Nghiên cứu hiện tượng cánh vẫy và mất lực nâng trong kỹ thuật hàng không

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM KẾT

MỤC LỤC

CHÚ GIẢI KÝ HIỆU

DANH SÁCH KÝ HIỆU

DANH SÁCH VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1. GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

1.1. Lý do chọn đề tài

1.2. Mục tiêu của luận văn

1.3. Phương pháp tiếp cận

2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1. Lịch sử nghiên cứu động cơ gió trục đứng

2.2. Các thông số của động cơ gió trục đứng

2.3. Các phương pháp nghiên cứu động cơ gió trục đứng

2.4. Lịch sử nghiên cứu hiện tượng mất lực nâng động

2.5. Các thông số của mất lực nâng động

2.6. Các phương pháp nghiên cứu mất lực nâng động

3. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ - CFD

3.1. Các phương trình cơ bản

3.2. Phương pháp tuần tự

3.3. Rời rạc hóa miền thời gian và không gian

3.4. Các mô hình rối

3.4.1. Mô hình rối k-ε

3.4.2. Mô hình rối k-ω SST

3.4.3. Mô hình rối Transition SST

3.5. Các điều kiện biên

3.5.1. Điều kiện biên vận tốc đầu vào

3.5.2. Điều kiện biên áp suất đầu ra

3.5.3. Điều kiện biên đối xứng

3.5.4. Điều kiện biên thành rắn

3.6. Ví dụ kiểm chứng – bài toán tấm phẳng

3.6.1. Giới thiệu bài toán tấm phẳng

3.6.2. Thiết lập hình học và rời rạc hóa bài toán

3.6.3. Thiết lập điều kiện biên

3.6.4. Phân tích kết quả tính toán

4. PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HIỆN TƯỢNG MẤT LỰC NÂNG TĨNH VÀ MẤT LỰC NÂNG ĐỘNG

4.1. Phân tích đặc tính khí động của hiện tượng mất lực nâng tĩnh

4.1.1. Thông số hình học

4.1.2. Rời rạc hóa miền tính

4.1.3. Điều kiện biên

4.1.4. Phân tích kết quả

4.2. Phân tích đặc tính khí động của hiện tượng mất lực nâng động

4.2.1. Thông số mô hình nghiên cứu

4.2.2. Rời rạc hóa miền tính

4.2.3. Điều kiện biên

4.2.4. Phân tích kết quả

4.3. Phân tích đặc tính khí động của hiện tượng mất lực nâng động trên động cơ gió trục đứng loại cánh thẳng

4.3.1. Mô hình hóa bài toán dòng qua động cơ gió trục đứng loại cánh thẳng

4.3.2. Thông số hình học

4.3.3. Rời rạc hóa miền tính

4.3.4. Điều kiện biên tính toán

4.3.5. Giải thuật và mô hình rối

4.3.6. Kết quả và nhận xét

5. MÔ HÌNH VÀ GIẢI THUẬT TÍNH TOÁN CHO ĐỘNG CƠ GIÓ TRỤC ĐỨNG

5.1. Mô hình 3 chiều turine gió trục đứng

5.2. Hệ tọa độ động cơ gió trục đứng

5.3. Miền tính toán bài toán động cơ gió

5.4. Lưới miền tĩnh bài toán động cơ gió

5.5. Cấu trúc lưới miền tĩnh và vùng gần cánh

5.6. Đồ thị biểu diễn biến đổi của số Reynolds theo tỉ số vận tốc mũi

5.7. Đồ thị giản đồ hội tụ của bài toán động cơ tại λ = 2

5.8. Đồ thị phân bố hệ số moment của động cơ theo thời gian

5.9. Trường phân bố cường độ xoáy động cơ gió

5.10. Đồ thị biểu diễn hệ số moment theo góc phương vị cho ba cánh động cơ trong một chu kỳ

5.11. Đồ thị biểu diễn hệ số công suất tức thời của ba cánh động cơ trong một chu kỳ quay

5.12. Biểu đồ phân bố hệ số công suất theo tỉ số vận tốc mũi

5.13. Biểu đồ phân bố hệ số moment trên cánh trong một chu kỳ hoạt động tại tỉ số vận tốc mũi λ = 2

5.14. Biểu đồ góc tới theo góc phương vị tại các tỉ số vận tốc mũi khác nhau

5.15. Trường phân bố cường độ xoáy động cơ của λ = 2

6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. Các thành quả đạt được

6.2. Những hạn chế

6.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về hiện tượng cánh vẫy và mất lực nâng

Hiện tượng cánh vẫy và mất lực nâng là hai vấn đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật hàng không. Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất bay của các loại cánh máy bay và động cơ gió trục đứng. Hiện tượng này xảy ra khi dòng khí không còn duy trì được lực nâng cần thiết, dẫn đến tình trạng tách lớp biên và giảm hiệu suất bay. Theo nghiên cứu, lực nâng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như góc tới, tốc độ gió và cấu trúc của cánh. Việc hiểu rõ về các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế và hoạt động của động cơ gió.

1.1. Nguyên lý hoạt động của cánh

Cánh hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra lực nâng thông qua sự chênh lệch áp suất giữa mặt trên và mặt dưới của cánh. Khi góc tới tăng lên, lực nâng cũng tăng, nhưng đến một mức độ nhất định, hiện tượng mất lực nâng sẽ xảy ra. Điều này thường xảy ra khi góc tới vượt quá một giá trị nhất định, dẫn đến tách lớp biên và giảm hiệu suất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa hình dạng và góc của cánh có thể giúp giảm thiểu hiện tượng này.

II. Phân tích hiện tượng mất lực nâng động

Hiện tượng mất lực nâng động xảy ra khi cánh không còn khả năng tạo ra lực nâng đủ để duy trì chuyến bay. Điều này thường xảy ra trong các điều kiện bay không ổn định, như khi cánh quay ở tốc độ cao hoặc khi gặp gió mạnh. Các yếu tố như tính năng bay, điều kiện bay và các yếu tố tác động từ môi trường đều có thể ảnh hưởng đến hiện tượng này. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các mô hình mô phỏng số có thể giúp dự đoán và phân tích hiện tượng này một cách chính xác hơn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mất lực nâng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng mất lực nâng động, bao gồm tốc độ gió, góc tới và cấu trúc của cánh. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thay đổi góc tới có thể làm thay đổi đáng kể lực nâng. Ngoài ra, các yếu tố tác động từ môi trường như độ dày của không khí và nhiệt độ cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cánh. Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế cánh và cải thiện hiệu suất bay.

III. Phương pháp mô phỏng số trong nghiên cứu

Phương pháp mô phỏng số đã trở thành công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu hiện tượng cánh vẫy và mất lực nâng. Sử dụng phần mềm như ANSYS FLUENT, các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng và phân tích các điều kiện bay khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho thiết kế cánh. Mô phỏng số cho phép đánh giá chính xác hơn về hiệu suất bay và cấu trúc dòng khí xung quanh cánh, giúp cải thiện khả năng hoạt động của động cơ gió trục đứng.

3.1. Lợi ích của mô phỏng số

Mô phỏng số mang lại nhiều lợi ích trong nghiên cứu hiện tượng mất lực nâng và cánh vẫy. Nó cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra nhiều kịch bản khác nhau mà không cần phải thực hiện các thí nghiệm tốn kém. Bên cạnh đó, mô phỏng số cũng giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn trong thiết kế, từ đó đưa ra các giải pháp kịp thời để cải thiện hiệu suất và an toàn bay.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tượng cánh vẫy và mất lực nâng trong kỹ thuật hàng không là một lĩnh vực quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của các loại máy bay và động cơ gió. Việc áp dụng các phương pháp mô phỏng số đã chứng minh hiệu quả trong việc phân tích và tối ưu hóa thiết kế cánh. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng này, nhằm phát triển các giải pháp tối ưu hơn cho ngành hàng không.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các mô hình mô phỏng số chính xác hơn, nhằm cải thiện khả năng dự đoán hiện tượng mất lực nâng và cánh vẫy. Ngoài ra, việc nghiên cứu các vật liệu mới và thiết kế cánh tối ưu cũng sẽ góp phần nâng cao hiệu suất bay và an toàn cho các loại máy bay trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ về hiện tượng cánh vẫy và mất lực nâng trong động cơ gió trục đứng