MỤC LỤC CHƯƠNG1: NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ 1 1. Tính chất chung của chất lỏng và chất khí 1 1. Các đại lượng vật lí 2 1. Các phương trình cơ bản 9 1.
Lực cản 12 CHƯƠNG 2: CÁC CHẾ ĐỘ BAY KHÁC NHAU. Chế độ bay ngang đều 18 2. Chế độ bay lên đều 19 2. Chế độ chuyển động bay xuống đều 21 2.
Chế độ cất cánh 23 2. Chế độ hạ cánh 26 2. Hệ số tải trọng 26 2. Chế độ bay liệng chuẩn ( Virage ).
Đồ thị tọa độ cực và các điểm bay đặc biệt 28 2. Đường lực nâng và đường đặc tính cực (Polaire) của máy bay 28 2. Đường đặc tính “Máy bay” 29 2. Đường đặc tính động cơ 30 2.
Đường đặc tính tổng hợp động cơ_ máy bay 33 CHƯƠNG 3: ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY 40 3. Các hệ trục toạ độ 40 3. Hệ toạ độ cố định Oxyz gắn cố định với mặt đất. Hệ trục chuyển động tịnh tiến cùng máy bay 40 3.
Hệ trục gắn cố định với máy bay 40 3. Hệ tọa độ không tốc 40 3. Hệ tọa độ địa tốc hay hệ toạ độ quỹ đạo 40 3.2 Ổn định tĩnh trong chuyển động dọc của máy bay 43 3. Mômen khí động tác dụng lên cánh trong chuyển động dọc trục 43 3.
Mômen khí động tác dụng lên đuôi ngang của máy bay trong chuyển động dọc 45 3. Momen khí động tác dụng lên thân máy bay trong chuyển động dọc 48 3. Momen do lực đẩy của động cơ 48 3. Sự ổn định dọc tĩnh của máy bay 49 3.
Điểm trung hoà 51 3.3 Sự điều khiển chuyển động dọc của máy bay 52 3. Các mặt điều khiển 52 3. Điều khiển chuyển động dọc băng đuôi lái ngang 52 3. Góc của đuôi lái ngang lúc bay ổn định 54 3.
Sự ổn định hướng của máy bay 54 3. Sự điều khiển hướng máy bay 56 3. Sự ổn định nghiêng 57 3. Sự điều khiển độ nghiêng 59 3.
Các phương trình chuyển động cơ bản 60 3. Các phương trình cơ bản 60 3. Phương pháp tuyến tính hoá để giải các phương trình động lực học bay 62 3. Tính toán hệ số đạo hàm khí động 66 1 3.
Phương trình chuyển động dưới dạng ma trận 71 CHƯƠNG 4: ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỌC MÁY BAY 78 4. Một số khái niêm cơ bản 78 4. Biên độ phức của hàm điều hoà 78 4. Biên độ phức của hàm bất kỳ.
Phép biến đổi Fourier 78 4. Phép biến đổi Laplace 79 4. Tính chuyển động dọc của máy bay 80 4. Ma trận hàm truyền và ma trận độ cứng khí động của máy bay trong chuyển động dọc trục 80 4.
Tính chuyển động dọc của máy bay dưới tác động của không khí bị nhiễu động 82 4. Tính dao động dọc tự do của máy bay lúc không có điều khiển 83 4. Dao động dọc trục của máy bay khi có điều khiển đuôi lái ngang δe 85 4. Tiêu chuẩn đánh giá tính chất lượng máy bay 86 ÁP DỤNG KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỌC MÁY BAY 91 1.
Các thông số của máy bay 91 2. Phân tích chất lượng máy bay 93 2 CHƯƠNG1: NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ Lực khí động và mô men tác động vào vật thể bay phụ thuộc vào kích thước hình học của vật bay, vận tốc cũng như tính chất xung quanh vật bay. Khi nghiên cứu Cơ học vật bay, chúng ta phải quan tâm tới tính chất vật lí của chất khí như áp suất, nhiệt độ, khối lượng riêng, độ nhớt, vận tốc âm thanh ở độ cao mà vật bay chuyển động. Tính chất chung của chất lỏng và chất khí Chất lỏng là một dạng vật chất được đặc trưng bởi hai đặc điểm, đó là nó có thể tích và không có hình dạng nhất định.
Chất lỏng có khả năng chống nén tương đối lớn, nghĩa là nó thay đổi thể tích rất ít, khi thay đổi áp suất và nhiệt độ. Mặt khác, do lực liên kết giữa các phần tử không lớn lắm nên nó chống lại rất yếu các biến dạng trượt. Tính chất này làm nó không có hình dạng riêng của mình, mà luôn mang hình dạng của vật chứa nó. Điều này làm cho chất lỏng có tính chất giống như chất khí.
Chất lỏng khác chất khí ở chỗ, nó còn phần nào chống lại lực kéo dãn. Trong khi đó chất khí hoàn toàn không có khả năng này. Điều này có thể giải thích là do lực tác dụng tương hỗ giữa các phẩn tử khí nhỏ hơn rất nhiều so với trong chất lỏng. Chính vì vậy chất khí không chỉ có khả năng điền đầy bất cứ khoảng không nào chứa nó, mà còn có thể thu nhỏ đáng kể thể tích của mình khi chịu áp suất lớn.
Ở những điều kiện nhiệt độ cao và áp suất thấp thì các tính chất của chất lỏng và chất khí hoàn toàn giống nhau. Khoảng cách giữa các phần tử chất khí thường rất lớn so với kích thước phân tử của chất khí. Do vậy khí nghiên cứu chất khí người ta thường bỏ qua thể tích của các phân tử và lực tác dụng tương hỗ giữa chúng. Mô hình khí như vậy được gọi là khí lí tưỏng.
Mặc dầu trong thực tế không có khí lí tưởng, tuy nhiên khi nhiết độ cao và áp suất thấp thí các chất khí thực rất giống khí lí tưởng. Trong khí động học, mọi tính toán đều được thực hiện trên mô hình lí tưởng và kết quả thu được vẫn hoàn toàn phù hợp với thực tế. Mặc dù môi trường khí là môi trường rời rạc. Nhưng khi nghiên cứu chuyển động của chất khí và sự tác dụng tương hỗ giữa chất khí và vật thể chuyển đông, trong đó người ta vẫn coi chất khí là môi trường liên tục.
Đây là giả thiết về tính liên tục của môi trường khí do Đalămbe đưa ra vào năm 1744 và Ơle đưa ra vào năm 1753. Nhờ các giả thiết liên tục này mà người ta có thể coi các đặc trưng của dòng khí là những hàm liên tục của toạ độ không gian và thời gian. Do đó có thuận lợi trong việc sử dụng các công cụ toán học. Đối với không khí loãng, khi mà quãng đường tự do của các phân tử khí tương đương với kích thước của vật chảy bao.
Giả thiết liên tục này không còn đúng nữa. Các đại lượng vật lí 1- Áp suất : áp suất là áp lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích. Áp p suất trung bình được tính theo công thức sau : F A (1.1) F : lực theo phương pháp tuyến (n) A : diện tích (m2) Quan hệ giữa áp suất p, khối lượng riêng và nhiệt độ T được thể hiện trong phương trình trạng thái p = rT (1.2) Trong đó r là hằng số chất khí. Đối với không khí r = 287 J/kg.K 2- Nhiệt độ : Nhiệt độ của không khí là một thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất vật lí của không khí như khối lượng riêng và độ nhớt.
Khi nhiệt độ tăng đối với chất khí, chuyển động của các phân tử mạnh lên, do đó độ nhớt cũng tăng lên. Còn đối với chất lỏng như nước hoặc dầu, khi nhiệt độ tăng lên, lực liên kết giữa các phân tử giảm, dẫn tới độ nhớt giảm. Điều đó có nghĩa khi máy bay chuyển động với vận tốc lớn, ma sát giữa dòng khí với vật rắn sinh nhiệt lớn, làm cho hệ số nhớt tăng. Lúc này mô hình chất khí không nhớt sẽ không còn chính xác nữa và việc khảo sát chất khí nhớt coi là bắt buộc.
Để đo nhiệt độ người ta dùng thang độ Kelvin (oC) hay Rankine (oK). Quan hệ giữa hai thang độ đó là : T0K = T0C + 273 (1.3) Trong tầng đối lưu nhiệt độ trung bình giảm 6,5 độ khi độ cao tăng 1000 m. Bề dầy tầng đối lưu được xác định từ mặt đất đến chỗ kết thúc quá trình giảm nhiệt độ. Bề dầy này thay đổi theo vĩ độ và theo mùa.
Cụ thể ở vùng nhiệt đới bề dầy này vào khoảng 17-18 km, còn lại ở hai cực của Trái đất bề dầy của tầng đối lưu là 8 km. Người ta thường lấy trung bình bề dầy tầng đối lưu là 11 km và vì thế nhiệt độ ở mặt trên tầng đối lưu là khoảng 216 OK ( tức là - 56 OC ) Những quy luật thay đổi các thông số trong Khí quyển chuẩn thường được thiết lập trên cơ sở các số liệu thống kê thực tế. Chúng có dạng : - Đối với tầng đối lưu : T = TO - 0,0065.4) - Đối với tầng bình lưu T11 = 216,5OK = const (1.5) Trong đó T11, P11 và 11 là các thông số ứng với độ cao 11 km 4 Hình 1.1: Nhiệt độ thay đổi theo độ cao trong lớp khí quyển Z Hình 1.2 : Nhiệt độ thay đổi đến độ cao km 22km 22 6. 28 3- Khối lương riêng, trọng lượng riêng, tỷ trọng - Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng ( z là chỉ số chỉ độ cao, M là khối lượng (kg), V là thể tích của chất lỏng ( m3).
Với t=150 và z=0 => - Trọng lượng riêng là trọng lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng: Z Mg V [ N m3 ] (1.7) -Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng ( trọng lượng) của không khí ở độ cao z và khối lượng ( trọng lượng) của không khí ở mặt đất z= 0 km.8) z là độ cao đo bằng km. 4- Tính nén của chất lỏng : là khả năng thay đổi khối lương riêng thí dụ khi áp suất thay đổi. Để biểu diễn độ nén ta dùng tỷ số MLMLT3 L2T 2 1 2 d dp Thứ nguyên của tỷ số (1.9) có thứ nguyên là vận tóc bình phương và đó chính là vận tốc âm bình phương => vận tốc âm.10) Nếu giả thiết không có sự trao đổi nhiệt bên ngoài và không có tổn hao, ta có thể sử dụng định luật Poisson trong trường hợp này: (1.11) Cho chất lỏng là không khí. Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp ( Cho không khí Cp = 1000) Cv: Nhiệt dung riêng đẳng tích ( Cho không khí Cv = 713) r = (Cp – Cv): Hằng số chất khí ( Cho không khí: r=1000-713=287) a (m/s): Vận tốc âm cho không khí được tính như sau : (1.12) 6 - Số Mach (M): Tỷ số giữ vận tốc dòng khí và vận tốc truyền âm 0 < M < 0.5 : dòng chảy dưới âm chất lỏng không nén được 0.8 : dòng chảy dưới âm chất lỏng nén được 0.2 : dòng chảy cận âm 1.