Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán lực khí động trên cánh
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ──────── * ─────── BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Tính toán lực khí động trên cánh Sinh viên thực hiên: NGUYỄN VĂN HỒNG Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.HOÀNG THI BÍCH NGỌC HÀ NỘI 10 – 2011 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 1. Thông tin về sinh viên Họ và tên sinh viên: . NGUYỄN VĂN HỒNG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Điện thoại liên lạc: 01687.892.908 Email: hong4world@gmail.com Lớp: k51-Hàng không Hệ đào tạo: Đại học chính quy Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Thời gian làm BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP: Ngày giao nhiệm vụ: / / Ngày hoàn thành nhiệm vụ: / / 2. Mục đích nội dung của BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP - Tính toán lực khí động cho cánh - Kiểm nghiệm lại lý thuyết về khí động học cho cánh bằng phương pháp mô phỏng trên phần mền fluent. Tổng kết được mô hình của cánh ứng dụng trong thực tế. 3. Các nhiệm vụ cụ thể của BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Tính lực khí động trên cánh Bảng số liệu các điểm của Naca cần tình toán. Vận tốc đầu vào và Mô hình không gian tính. Quá trình tính với cánh Naca 4412. Đưa kết luận với loại cánh này 4. Lời cam đoan của sinh viên: Tôi – Nguyễn Văn Hồng - cam kết BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Thị Bich Ngọc. Các kết quả nêu trong BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm Tác giả BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 5. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của ĐATN và cho phép bảo vệ: Giảng viên hướng dẫn nhận xét các vấn đề: Hà Nội, ngày….tháng….năm Giáo viên hướng dẫn TÓM TẮT NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Trong đồ án này, Em đã chọn đề tài “Tính toán lực khí động trên cánh”. Cánh là bộ phận chính tạo lực nâng của máy bay. Lực khí động sẽ được tính nhờ mô phỏng đã được chia lưới trong fluent. Qua việc xây dựng mô hình và chia lưới các trường hợp tính toán. Từ đó ta sẽ tính được hiệu suất khí động của profil cánh. Với bảng giá trị các hiệu suất khí động, Em đã rút ra được kết luận cho loại cánh mà tính toán. Và kiểm nghiệm trong các ứng dụng thực tế. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1. Giới thiệu đề tài 1 Chƣơng 2. Xây dựng mô hình và lý thuyết tính toán cho profil 2d và cánh 3d 3 2.1. Phƣơng trình vẽ cánh naca 4 số 3 2.2. Mẫu naca sử dụng trong tính toán. 4 2.3. Lực khí động trên profil 5 2.4. Lực khí động với cánh profil 3d. 12 Chƣơng 3. Tính đặc trƣng khí động cho một số loại cánh 14 3.1. Vẽ và chia lưới cánh 3D trên Gambit 14 3.2. Tính toán và kết quả lực khí động trong fluent với cánh profil 4412 15 3.3. Tính toán tường tự với trường hợp cánh profil 0012. 19 Chƣơng 4. Tính tổng thể lực khí động của cánh profil 4412 với góc tới thay đổi và chiều dài sải thay đổi 23 4.1. Giới thiệu: 23 4.2. Kết quả tính toán: 23 Chƣơng 5. Ứng dụng của cánh đã tính toán 27 5.1. Ứng dụng cho máy bay. 27 5.2. Ứng dụng cho tuabin gió 28 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ HÌNH Hình 1. 1. Biên dạng cánh Naca 4412 Hình 1. 2. Biên dạng cánh Naca 0012 Hình 1. 3. Sự thay đổi góc tấn và tỷ lệ cánh Hình 2. 1. Profile geometry – 1: Zero lift line; 2: Leading edge; 3: Nose circle; 4: Camber; 5: Max. thickness; 6: Upper surface; 7: Trailing edge; 8: Camber mean- line; 9: Lower surface Hình 2. 2. Hệ sô lực khí động trên bề mặt Airfoil Hình 2. 3. Biểu đồ CL2D cho naca 4412 Hình 2. 4. Biểu đồ Cd/Cl của naca 4412 Hình 2. 5. Biểu đồ Cl với anpha với Naca 0012 Hình 2. 6. Biểu đồ Cd/Cl với Naca 0012 Hình 2. 7. Cánh 3D Hình 3. 1.Mô hình chia lưới của Profil Naca 4412 Hình 3.2. Mô tả đường nằm trên bề mặt cánh Hình 3.3. Phân bổ hệ số áp suất tại các đường cắt ngang trên mặt cánh Hình 3.4. Vẽ Phân bố hệ số áp suất bằng MathLab Hình 3.5. Đường phân bố hệ số áp suất tại gốc cánh profil 4412 Hình 3.6. Biểu đồ so sánh phân bố áp suất giữa gốc cánh và trên mặt naca 4412 Hình 3.7. Hệ số áp suất trên các mặt trên cánh Hình 3.8. biểu đồ phân bố hệ số áp suất trên cánh Hình 3.9. Biểu đồ so sánh hệ số áp suất của góc cánh profil 3D và trên naca 0012 Hình 4. 1. Biểu đồ lực nâng cánh profil 3d 4412 Hình 4. 2. Biểu đồ lực cản cánh profil 3d 4412 Hình 4. 3. Biểu đồ tỷ số lực nâng với lực cản cánh profil 3d 4412 Hình 5. 1. Máy bay Orličan VT-425 Hình 5. 2. Máy bay Zlin Z-50L Hình 5. 3. Ảnh tuabin gió trục đứng LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ phát triển của đất nước hiện nay, khoa học và kĩ thuật càng ngày đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người. Mỗi một sản phẩm của một công ty đều được trọn lựa từ nhiều mô hình thiết kế, để nhằm chọn được mô hình tối ưu phù hợp với yêu cầu của cộng ty. với nhu cầu khác nhau mà công ty mà người chọn sử dụng những phần mềm ứng dụng cho việc thiết kế sản phẩm cũng khác nhau, như công ty thiết kế kiến trúc sử dụng autocad, nghiên cứu về lực thì dung solidworks, tính toán khí động thì sử dụng ansys…. Nhằm làm rõ hơn những kiến thức trong quá trình học tập, em đã được thực hiện thí nghiệm trong thời gian qua. Để hiểu rõ thêm kiến thức trong 5 năm học thật là khá khó khăn, sinh viên cần phải có khả năng tổng hợp kiến thức, kỹ năng tự học cũng như phát huy khả năng tư duy sáng tạo. Xin trân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS Hoàng Thị Bích Ngọc đã giúp đỡ, chỉ dẫn, tạo điều kiện cho em để hoàn thành thực tập tốt nghiệp trong thời gian vừa qua. Nhờ cô mà em biết được nhiều kiến thức về đời sống cũng như chuyên ngành, và để tạo nên được bản đồ án chuyên ngành này thi không thể không có sự giúp đỡ của cô, những kiến thức cô dạy rất quý báu khi đi làm việc, lần nữa em xin cảm ơn cô. Chương I : Giới thiệu đề tài 1 Chƣơng 1. Giới thiệu đề tài Mục tiêu của đề tài của tôi là tính toán lực khí động trên cánh. Điều đầu tiên mà ta cần giả thiết đó là biên dạng cánh. Ở trong bài báo cáo này, tôi xin đưa ra hai loại biên dạng cánh để xem xét: Biên dạng cánh thứ nhất là Naca 4412. Hình 1. 1. Biên dạng cánh Naca 4412 Biên dạng cánh thứ hai là Naca 0012. Hình 1. 2. Biên dạng cánh Naca 0012 Hai biên dạng cánh này rất được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Với nhiều ứng dụng như cho cánh máy bay, cánh tuabin gió Ở các nước phát triển về công nghệ như Mỹ, Nhật bản, Australia , người ta cũng rất hay ưu tiên cho việc nghiên cứu của sinh viên về loại cánh này, vì khi so sánh hai loại biên dạng cánh với nhau ta được một cái nhìn trực quan và rõ rệt về khí động lực học hơn các loại cánh khác. Để làm rõ kiến thức trên lớp về lực khí động trên cánh. Tôi đã nghiên cứu với nhiều trường hợp đầu vào khác nhau cho cánh. Các yêu tố về lực khí động được xét đầy đủ với sự thay đổi của Góc tới α, và tỷ lệ độ dài b/c của cánh. Chương I : Giới thiệu đề tài 2 Hình 1. 3. Sự thay đổi góc tấn và tỷ lệ cánh Các bước thực hiện cho việc nghiên cứu của hai loại cánh này: - Thiết kế và chia lưới cho các cánh trên Gambit. - Mô phỏng với các trường hợp riêng biệt trên Fluent để tính toán lực khí động cho mỗi thông số đầu vào. Lưu ý, các thông số đầu vào được thay đổi khi chúng ảnh hưởng rõ rệt cho lực khí động trên cánh. - Rút ra kết quả cần thiết để mô tả các ảnh hưởng của mội trường đối với lực khí động của cánh. - Kết luận các vấn đề đạt được hay các vấn đề được làm rõ cho đặc điểm của lực khí động khi có sự thay đổi của môi trường. Qua phần nghiên cứu này, tôi xin đưa ra một vài ứng dụng cho cánh được sử dụng ở các nước công nghiệp. Chương II : Xây dựng mô hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d 3 Chƣơng 2. Xây dựng mô hình và lý thuyết tính toán cho profil 2d và cánh 3d Trong quá trính tính toán và mô phỏng, ta cần phải dựa trên các lý thuyết đã được xây dựng, nhằm nhận xét và đánh giá kết quả trong quá trình mô phỏng. Tại trong phần này, tôi xin trình bày các lý thuyết cơ bản về khí động lực học, nội dung được chia làm các phần: - Phương trính vẽ cánh naca 4 số - Xác định các mẫu Naca được sử dụng trong tính toán mô phỏng - Khí động lực học trên của profil và cánh 3D. Tại phần này, với mục đích sử dụng lý thuyết để áp dụng cho phần tính toán. Ở đây, tôi sẽ không quá đi sâu về nguyên nhân, trong quá trình chỉ trình bày lý thuyết áp dụng trực tiếp trong mô phỏng. 2.1. Phƣơng trình vẽ cánh naca 4 số Hình 2. 1. Profile geometry – 1: Zero lift line; 2: Leading edge; 3: Nose circle; 4: Camber; 5: Max. thickness; 6: Upper surface; 7: Trailing edge; 8: Camber mean-line; 9: Lower surface Đường camberline của airfoil chuẩn NACA 4 chữ số có dạng Chương II : Xây dựng mô hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d 4 Ở đây: m là maximum camber (m là số đầu tiên của Naca 4 chữ số), p là location of maximum camber (10 p số thứ 2 của Naca 4 chữ số xpxx). Bề dày airfoil có phương trình: Với: c : chiều dài đường chord, x : vị trí trên đường chord có giá trị từ 0 tới c, y : một nửa độ dày tại vị trí, và t : độ dày tối đa tại một vị trí của chord (được xác định bằng hai số cuối cùng của Naca 4 chữ số). Đường upper (x U , y U ) và lower (x L , y L ) có dạng : Với : 2.2. Mẫu naca sử dụng trong tính toán. Trong quá trình tính toán, mẫu naca 4412 và 0012 được ứng dụng trong tất cả quá trình. Bài toán chỉ [...]... Không gian tính toán: - v = 10m/s Các bước tính toán: 3.1 Vẽ và chia lƣới cánh 3D trên Gambit Hình 3 1.Mô hình chia lưới của Profil Naca 4412 14 Chương III : Tính đặc trưng khí động cho một số loại cánh Tại cánh có thông số là Naca 4412: Chiều dài: b=5m, Rộng: c=1m, Góc tới=0o, Số điểm trên Naca =100 điểm 3.2 Tính toán và kết quả lực khí động trong fluent với cánh profil 4412 3.2.1 Tính toán: Với mô... hơn với tỷ lệ lực khí động với nhận xét thứ 2, độ sải cánh b/c >3 sự thay đổi rất nhỏ về tỷ lệ khí động, để hiệu quả kinh tế ta nên sử dụng độ sải cánh b/c=3 26 Chương V : Ứng dụng cho cánh đã tính toán Chƣơng 5 Ứng dụng của cánh đã tính toán Có rất nhiều ứng dụng với cánh mã ta đã tính toán ở trên, nhưng tôi xin đưa ra hai vĩ dụ điển hình là ứng dụng cho cánh máy bay và ứng dụng cho cánh quạt của... của lực nâng 3D, ta tính được giá trị của lực cản CD3D= CD03D + / (π e AR) 12 Chương II : Xây dựng mô hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d Với: CD3D : hệ số lực cản 3d của cánh CD03D : hệ số lực cản khi không tồn tại lưc nâng Và e : hệ số Oswald 13 Chương III : Tính đặc trưng khí động cho một số loại cánh Chƣơng 3 Tính đặc trƣng khí động cho một số loại cánh Giả thiết: Ta tính toán giá trị Cl, Cd... số lực nâng và lực cản với cánh 3D Mô hình của cánh được xác định như sau: Hình 2 7 Cánh 3D Tại đây ta xác đinh tỷ số dạng (Aspect ratio) AR= b/c a Hệ số Lực nâng Cl3D Thông qua phần tính lực nâng 2d, ta có được cách thức tính lực nâng Cl3D Cl3D = Cl2D Trong đó: α Cl3D : Hệ số lực nâng cánh 3d Cl2D : Hệ số lực nâng 2d AR : Tỷ số dạng Và α : là góc tới b Hệ số Lực cản CD3D Nhờ xác định giá trị của lực. .. (inviscid) Giá trị đầu vào cần tính toán với vận tốc v=10m/s(phù hợp với vận tốc gió) 3.2.2 Ta được giá trị lực khí động: Bảng giá trị cho trường hợp cánh profil với naca 4412, b/c=5 và góc tới = 0o Cl Cd Cm 1.617313 0.12718584 0.9587749 Phân bố apsuat trên các đường của cánh Profil4412: Hình 3.2 Mô tả đường nằm trên bề mặt cánh 15 Chương III : Tính đặc trưng khí động cho một số loại cánh Biểu diễn hệ số áp... luận về lực khí động trên cánh Naca 4412 Chƣơng 4 Tính tổng thể lực khí động của cánh profil 4412 với góc tới thay đổi và chiều dài sải thay đổi 4.1 Giới thiệu: Phần này ta sử dụng Gambit và fluent để tính toán cho các giá trị của Profil trong các trường hợp Trường hợp : - Naca 4412 - Có c=1m - Với tỷ lệ: b/c = 1; 2; 3; 4; 5 - Góc tới = 0o; 4o; 8o; 12o; 16o; 20o - v = 10m/s 4.2 Kết quả tính toán: Với... Chương IV : Kết luận về lực khí động trên cánh Naca 4412 Hình 4 2 Biểu đồ lực cản cánh profil 3d 4412 Nhận xét: Với biểu đồ ta có thể nhận thấy: - Giá trị lực cản tăng tỷ lệ thuận với góc tới - Độ sải cánh càng tăng thì lực cản càng tăng Qua nhận xét về biểu đồ lực nâng và lực cản ta vẫn chưa rút ra được sự tối ưu khi sử dụng profil Vì vậy , ta xét thêm một biểu đồ của tỷ lệ khí động Biểu đồ Cl/Cd: Hình... 4 3 Biểu đồ tỷ số lực nâng với lực cản cánh profil 3d 4412 25 Chương IV : Kết luận về lực khí động trên cánh Naca 4412 Nhận xét: Qua quá trình mô phỏng cho cánh profil 4412 trong các trường hợp từ trên đồ thị ta có được hai nhận xét: - Khi góc va = 4o thì tỷ số Cl/Cd đạt cực đại - Khi b/c tang, sự chênh lệch về tỷ số lực nâng trên lực cản Cl/Cd giảm Với nhận xét đầu, ta nếu sử dụng cánh profil 4412,... đường chord 2.3 Lực khí động trên profil Trong hình dưới, hệ số áp suất Pds, trên một phân từ bề mặt, được xác định theo hai thành phần tử dX (song song với đường chord ) và dZ (vuông góc với đường chord ), tương ứng: Hình 2 2 Hệ sô lực khí động trên bề mặt Airfoil 5 Chương II : Xây dựng mô hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d 2.3.1 Lực theo phương z Tại mặt trên (Upper surface), lực theo phương... hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d Hình 2 5 Biểu đồ Cl với anpha với Naca 0012 10 Chương II : Xây dựng mô hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d Hình 2 6 Biểu đồ Cd/Cl với Naca 0012 11 Chương II : Xây dựng mô hình và lý thuyết tình toán cho cánh 3d 2.4 Lực khí động với cánh profil 3d Trong trường hợp này để chánh sai lầm khi đọc, ta chuyển hệ số lực nâng và lực cản cho cánh 2d thành CL2D và CD2D . này, Em đã chọn đề tài Tính toán lực khí động trên cánh . Cánh là bộ phận chính tạo lực nâng của máy bay. Lực khí động sẽ được tính nhờ mô phỏng đã được. 2.4. Lực khí động với cánh profil 3d. 12 Chƣơng 3. Tính đặc trƣng khí động cho một số loại cánh 14 3.1. Vẽ và chia lưới cánh 3D trên Gambit 14 3.2. Tính