cánh

quạt. Khi mô phỏng sẽ thiết lập thuộc tính quay đều quanh trục với vận tốc

n=3000 [v/ph] cho vùng này.

- Vùng thể tích tính toán thứ hai là một hình hộp chữ nhật bao quanh

toàn bộ mô hình cánh và vùng thể tích tính toán thứ nhất có kích thước

2x2,5x1 [m3]. Trong đó, để xét đến ảnh hưởng của mặt giới hạn thì mặt đáy

của hình hộp (mặt giới hạn) được dựng cách mép sau của cánh một khoảng

khoảng h h / b = . Trong đó h là khoảng cách tính từ mặt đáy của hình hộp

tới mép sau cánh nâng.

Mô hình lưới với gần 412.000 nút (nodes) và gần 1.600.000 phần tử

(elements) như (hình 3.6) và (hình 3.7).

pdf27 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 414 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đặc tính khí động của cánh nâng khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Từ điều kiện không chảy thấu bề mặt lá cánh quạt và điều kiện bảo toàn lưu số vận tốc theo chu tuyến kín ta có hệ phương trình: ( ) ( ) ( ) lc lc1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 m k 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 m k 1 1 1 11 1 1 k kN 1 n N 1 1 sk 1r k 1p p 1 n 1k 1p p 1 p p 1 m k 0 mk k 1 m n 1k 0 m0 m 1 k 1 1 m 1 k 1 n r 1 1 r 1 sk 1r mk k 1 mk k 1 1 s 1 a a H µ∑ µ∑ + + µ − µ − − + − − − µ ν − + ν ν = = µ = = = − µ − − − µ = = Γ + δ = Γ + δ = − δ ∑∑ ∑ ∑∑ ∑ ∑ (2.20) 2.2.3. Sơ đồ xoáy mặt giới hạn Mặt giới hạn có kích thước vô hạn được thay bằng mặt giới hạn có kích thước hữu hạn với chiều rộng (theo dây cung prôfin cánh) và chiều dài (theo sải cánh) từ 3 - 5 lần độ dài của chúng [7]. Các hệ xoáy thay thế mặt giới hạn tạo ra tại điểm bất kì C một tốc độ cảm ứng: ( )сr cr cr cr crmghj mghj mghj mghIj mghIIj 2 2 2; j x , y ,z− += + + + =v v v v v (2.29) với: cr cr cr crmghj mghj mghIj mghIIj, , ,− +v v v v - lần lượt là các thành phần tốc độ cảm ứng do các xoáy liên kết ngang, xoáy liên kết dọc trên mặt giới hạn, các xoáy tự do ở vùng I2, II2 gây ra tại điểm C. Từ điều kiện không chảy thấu bề mặt giới hạn và điều kiện bảo toàn lưu số vận tốc theo chu tuyến kín, ta có hệ phương trình: (2.31) 7 Ta chỉ xét nửa bên phải mặt giới hạn, còn sự ảnh hưởng của nửa mặt giới hạn bên trái được tính đến dựa vào điều kiện đối xứng. 2.2.4. Sơ đồ xoáy cánh KCB Các hệ xoáy thay thế mặt cánh nâng sẽ tạo ra tại điểm bất kì xung quanh cánh tốc độ cảm ứng: ( )cr cr cr cr crcj cj cj cIj cIIj 0 0 0; j x ,y ,z− += + + + =v v v v v (2.38) với: cr cr cr crcj cj cIj cIIj, , ,− +v v v v - lần lượt là các thành phần tốc độ cảm ứng do các xoáy ngang, xoáy dọc liên kết trên bề mặt cánh, các xoáy tự do ở vùng I, II. Do cánh có hình dạng đối xứng trên mặt phẳng và chuyển động không trượt. Vì vậy, chỉ xét nửa bên phải cánh, còn sự ảnh hưởng của nửa cánh bên trái được tính đến dựa vào điều kiện đối xứng. 2.2.5. Xác định các đặc tính khí động của cánh KCB khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2.2.5.1. Màn xoáy hình thành khi có ảnh hưởng của mặt giới hạn và dòng khí sau cánh quạt Các sơ đồ xoáy thay thế lá cánh quạt, mặt giới hạn và cánh nâng sẽ gây ra ở một điểm bất kì trong tổ hợp với vận tốc cảm ứng: ( )cr cr cr crj cqj cj mghj 0 0 0; j x , y ,z= + + =v v v v (2.44) Trong đó: crcqjv - Vận tốc cảm ứng do màn xoáy sau cánh quạt gây ra; cr mghjv - Vận tốc cảm ứng do màn xoáy sau mặt giới hạn gây ra; crcjv - Vận tốc cảm ứng do màn xoáy sau cánh nâng gây ra. Cấu trúc hệ xoáy tự do thoát khỏi lá cánh quạt Xác định bằng tọa độ các điểm cuối hiện tại cộng với đoạn dịch chuyển trong khoảng thời gian ∆τ với các thành phần vận tốc tương đối tương ứng tại điểm cuối đó (2.44): 1 1 1 r 1 r r 1 r r 1 rr r r 1 1 1 11x 1y 1z1 1x x .v , y y .v , z z .v + + + = + ∆τ = + ∆τ = + ∆τ (2.45) ( )r cr1j 1j cqj 1 1 1j x , y , z= + =v v v với: v1j - giá trị tốc độ của dòng không nhiễu theo 3 trục của hệ tọa độ 1 1 1 1O x y z ; crcqjv - vận tốc cảm ứng do tổ hợp màn xoáy gây ra tại điểm cuối của xoáy tự do trên màn xoáy cánh quạt; r1x , r1y , r 1z - vị trí điểm cuối xoáy ở bước hiện tại; r 11x + , r 11y + , r 1 1z + - vị trí điểm cuối xoáy ở bước tiếp theo. Cấu trúc hệ xoáy tự do thoát khỏi cánh nâng 0 0 0 r 1 r r 1 r r 1 rr r r 0 0 0 00x 0y 0z0 0x x .v , y y .v , z z .v + + + = + ∆τ = + ∆τ = + ∆τ (2.46) ( )r r0 j 0 j cj 0 0 0j x , y , z= + =v v v 8 Cấu trúc hệ xoáy tự do thoát khỏi mặt giới hạn 2 2 2 r 1 r r 1 r r 1 rr r r 2 2 2 22x 2y 2z2 2x x .v , y y .v , z z .v + + + = + ∆τ = + ∆τ = + ∆τ (2.47) ( )r cr2 j 2j mghj 2 2 2j x ,y ,z= + =v v v Xác định phân bố áp suất và đặc tính khí động của cánh Sử dụng tích phân Côsi - Lagrăng [41], xác định phân bố áp suất lên bề mặt cánh KCB: ( ) 000 0 0 0 00 p 0 0 1p p 00 0 0 p 1 r p Lp 1r p 1 1p 1r p 1r p 1 0x p 0z pp 2 v cos v sinε ε− ε∑ ∑ ∑ ε − εε − ε − ε+ − ε − ε − ε ε  ∂Γ ∆ = γ χ − γ + γ χ − ∂τ   Trong đó: 0 00x 0zv ,v - là vận tốc theo các trục Ox0, Oz0 của điểm giữa xoáy ngang; 0 0 p 1 p ε − εχ - góc xiên của xoáy ngang. Hệ số lực nâng của cánh ( ryc ); hệ số mô men dọc của cánh ( rzm ) được tính theo các công thức sau: 0 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 0 N n2 p 1rr p p 1p p 1y p 0 p 1 1 N n2 p 1r p 1r p p 1p p 1z p p 0 p 1 1 2 b c p b l n S 2 b m p b l x n S ε − −−ε = ε = ε − ε − −−ε ε = ε = = ∆ = − ∆ ∑∑ ∑∑ với: 0 01 p N≤ ≤ ; 0 0p p 1b − - dây cung cánh các tiết diện tại điểm kiểm tra; 0 0p p 1l − - sải cánh theo dải k; S- diện tích cánh. Kết quả tính toán: - Cánh nâng hình chữ nhật có: Dây cung b = 0,26 [m]; Sải cánh L=0,78 [m]; Diện tích S = 0,2028 [m2]; Độ dãn dài λ= 3; Độ thon η=1; Dạng prôfin SAGI “B” có độ dày tương đối c 16%= và không đối xứng; - Cánh quạt 2 lá cánh, sử dụng prôfin BC-2; Đường kính D=0,30[m]; - Mặt giới hạn có các kích thước: Chiều dài bd = 2,34 [m]; Chiều rộng br = 0,78 [m]; - lx- vị trí tương đối giữa cánh quạt so với mặt phẳng Ooyozo [m]; - ly- vị trí tương đối giữa cánh quạt so với mặt phẳng Ooxozo [m]; - lz- vị trí tương đối giữa cánh quạt so với mặt phẳng Ooxoyo [m]; - n- tốc độ vòng quay cánh quạt [v/ph]. Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo thời gian không thứ nguyên τ: Phần lớn trong khoảng thời gian τ =1, các hệ số cy, mz chưa đạt được giá trị ổn định do dòng chảy chưa chảy bao hết cánh, ở khoảng thời gian cuối, các hệ số khí động có xu hướng ổn định ở các giá trị xác định, lúc này dòng chảy đã bắt đầu chảy bao hết cánh (hình 2.11 và hình 2.12). (2.53) (2.48) 9 Hình 2.12. Đồ thị hệ số mz (τ), với τ =1. 1 2 3 4 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 He so cy theo canh rieng biet va cac to hop 1.Canh rieng biet; 2.Canh quat-canh; 3.Mat gioi han-canh; 4.Canh quat-MGH-canh cy 1 2 3 4 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 1.Canh rieng biet; 2.Canh quat-canh; 3.Mat gioi han-canh; 4.Canh quat-MGH-canh m z He so mz theo canh rieng biet va cac to hop Hình 2.11. Đồ thị hệ số cy (τ), với τ =1. Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp cánh quạt - cánh nâng; mặt giới hạn - cánh nâng; cánh quạt - mặt giới hạn - cánh nâng Tham số ban đầu: Vận tốc bay V= 14 [m/s]; Góc tấn α = 4 [0]; Vòng quay cánh quạt n = 3000 [v/ph]; Vị trí tương đối giữa cánh nâng và cánh quạt lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0, [m]; Góc lắp giữa trục quay cánh quạt và dây cung cánh φ = 4 [0]. - Cánh quạt 2 lá cánh. Khảo sát các hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp cánh quạt - cánh; mặt giới hạn - cánh; cánh quạt - mặt giới hạn - cánh. Kết quả khảo sát được thể hiện trên bảng 2.1, hình 2.13 và hình 2.14. Bảng 2.1. Giá trị hệ số lực nâng cy và mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp Cánh riêng biệt Cánh quạt- cánh Mặt giới hạn- cánh Cánh quạt- MGH-cánh h ∞ ∞ 0,6 0,6 cy 0.2321 0.3216 0.3037 0.3918 mz -0.0134 -0.0182 -0.0174 -0.0217 Hình 2.13. Đồ thị hệ số lực nâng cy theo cánh riêng biệt và các tổ hợp. Hình 2.14. Đồ thị hệ số mô men dọc mz theo cánh riêng biệt và các tổ hợp. Do thi he so cy theo thoi gian khong thu nguyen cy 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Thoi gian 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Thoi gian m z Do thi he so mz theo thoi gian khong thu nguyen 10 -2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5 -8 -6 -4 -20-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Mức độ tăng cy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh so với cánh riêng biệt khoảng 41%; Mức độ tăng cy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh so với tổ hợp cánh quạt - cánh khoảng 18%; Mức độ tăng cy của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh (tổ hợp có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt) so với tổ hợp mặt giới hạn - cánh (tổ hợp không xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt) khoảng 22%. Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc tấn α Bảng 2.2. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc tấn (Với: Vận tốc V=14[m/s], góc lắp φ= 00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). Góc tấn α [o] 0 4 8 12 cy 0,1264 0,3664 0,5924 0,8044 mz -0,0138 -0,0194 -0,0248 -0,0300 Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo vận tốc bay Bảng 2.3. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo vận tốc bay (Với: Góc tấn α=40, góc lắp φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). V [m/s] 14 18 22 26 cy 0,3664 0,3729 0,3816 0,3895 mz -0,0194 -0,0204 -0,0216 -0,0229 Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo vận tốc vòng quay Bảng 2.4. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo tốc độ vòng quay cánh quạt của tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh (Với: Vận tốc V=14[m/s], góc tấn α=40, góc lắp φ=40, lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0.6). n [v/ph] 500 1000 1500 2000 2500 3000 cy 0,3462 0,3528 0,3619 0,3722 0,3827 0,3931 mz -0,0176 -0,0183 -0,0190 -0,0198 -0,0205 -0,0212 Hình 2.17. Màn xoáy tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn - cánh. Màn xoáy được hình thành theo thời gian (hình 2.17), ở bước thời gian hiện tại tác động lên màn xoáy hình thành ở bước thời gian tiếp theo làm cho hình ảnh dòng chảy có xu thế cuộn vào theo mút ngoài cánh. Dòng sau cánh quạt có dạng xoắn, ở mút ngoài lá cánh quạt màn xoáy cũng có xu hướng cuộn lại. 11 Hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc lắp giữa trục quay cánh quạt so với dây cung cánh φ Bảng 2.5. Giá trị hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz theo góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh (Với: Vận tốc V=14[m/s], góc tấn α=40, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). ϕ [o] -6 -4 -2 0 2 4 6 cy 0,3334 0,3436 0,3547 0,3664 0,3789 0,3931 0,4046 mz -0,0170 -0,0178 -0,0186 -0,0194 -0,0203 -0,0212 -0,0224 Kết luận chương 2 Với các giả thiết của bài toán, đồng thời dựa trên cơ sở phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng, đã xây dựng được mô hình số xác định đặc tính khí động cánh nâng khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt. Chương 2 cũng đã thiết lập sơ đồ thuật toán và xây dựng chương trình tính toán xác định đặc tính khí động cánh nâng khi bay gần mặt giới hạn có xét đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt bằng phần mềm Matlab. Chương 3. KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH SỐ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS.CFX VÀ THỰC NGHIỆM TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG Mô hình số và chương trình tính toán đã xây dựng ở chương 2, được kiểm chứng bằng cách so sánh với các kết quả tính của phần mềm ANSYS.CFX và các kết quả thực nghiệm mô hình tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh trong ống khí động OT-1 của Viện Kỹ thuật PK-KQ, nhằm khẳng định độ tin cậy, tính ứng dụng và hiệu quả của mô hình số và chương trình tính toán trong các bài toán cụ thể mà thực tế đặt ra. Việc kiểm chứng mô hình số và chương trình tính được thực hiện thông qua hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz với các tham số của tổ hợp như đã trình bày trong chương 2, khi thay đổi một tham số nào đó: - Khi góc tấn α của cánh nâng thay đổi từ 0 đến 12 [o] (Các tham số dùng để tính toán và thực nghiệm: V=14[m/s], φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ) [m], lz=0,39 [m], h =0,6); - Khi tốc độ bay thay đổi từ 14 đến 26 [m/s] (α=40, φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6); - Khi tốc độ vòng quay cánh quạt thay đổi (V=14[m/s], α=40, φ=40, lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0.6); - Khi góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh (φ) thay đổi từ -6 đến +6 [o] (V=14[m/s], α=40, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m], h =0,6). - Mô hình cánh nâng hình chữ nhật có: Dây cung b = 0,26 [m]; Sải cánh 12 L = 0,78 [m]; Diện tích S = 0,2028 [m2]; Độ dãn dài λ= 3; Độ thon η=1; Dạng prôfin SAGI “B” có độ dày tương đối c 16%= và không đối xứng. - Mô hình cánh quạt: Cánh quạt 2 lá cánh, sử dụng prôfin BC-2; Đường kính D = 0,30 [m]. 3.1. Mô phỏng số bằng phần mềm tính toán ANSYS.CFX Mô hình mô phỏng là tổ hợp cánh quạt, mặt giới hạn và cánh nâng, trong đó cánh quạt được đặt mép trước cánh nâng. 3.1.1. Xây dựng mô hình hình học và chia lưới Mô hình 3D của cánh quạt - cánh nâng để mô phỏng được dựng dựa trên kích thước đo đạc thực tế của mẫu thử. Do cánh quạt đặt trước cánh nâng, đồng thời quay với vận tốc n=3000[v/ph] nên cần phải dựng 2 vùng thể tích tính toán độc lập: - Vùng thể tích tính toán thứ nhất là vùng hình trụ bao quanh cánh quạt. Khi mô phỏng sẽ thiết lập thuộc tính quay đều quanh trục với vận tốc n=3000 [v/ph] cho vùng này. - Vùng thể tích tính toán thứ hai là một hình hộp chữ nhật bao quanh toàn bộ mô hình cánh và vùng thể tích tính toán thứ nhất có kích thước 2x2,5x1 [m3]. Trong đó, để xét đến ảnh hưởng của mặt giới hạn thì mặt đáy của hình hộp (mặt giới hạn) được dựng cách mép sau của cánh một khoảng khoảng h h / b= . Trong đó h là khoảng cách tính từ mặt đáy của hình hộp tới mép sau cánh nâng. Mô hình lưới với gần 412.000 nút (nodes) và gần 1.600.000 phần tử (elements) như (hình 3.6) và (hình 3.7). 3.1.2. Một số thiết lập các điều kiện mô phỏng Không khí ở nhiệt độ thường (25oC), áp suất bằng áp suất khí quyển. Chọn mô hình dòng chảy rối k-epsilon với giả thiết toàn bộ dòng chảy gần tường là dòng chảy rối. Sau khi thiết lập các thuộc tính ta tiến hành giải bài toán bằng CFX.Solver (hình 3.8, 3.9 là đồ thị hội tụ đích sai số). Hình 3.7. Chia lưới vùng thể tích thứ hai. Hình 3.6. Chia lưới vùng thể tích thứ nhất. 13 3.1.3. Kết quả mô phỏng (bảng số liệu) Sau khoảng 100 vòng lặp, dòng chảy đạt ổn định và các hệ số hội tụ ở mức sai số cho phép. Ta nhận được bảng kết quả các giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz (bảng 3.1 đến bảng 3.4). Bảng 3.1. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc tấn Góc tấn α [o] 0 4 8 12 cy 0,1178 0,3363 0,5433 0,7316 mz -0,0131 -0,0181 -0,0229 -0,0274 Bảng 3.2. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc bay V [m/s] 14 18 22 26 cy 0,3363 0,3482 0,3601 0,3689 mz -0,0181 -0,0189 -0,0198 -0,0210 Bảng 3.3. Giá trị hệ số lực nâng cy và mz theo tốc độ vòng quay cánh quạt n [v/ph] 500 1000 1500 2000 2500 3000 cy 0,3208 0,3294 0,3351 0,3426 0,3579 0,3675 mz -0,0166 -0,0170 -0,0175 -0,0181 -0,0186 -0,0191 Bảng 3.4. Giá trị cy và mz theo góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh ϕ [o] -6 -4 -2 0 2 4 6 cy 0,3065 0,3204 0,3246 0,3363 0,3498 0,3675 0,3793 mz -0,0157 -0,0169 -0,0172 -0,0181 -0,0185 -0,0191 -0,0200 Hình 3.10. Đường dòng của tổ hợp cánh quạt-mặt giới hạn và cánh nâng. Hình 3.8. Hội tụ khối lượng và vận tốc. Hình 3.9. Hội tụ các thuộc tính chảy rối. 14 3.2. Thử nghiệm mô hình tổ hợp trong ống khí động OT-1 Mô hình thực nghiệm trong ống khí động OT-1 gồm cánh nâng, cánh quạt và mặt giới hạn, trong đó cánh quạt được đặt trước cánh nâng. 3.2.1. Trang thiết bị thử nghiệm Ống khí động OT-1 có các thông số kỹ thuật chính: Độ rối dòng: 0,05%ε = ; Vận tốc dòng khí tối đa: 55 [m/s]; Độ đồng đều của trường vận tốc: v 1,15%;µ = ± Độ lệch dòng so với trục ống khí động: 01,1∆α = ± , 00, 9 .∆β = ± 3.2.2. Mô hình thử nghiệm cho tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh Do chỉ khảo sát các KCB bay ở vận tốc nhỏ, nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của tính nén không khí. Mô hình sử dụng trong quá trình thử nghiệm được coi như mô hình thực. Vì thế, quá trình thử nghiệm mô hình trong ống khí động OT-1 các yếu tố đồng dạng đã được đảm bảo. Mô hình thử nghiệm của cánh nâng: Cánh hình chữ nhật có các kích thước tương tự như trong mô hình tính. Cánh được làm bằng gỗ; Mô hình thử nghiệm của cánh quạt: Động cơ điện 1 chiều, công suất N =75 [W]; Cánh quạt gá chặt lên giá đỡ, có thể di chuyển theo 3 phương, tốc độ vòng quay cánh quạt n =0÷3000 [v/ph], được điều chỉnh thay đổi bằng biến tần. Mô hình thử nghiệm của mặt giới hạn được làm bằng gỗ có bề mặt cứng, phẳng và có hình dạng elíp, đường kính trục ngắn: 1200 [mm]; đường kính trục dài: 2400 [mm]; độ nhẵn bề mặt: ∇2. 3.2.3. Các nội dung thử nghiệm Sử dụng hệ tọa độ Oxyz. Gốc tọa độ đặt ở 1/4 dây cung cánh, trục Ox nằm trong mặt phẳng quay, có hướng theo chuyển động của cánh nâng, trục Oy vuông góc với trục Ox và nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, hướng lên trên, trục Oz dọc theo sải cánh tạo với Ox, Oy thành tam diện thuận. Điều kiện thử nghiệm: Nhiệt độ không khí: HT 25= [oC]; Áp suất khí quyển p=1[atm]; Độ ẩm không khí:80%; Mật độ không khí: H 1,218ρ = [kg/m3]; Vận tốc dòng khí V= 0÷30 [m/s]; Góc trượt cạnh: 0β = [o]. Hình 3.17. Mô hình cánh quạt-mặt giới hạn-cánh nâng. 15 Kết quả thử nghiệm (bảng số liệu): Kết quả thử nghiệm được xử lý theo tài liệu [11,] kết quả thử nghiệm sau khi xử lý được thể hiện từ bảng 3.6 đến bảng 3.9. Bảng 3.6. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc tấn Góc tấn α [o] 0 4 8 12 cy 0,1071 0,3072 0,4886 0,6642 mz -0,0119 -0,0164 -0,0208 -0,0251 Bảng 3.7. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc V [m/s] 14 18 22 26 cy 0,3085 0,3184 0,3279 0,3372 mz -0,0166 -0,0179 -0,0185 -0,0193 Bảng 3.8. Giá trị hệ số lực nâng cy và mz theo vòng quay cánh quạt n [v/ph] 500 1000 1500 2000 2500 3000 cy 0,3105 0,3138 0,3193 0,3243 0,3312 0,3469 mz -0,0152 -0,0153 -0,0158 -0,0165 -0,0172 -0,0169 Bảng 3.9. Giá trị hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc (φ) φ [o] -6 -4 -2 0 2 4 6 cy 0,2742 0,2853 0,2921 0,3027 0,3209 0,3442 0,3581 mz -0,0143 -0,0148 -0,0154 -0,0165 -0,0169 -0,0175 -0,0186 3.3. Kiểm chứng mô hình tính toán Mô hình số và chương trình tính toán đã xây dựng ở chương 2, được kiểm chứng bằng cách so sánh với các kết quả tính của phần mềm ANSYS.CFX và thực nghiệm mô hình tổ hợp trong ống khí động OT-1. Việc kiểm chứng được thực hiện thông qua hệ số lực nâng cy và hệ số mô men dọc mz. Sử dụng các tham số hình học, động học, điều kiện mô phỏng và thí nghiệm làm đầu vào cho mô hình số và chương trình tính toán để đánh giá qui luật biến thiên, cũng như độ sai lệch giữa các kết quả nhận được bằng phần mềm ANSYS, bằng thực nghiệm và bằng tính toán. 3.3.1. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc tấn α Tham số ban đầu: Vận tốc V= 14 [m/s]; Vòng quay cánh quạt n=3000 [v/ph]; Vị trí tương đối giữa cánh nâng và cánh quạt lx = 0,24 + 0,25bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0,39 [m]; Góc lắp φ = 0 [0]; h =0,6. - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 9%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 17%. 16 0 2 4 6 8 10 12 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 He so cy theo goc tan alfa[do] cy Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 0 2 4 6 8 10 12 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 He so mz theo goc tan alfa[do] m z Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 14 16 18 20 22 24 26 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 He so cy theo van toc V[m/s] cy Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 14 16 18 20 22 24 26 -0.04 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 He so mz theo van toc V[m/s] m z Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 He so cy theo vong quay n[v/ph] cy Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 500 1000 1500 2000 2500 3000 -0.04 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 He so mz theo vong quay n[v/ph] m z Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 3.3.2. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc Tham số ban đầu: n = 3000 [v/ph]; α = 40; lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0,39 [m]; φ = 0 [0]; h =0,6 - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 8%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 16%; 3.3.3. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo vận tốc vòng quay Tham số ban đầu: V = 14 [m/s]; α = 40; lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m];lz =0,39 [m]; φ = 4 [0]; h =0,6 - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 10%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 17%. Hình 3.19. Đồ thị hệ số cy theo góc tấn. Hình 3.20. Đồ thị hệ số mz theo góc tấn. Hình 3.21. Đồ thị cy theo vận tốc. Hình 3.22. Đồ thị mz theo vận tốc. Hình 3.23. Đồ thị hệ số cy theo vòng quay. Hình 3.24. Đồ thị hệ số mz theo vòng quay 17 -6 -4 -2 0 2 4 6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 He so cy theo goc lap phi [do] cy Tinh toan ANSYS Thuc nghiem -6 -4 -2 0 2 4 6 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 He so mz theo goc lap phi [do] m z Tinh toan ANSYS Thuc nghiem 3.3.4. Hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz theo góc lắp giữa trục quay cánh quạt so với dây cung cánh φ Tham số ban đầu: V= 14 [m/s]; α = 40; n = 3000 [v/ph]; lx = 0,24 + 0,25 bg [m]; ly =lx.sin(α-φ) [m]; lz =0,39 [m]; h =0,6. - Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 11%; - Kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán bằng lý thuyết sai lệch lớn nhất khoảng 18%. 3.4. Kết luận chương 3 Kết quả mô phỏng ANSYS và kết quả tính toán sai lệch lớn nhất nhỏ hơn 11%; kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán sai lệch lớn nhất nhỏ hơn 18%. Kết quả kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng số ANSYS và thực nghiệm so với kết quả tính toán nhận thấy rằng: Mô hình số và chương trình tính toán ở chương 2, đủ độ tin cậy và có thể ứng dụng để xác định các đặc tính khí động của cánh KCB chịu sự tác động tương hỗ trong tổ hợp cánh quạt - mặt giới hạn và cánh nâng. Chương 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THAM SỐ CỦA CÁNH QUẠT VÀ MẶT GIỚI HẠN ĐẾN ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH NÂNG 4.1. Bài toán áp dụng 4.1.1. Các tham số hình học của cánh nâng trong khảo sát Cánh hình chữ nhật có các kích thước: Dây cung gốc cánh bg = 0,26 [m]; Dây cung mút cánh bm = 0,26 [m]; Chiều dài sải cánh L =0,78 [m]; Diện tích cánh S = 0,2028 [m2]; Độ dãn dài λ=3; Độ thon η=1. 4.1.2. Các tham số hình học của cánh quạt trong khảo sát Dây cung lá bcq= 0,02 [m]; Diện tích lá Sla =0,0026 [m2]; Bán kính ngoài R = 0,15 [m]; Bán kính trong r = 0,02 [m]. 4.1.3. Các tham số hình học của mặt giới hạn Mặt giới hạn có các kích thước: Chiều dài: bd = 2,34 [m]; Chiều rộng: br = 0,78 [m]. 4.2. Đánh giá ảnh hưởng của các tham số cánh quạt và khoảng cách cánh - mặt giới hạn đến đặc tính khí động của cánh nâng Hình 3.25. Đồ thị cy theo góc lắp φ. Hình 3.26. Đồ thị mz theo góc lắp φ. 18 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 h cy He so cy theo khoang cach MGH alfa=4,phi=0,van toc=14m/s 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 -0.0195 -0.019 -0.0185 -0.018 -0.0175 h m z He so mz theo khoang cach MGH alfa=4,phi=0,van toc=14m/s 0 2 4 6 8 10 12 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 alfa [do] cy He so cy theo goc tan h =0.6 h =0.8 h =1.0 0 2 4 6 8 10 12 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 alfa [do] m z He so mz theo goc tan h=0.6 h=0.8 h=1.0 4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách cánh và mặt giới hạn Tham số ban đầu: Vận tốc V=14[m/s], α=40, φ=00, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b[m], ly=lx.sin(α-φ) [m], lz=0,39 [m]. Khảo sát cy và mz theo các khoảng cách cánh và mặt giới hạn khác nhau khi có ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2 lá. Khi h càng nhỏ thì hiệu ứng hãm dòng dưới cánh nâng tăng lên, dẫn đến làm tăng áp suất mặt dưới cánh nâng, do đó chênh áp giữa mặt dưới và mặt trên cánh nâng tăng. Vì vậy, hệ số lực nâng cy và mô men dọc mz tăng. (hình 4.1 và 4.2). Mức độ tăng lớn nhất của cy ở h = 0,6 so với h = 0,8 khoảng: 7%. Mức độ tăng lớn nhất của cy ở h = 0,6 so với h = 1,0 khoảng: 12%. Mức độ tăng lớn nhất của cy ở h = 1,0 so với h = 1,16 khoảng: 1%. 4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của góc tấn (α) của cánh ở các khoảng cách ( h ) cánh và mặt giới hạn khác nhau Tham số ban đầu: V=30[m/s], φ=40, n=3000[v/ph], lx=0,24+0,25b [m], ly=lx.sin(α-φ), lz=0,39[m]. Khảo sát hệ số cy, mz theo góc tấn của cánh KCB khi có ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt 2 lá ở các khoảng cách cánh và mặt giới hạn ( h ) khác nhau. Hệ số cy và mz phụ thuộc vào khoảng cách giữa mặt giới hạn với mép sau cánh (hình 4.3 và hình 4.4), ở cùng một góc tấn, khi h càng nhỏ thì hệ số cy và mz càng tăng, cùng với sự ảnh hưởng của khoảng cách h , hệ số cy và mz vẫn giữ nguyên những quy luật biến thiên theo góc tấn của cánh giống như ở trường hợp chảy bao tự do. Hình 4.1. Đồ thị cy theo khoảng cách h . Hình 4.2. Đồ thị mz theo khoảng cách h . Hình 4.3. Đồ thị

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftom_tat_luan_an_nghien_cuu_dac_tinh_khi_dong_cua_canh_nang_k.pdf
Tài liệu liên quan