Bài giảng Khí động lực học - Bài 1 - Nguyễn Mạnh Hưng

Nội dung text: Bài giảng Khí động lực học - Bài 1 - Nguyễn Mạnh Hưng

1. Khí động lực học 1 Giáo viên phụ trách: Nguyễn Mạnh Hưng Bộ môn: Kỹ thuật Hàng không Mail: hungnm-tfa@mail.hut.edu.vn 1
2. Vai trò của khí động lực học? Cụm cánh đuôi Buồng lái Cánh máy bay tạo lực nâng và một số điều khiển Thân 2
3. Vai trò của khí động lực học? ⚫ Nguyên cứu khả năng tạo lực nâng trong quá trình chuyển động của máy bay ⚫ Lực cản nhỏ nhất đảm bảo tiêu tốn năng lượng ít nhất ⚫ Khả năng lái ổn định trong quá trình bay ⚫ Trợ giúp các hoạt động trong quá trình bay 3
4. Wing: cánh Aileron: Bánh lái liệng Fuselage: Thân Cabin (cocpit): buồng lái Horizontal stabiliser: ổn định Ngang (đuôi ngang) Vertical stabiliser: ổn định đứng (đuôi đứng) Rudder: bánh lái đứng Elevator: bánh lái độ cao Flap: cánh tà Trim tab: Nacelle: vỏ Landding gear: càng Nose gear: càng mũi Main gear: càng chính 4
5. Khí động lực học là gi? → U Vận tốc vô cùng 9
6. Khí động lực học là gi? → U 10
7. Một số khái niệm cơ bản ⚫ Dòng nhớt:  0 ⚫ Dòng không nhớt:  = 0 ⚫ Dòng chảy nén được: const ⚫ Dòng chảy không nén được: = const ⚫ V: Độ nhớt ⚫ β: Khối lượng riêng 11
8. Áp suất ⚫ Lực vuông góc trên đơn vị diện tích ⚫ Áp suất tại điểm B dF p = Lim dS→0 dS ⚫ dS=Phân tố diện tích tại điểm B ⚫ dF=Lực tác dụng lên phân tố diện tích dS ⚫ Đơn vị của áp suất: ⚫ N/m²=Pa (pascal) ⚫ Bar=105 Pa 12
9. Khối lượng riêng ⚫ Khối lượng trên đơn vị thể tích ⚫ Khối lượng riêng tại điểm B dm = Lim dv→0 dv ⚫ dv=Phân tố thể tích quanh điểm B ⚫ dm=Khối lượng không khí trong thể tích dv ⚫ Đơn vị của Khối lượng riêng: ⚫ kg/m3 14
10. Bảng khối lượng riêng theo độ cao 15
11. Nhiệt độ ⚫ Đóng vai trò quan trọng đối với dòng chảy ở tốc độ cao ⚫ Tỉ lệ với động năng trung bình mole của chất lỏng ⚫ Nếu KE là động năng trung bình thì: 3 KE = kT ⚫ K Hằng số Boltzmann 2 ⚫ Đơn vị. : C, R, K 16
12. Vân tốc-gia tốc 17
13. Sóng âm a = RT Gama=1.4,R=287 18
14. Số Mach V M = a 19
15. Phân loại bài toán Dưới âm Cận âm Trên âm 20
16. Cánh máy bay Đường tâm: là đường đối xứng của máy bay 21
17. Khái niệm bien dang canh -Cánh ở vị trí nằm ngang Được cắt bởi mặt phẳng Vuông góc với đường tâm Gọi là profil cánh -tùy thuộc và loại máy bay Mỗi vị trí là một profile khác nhau Mép ra Mép vào 22
18. Thông số hình học của profile cánh Góc tấn ⚫ A: Mép vào; B mép ra ⚫ Dây cung: Đoạn thẳng nối mép vào và mép ra ⚫ Đường vồng-đường trung bình ⚫ Độ vồng lớn nhất ⚫ Độ dày ⚫ Độ dày lớn nhất ⚫ Góc tấn 23
19. Diện tích cánh ⚫ Diện tích cánh là hình chiếu nhịn từ trên của máy bay CL: đường tâm wing tip (Ct):đầu cánh Wing root (Cr): gốc cánh 24
20. Sải cánh-wing span (b) ⚫ Khoảng cách giữa hai đầu mút cánh(bàng hai lần khoảng cách từ đường tâm tới đầu mút cánh ) 25
21. Góc tấn- góc đặt cánh 28
22. Họ profile NACA ⚫ Profile 4 số: Định nghĩa bởi 4 số tự nhiên ⚫ Số thứ nhất chỉ độ vồng lớn nhất so với 1/100 dây cung ⚫ Số thứ 2 chỉ vị trí độ vồng lớn nhất so với 1/10 dây cung ⚫ Hai số cuối chỉ độ dày lớn nhất tính theo phần trăm dây cung 29
23. Họ profile NACA ⚫ VD NACA 4412 Độ vồng lớn nhất là 4% Độ dày tương đối lớn nhất dây cung (=0,04C) 12% dây cung (0.12C) Vị trí độ vồng lớn nhất 4/10 dây cung (=0.4C) 30
24. Phương trình xác định profile NACA 4 số ⚫ Ở đây: ⚫ x: tọa độ dọc theo dây cung từ à đến C ⚫ t: độ dày lớn nhất (độ dày mãx 12% thì t=0.12) ⚫ m: độ vồng lớn nhất tính theo phần 10 dây cung ⚫ p: vị trí độ vồng lớn nhất tính theo phần 10 dây cung ⚫ yt: độ dày ⚫ yc độ vồng 31
25. Phương trình xác định profile NACA 4 số 4.2. 1.XácTính Xác định toán định tọa giá gí độ trị cuốiđườngcủa xcùng từ vồng 0 cho đến trung profil C bình với (xu,yu)3. TÍnh cho toán mặt giá trên, trị bề (xl,yl) dày, chophía mặt trên dưới +, theophía phuoxngdướ - trình 32
26. Các dạng profile khác ⚫ Profile NACA mở rộng ⚫ Profile Joukowski ⚫ Profile khác ⚫ (tìm hiểu thêm trên intenet) 33
27. Thông số hình học của cánh ⚫ Diện tích cánh S ⚫ Sải cánh b 34
28. Thông số hình học của cánh ⚫ Tỉ số thon cánh 35
29. Thông số hình học của cánh ⚫ Tỉ số dạng 36
30. Thông số hình học của cánh ⚫ Góc mũi tên: + về phía sau; – trước 37
31. Thông số hình học của cánh ⚫ Góc nhị diện 38
32. Lực và mômen khí động ⚫ Hai lọai lực cơ bản gồm: ⚫ Phân bố áp suất (p) ⚫ Phân bố ứng suất tiếp (t) ⚫ Tổng hợp được lực và mô men 39
33. Lực và mômen khí động ⚫ Lực nâng-Lift (KH L) thành phần vuông góc với phương vận tốc vô cùng của lực khí động ⚫ Lực cản-drag (KH D) thành phần song song với phương vận tốc vô cùng của lực khí động ⚫ Lực vuông góc (KH N): thành phần vuông góc với dây cung của lực khí động ⚫ Lực dọc trục (KH A): thành phần song song với dây cung của lực khí động 40
34. Lực khí động 41
35. Các hệ số khí động 1 q = U 2 ⚫ Áp suất động: 2 p − p ⚫ Hệ số áp suất: C p = q L ⚫ Hệ số lực nâng: CL = D q S ⚫ Hệ số Lực cản: CD = q S N C = ⚫ Hệ số lực nâng N q S vuông góc: ⚫ Hệ số lực cản vuông A CA = góc: q S M ⚫ Hệ số mô men: CM = q Sc 42
36. Tâm áp N ⚫ Xcp gọi là tâm áp nếu thỏa mãn MLE A M LE M = −x N x = − xcp LE cp cp N ⚫ Nếu góc tấn là nhỏ: M LE C x = − M LE = − L + M C / 4 = −xcp L cp L 4 43
37. Đo lực khí động 44
38. Hệ số lực khí động Hệ số lực nâng Hệ số lực cản 45
39. Tọa độ cực-chất lượng khí động Tọa độ cực Đồ thị L/D 46
40. Bài tập ứng dụng ⚫ Bài 1: Trong chuyển động ở tốc độ thấp, dòng chảy không nén được. Kết quả thí nghiệm nhận được đối với profile NACA 4412 ở góc tấn 4° là: Cl=0.85, Cm,c/4=- 0.09. Hãy tìm vị trí của tâm áp. 47
41. Bài tập ứng dụng ⚫ Giải: C M ⚫ Từ mối quan hệ x = − C / 4 cp 4 L ⚫ Biến đổi ta có 2 xcp 1 (M / q c ) 1 Cm,C / 4 = − C / 4 = − C 4 (L / q c) 4 CL ⚫ Thay số ta được: x 1 − 0.09 cp = − = 0.356 C 4 0.85 48
42. Bài tập ứng dụng ⚫ Bài 2: Cho dòng chảy trên âm với góc tấn 0° qua nêm góc là 10° (hình vẽ1). Số Mach ở xa vô cùng là 2.0 và áp suất và khối lượng riêng tương ứng là p∞=1.01x105 pa và r∞=1,23 kg/m3.Áp suất tác dụng vào mặt sau là p ∞ (như hình vẽ 2). Ứn suất tieepscar trên và 0.2 dưới thay đổi theo quy luật:  w = 431s ⚫ Dây cung của nêm là 2m. Hã tính hệ số lưc cản 49