Bộ giáo dục v đo tạo Viện khoa học v công nghệ
việt nam

Viện cơ học
Phan xuân tăng
Nghiên cứu đặc tính khí động học của khí cụ
bay khi có ảnh hởng của mặt giới hạn Chuyên ngnh: Cơ học chất lỏng
Mã số: 62 44 22 01

Tóm tắt luận án tiến sĩ cơ học

2. Th viện Viện Cơ học
Danh mục công trình của tác giả

1. Dơng Ngọc Hải, Ngô Trí Thăng, Phan Xuân Tăng (2002, "Xác định các
đặc tính khí động học của cánh khí cụ bay trong dòng khí dới âm", Tuyển tập
Công trình Khoa học Hội nghị Cơ học Toàn quốc lần thứ bảy năm 2002, tập IV,
Cơ học Thuỷ khí, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Tr. 155-164.
2. Dơng Ngọc Hải, Phạm Vũ Uy, Phan Xuân Tăng (2004), "Khảo sát ảnh
hởng của bề mặt giới hạn tới đặc tính khí động học của khí cụ bay", Tuyển tập
các báo cáo Hội nghị Cơ học Toàn quốc kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Cơ học
4/2004, Tr. 90-95.
3. Phan Xuân Tăng, Phạm Vũ Uy, (2004), "Khảo sát ảnh hởng của bề mặt
giới hạn tới đặc tính khí động học của khí cụ bay bằng phơng pháp thực
nghiệm", Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thuỷ khí Toàn quốc
năm 2004, Tr. 148-158.
4. Phan Xuân Tăng, Ngô Trí Thăng, (2005), "Nghiên cứu thực nghiệm ảnh
hởng của bề mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của cánh khí cụ bay", Kỷ
yếu Hội thảo Toàn quốc " Cơ học và khí cụ bay có điều khiển lần thứ nhất năm
2005, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Tr. 68-74.
5. Phan Xuân Tăng, Phạm Vũ Uy, Dơng Ngọc Hải (2005), "ảnh hởng của
bề mặt giới hạn tới đặc tính khí động học của khí cụ bay trong bài toán không
dừng và phi tuyến", Kỷ yếu Hội thảo Toàn quốc "Cơ học và khí cụ bay có điều
khiển" lần thứ nhất năm 2005, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Tr.75-
79.
6. Phan Xuân Tăng, Phạm Vũ Uy (2005), "Nghiên cứu đặc tính khí động học
của khí bay khi bay thấp trên mặt biển" Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa
học Cơ học Thuỷ khí Toàn quốc năm 2005, Tr. 499-510.
7. Ngô Trí Thăng, Phan Xuân Tăng, (2005), "Khảo sát chuyển động nhiễu dọc
thuỷ phi cơ khi bay gần mặt phẳng giới hạn",
T

không khí, chuyển động giữa KCB với sóng và chuyển động giữa mặt sóng và
không khí.
Xuất phát từ nhu cầu của hớng nghiên cứu về khí động học các khí cụ
bay chuyển động gần với mặt giới hạn cũng nh từ nhu cầu phục vụ, thiết kế,
chế tạo các tàu đệm khí động và các khí cụ bay khác hoạt động ở gần mặt giới
hạn, tác giả chọn đề tài Nghiên cứu đặc tính khí động học của khí cụ bay
khi có ảnh hởng của mặt giới hạn" đảm bảo tính cấp thiết cho luận án.
2. Mục đích nghiên cứu: Mục đích của luận án là trên cơ sở mô hình vật lý-
toán xây dựng mô hình thực nghiệm và mô hình số để xác định đặc tính khí
động học của khí cụ bay, tàu đệm khí động, khi xét đến ảnh hởng hiệu ứng của
mặt giới hạn nói chung và mặt nớc có sóng nói riêng trong các trờng hợp
chuyển động của chúng dừng và không dừng trên mặt giới hạn với các tốc độ
nhỏ dới âm.
3. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu: Xây dựng các nội dung nghiên cứu thực
nghiệm, thổi mô hình trong ống khí động, khảo sát ảnh hởng hiệu ứng của mặt
giới hạn và xác định đặc tính khí động học của khí cụ bay ở tốc độ dới âm.
Xây dựng mô hình số, thuật toán và phần mềm xác định đặc tính khí động học
phi tuyến dừng và không dừng của khí cụ bay khi chuyển động gần với mặt giới
hạn có biên dạng theo các qui luật khác nhau. áp dụng phơng pháp thực
nghiệm và mô hình số xác định đặc tính khí động học của tàu đệm khí động loại
nhỏ với hai chỗ ngồi.
4. Phơng pháp nghiên cứu: Lựa chọn các tiêu chuẩn đồng dạng cơ bản phù
hợp với mô hình vật lý của dòng chảy bao, mô hình KCB và mặt giới hạn, thực
nghiệm thổi các loại cánh và KCB hoàn chỉnh trong ống khí động. Nghiên cứu
phát triển xây dựng mô hình số, xác định đặc tính khí động học phi tuyến dừng
và không dừng có tính đến ảnh hởng hiệu ứng của mặt giới hạn.
5. ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm của luận án đã đóng góp phát triển các mô hình tính toán số, trên cơ sở
lý thuyết xoáy rời rạc cho các bài toán xác định các đặc tính khí động phi tuyến
của KCB, khi chuyển động dừng và không dừng với tốc độ nhỏ dới âm gần với

Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng khi
khoảng cách từ mép sau cánh đến mặt giới hạn
h =
b
h
< 1 thì hình ảnh dòng chảy
bao cánh thay đổi rất nhiều so với dòng chảy bao cánh trong trờng hợp cánh
chuyển động tự do (không có mặt giới hạn). Mô hình vật lý dòng chảy bao cánh
nói riêng cũng nh dòng chảy bao khí cụ bay nói chung với giả thiết chất lỏng
(chất khí) lý tởng không chịu nén, khi có mặt giới hạn thì sự phân bố về các
tham số của dòng chảy bao đã có sự thay đổi về định lợng và định tính. Ngoài
các yếu tố ảnh hởng đến các đặc tính khí động của cánh nh trong trờng hợp
không có mặt giới hạn (hình dạng cánh, góc tấn, số Re ) còn có khoảng cách
h , tính chất và trạng thái của mặt giới hạn nữa.
1.3. Tình hình và các phơng pháp nghiên cứu về ảnh hởng của mặt giới
hạn đến đặc tính khí động học của khí cụ bay
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nớc

3
Từ những thập niên 20 và 30 của thế kỷ trớc đã có nhiều công trình
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm khảo sát, đánh giá về sự ảnh hởng của
mặt giới hạn (mặt đất) đến đặc tính khí động học của KCB, khi bay gần với mặt
đất thờng gặp ở các giai đoạn cất và hạ cánh của chúng. Từ sau chiến tranh thế
giới lần thứ II đến những thập niên 50 và 60 các công trình nghiên cứu tập trung
đi vào khảo sát ảnh hởng của mặt đất đến hiệu quả của các trang thiết bị bổ trợ
nh: tấm tăng nâng, cánh tà khe, các tấm chắn đầu mút nhằm nâng cao chất
lợng khí động và cải thiện các tính năng cất - hạ cánh của KCB [46], [49],
[53], [62], [65]. Những công trình nghiên cứu về ảnh hởng của mặt giới hạn
trong ba thập niên cuối của thế kỷ trớc và những năm gần đây chủ yếu đi vào
khảo sát ảnh hởng của nó đến các tính năng, các quá trình quá độ trong các

phỏng là mặt giới hạn.

4
- Nghiên cứu thực nghiệm bằng cách kéo mô hình trên mặt nớc hoặc
trên cạn.
- Nghiên cứu thực nghiệm bằng thử bay mô hình. Thử bay mô hình ngoài
việc khảo sát ảnh hởng của mặt giới hạn đến đặc tính khí động học của cánh và
KCB ra, còn phục vụ cho nghiên cứu về tính ổn định và điều khiển của chúng.
Khí cụ bay đợc mô phỏng bằng mô hình bay thu nhỏ đồng dạng về mặt hình
học, đợc điều khiển bằng vô tuyến. Trên mô hình bay có lắp các thiết bị đo và
ghi các tham số định vị ở từng thời điểm chuyển động và các tham số làm việc
của động cơ. Hình 1.7. Thử mô hình bay, điều khiển bằng vô tuyến.
1.4. Lựa chọn phơng pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án
Phơng pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án đợc chọn là: phơng
pháp nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết.
- Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm đợc tiến hành trong ống khí động
dới âm nhằm kiểm chứng một số kết quả đã công bố và làm sáng tỏ ảnh hởng
của biên dạng bề mặt giới hạn, vị trí tơng đối giữa các đỉnh của biên dạng so
với KCB đến các đặc tính khí động học của chúng ở các độ cao và vùng góc tấn
khác nhau. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trong điều kiện dòng chảy bao
dừng, tốc độ thấp từ 25 đến 40m/s.
- Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết dựa trên cơ sở lý thuyết xoáy rời rạc
cho bài toán khí động phi tuyến dừng và không dừng của cánh chuyển động
trong môi trờng tự do, nghiên cứu phát triển mô hình tính toán số, xác định đặc

âm OT1 của Viện kỹ thuật
Phòng Không - Không
Quân đợc thiết kế chế tạo
theo sơ đồ nguyên lý tuần
hoàn kín có buồng công tác
hở [1]. Các thông số kỹ
thuật của ống khí động và
chỉ tiêu chất lợng của dòng khí trong buồng thử phù hợp và đáp ứng đợc các
yêu cầu của nghiên cứu thực nghiệm đặt ra.
2.2.2. Các thiết bị đo
Các thiết bị đo sử dụng trong các thí nghiệm bao gồm: thiết bị đo các lực
và mômen khí động. Sử dụng cân khí động 6 thành phần với giới hạn sai số
0,5%. Thiết bị đo tốc độ dòng
khí sử dụng tốc kế loại GP68
với dải đo từ 0, 03 đến 45m/s
và giới hạn sai số 0,5%. Bộ
khớp xoay hai chiều để định
vị mô hình và thay đổi góc
tấn (), góc trợt cạnh ()
trong hai mặt phẳng đứng và ngang.

2.2.3. Chuẩn bị các mô hình
Mô hình cánh gồm có 3 loại:
Cánh No
1: hình chữ nhật dạng profil SAGI B với
c
=1,
c
=5,33
Cánh No

Biên dạng
Hình
dạng
a (mm) b (mm)
Độ cao h
đ

(mm)
Khoảng cách
g
iữa
hai đỉnh
đ
(mm)
mgh-1 Phẳng Elíp 1800 1200 0 0
mgh-2 Hình sin Elíp 1.800 1.200 50 80
mgh-3 Hình sin Elíp 1.800 1.200 50 160
mgh-4 Hình sin Elíp 1.800 1.200 50 80
2.2.4. Các nội dung thử nghiệm
- Bớc thứ nhất: Khảo sát đánh giá mức độ hoàn thiện của quá trình mô
hình hoá cũng nh độ chính xác của các phơng tiện đo cho hai trờng hợp
chảy bao mô hình cánh tự do và chảy bao mô hình cánh có mặt giới hạn.
- Bớc thứ hai: Nghiên cứu khảo sát ảnh hởng của mặt giới hạn đến đặc
tính khí động học của cánh KCB ở các khoảng cánh h và góc tấn khác nhau.
V
TN
=22m/s; ứng với số Reynolds (Re = 0,6.10
6
). Các nội dung thử
nghiệm trong bớc hai đợc thực hiện theo các phơng án:


Hình 2.6: Hệ số c
y
so với thực nghiệm ở

h=0,075
H
ình 2.
5
: Hệ số c
y
so với thực nghiệm
STT
-1,2
-0,8
-0,4
0,0
0,4
0,8
1,2
-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20
TN
[54]
Hệ số lực nâng c
y

Góc tấn
0
0,1
0,2

tính khí động học của cánh KCB
- Kết quả khảo sát về sự ảnh hởng khoảng cách giữa cánh và mặt giới
hạn h đến hệ số lực nâng c
y
, hệ số lực cản c
x
, hệ số mômen chúc ngóc m
Z
và cực
tuyến của cánh hình chữ nhật với
C
=2 xem trên các hình 2.7, 2.8, 2.9.
Phân tích các kết quả thử nghiệm cho thấy, đối với hệ số lực nâng của cả
hai cánh hình chữ nhật và hình thang đều phụ thuộc vào khoảng cách giữa mặt
giới hạn với cánh. ở cùng một góc tấn khoảng cách
h
càng nhỏ thì hệ số lực
nâng càng lớn. ở các khoảng cách h từ 0,15 đến 0,40 độ gia tăng của hệ số lực
nâng lớn. Điều này cũng phù hợp với qui luật biến thiên chung c
y
=f(h ) mà ở các


C
=1
-0,16
-0,12
-0,08
-0,04
0,00
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
anpha=0 độ anpha=4 độ
anpha=8 độ
m
z

h
Hình 2.9: ảnh hởng khoảng cách
h
đến hệ số m
z
của cánh

c
=2,

C
=1
0,000
0,010
0,020
0,030

thay đổi theo chiều giảm xuống khi
h
giảm cha đợc thể hiện rõ rệt. ở đây có
sự khác biệt là khi bay gần mặt giới hạn hệ số lực cản đối với cánh hình thang
giảm rõ rệt hơn so với cánh hình chữ nhật. Hệ số lực cản của cánh hình thang ở
cùng một khoảng cách h và góc tấn , nhận đợc giá trị nhỏ hơn.
Còn đối với sự ảnh hởng của khoảng cách h đến hệ số mômen chúc ngóc
m
Z
tơng tự nh ảnh hởng đối với hệ số lực nâng c
y
. Giá trị tuyệt đối của hệ số
mômen m
Z
tăng khi khoảng cách h giảm, đặc biệt tăng rõ rệt ở các khoảng cách
h nhỏ (h =0,2 ữ 0,4) và ở các góc tấn lớn.
- Kết quả khảo sát về sự ảnh hởng của biên dạng các mặt giới hạn đến
các hệ số lực nâng c
y
, hệ số lực cản c
x
hệ số mômen chúc ngóc m
Z
và cực tuyến
của cánh hình chữ nhật với
c
= 2,
C
= 1, ở độ caoh=0,2. Xem trên các hình
2.14, 2.15, 2.16 và 2.17.

, góc tấn và số Re). ở cùng một khoảng cách
h
và góc tấn
, mặt giới hạn có các đỉnh lồi lõm có giá trị của hệ số lực nâng c
y
và giá trị tuyệt đối
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
mgh-1 mgh-2
mgh-3 mgh-4
c
x



Hình 2.14: ảnh hởng biên dạng mặt
giới hạn đến hệ số c
y
của cánh với

=2,0,

C
=1 ở khoảng cách h =0,20
Hình 2.15: ảnh hởng biên dạng mặt giới

=2,0,

C
=1 ở khoảng cách h =0,20
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
mgh-1 mgh-2
m
g
h-3 m
g
h-4
c
y

Hình 2.17: Cực tuyến cánh với

=2,0,

C
=1 ở khoảng cách
h

giới hạn có kết cấu không cứng vững mgh-4.
- Kết quả khảo sát ảnh hởng vị trí tơng đối giữa đỉnh biên dạng của mặt
giới hạn so với vị trí của cánh đến hệ số lực nâng c
y
của cánh hình chữ nhật và
cánh hình thang ở khoảng cách
h =0,40 và góc tấn =4
0
, xem trên hình 2.18
Hình 2.18: ảnh hởng vị trí tơng đối giữa đỉnh biên dạng với cánh đến
hệ số lực nâng c
y
.
Hệ số lực nâng c
y
của cánh hình chữ nhật và cánh hình thang đều đạt giá
trị lớn nhất không phải ở vị trí khi đỉnh biên dạng nằm trên đờng pháp tuyến
của mặt giới hạn đi qua điểm tâm áp của mỗi cánh, mà là ở những vị trí gần về
phía mép đuôi các cánh. Điều này, thực tế có nghĩa là khi khí cụ bay và đỉnh
biên dạng cùng chuyển động với các vận tốc khác nhau (giả thiết vận tốc của
KCB lớn hơn nhiều vận tốc của đỉnh biên dạng). Trờng hợp nếu KCB và đỉnh
biên dạng chuyển động theo cùng hớng, thời điểm mà hiệu ứng của mặt giới
hạn lớn đối với cánh là lúc mà đỉnh biên dạng cha kịp tới KCB, còn trờng hợp
đỉnh biên dạng chuyển động ngợc với hớng của KCB thì hiệu ứng tới mặt giới


Hình 3.1: Cánh khí cụ bay chuyển động gần mặt giới hạn
1- Cánh khí cụ bay; 2- Mặt giới hạn có biên dạng thay đổi;
oxyz- Hệ trục toạ độ Descartes liên kết với cánh.
Trong dòng khí nhớt chảy bao cánh KCB và mặt giới hạn, lực tác dụng
tơng hỗ giữa chúng đợc phân bố theo phơng pháp tuyến và tiếp tuyến. Thành
phần theo phơng tiếp tuyến là do độ nhớt của chất khí tạo ra. Thực tế cho thấy,
trong nhiều bài toán với độ chính xác cần thiết, việc xác định các thành phần lực
này đợc thực hiện một cách độc lập với nhau. Điều này có nghĩa là khi xác
định áp suất hay là đặc tính khí động học cơ bản của cánh khí cụ bay nh: hệ số
lực nâng, hệ số mômen chúc ngóc có thể bỏ qua tính nhớt của môi trờng và
xem môi trờng mà trong đó KCB và mặt giới hạn chuyển động là môi trờng
khí lý tởng. Cờng độ của các xoáy tự do bất biến theo thời gian, nhng vị trí
của chúng trong không gian lại luôn thay đổi. áp suất trên bề mặt cánh trong
dòng nhiễu động không dừng đợc xác định dựa trên biểu thức tích phân
Cauchy-Lagrange. Trong trờng hợp bài toán phi tuyến dừng, tồn tại sự khác
biệt là định dạng của màn vết xoáy tự do đợc xác lập bằng các phơng trình vi
phân của các đờng dòng lại trùng với các sợi trong màn vết xoáy tự do. áp suất
ở các điểm trên bề mặt KCB trong dòng nhiễu động đợc xác định bằng biểu
thức tích phân Bernoulli hoặc theo định lý Giucôpxki trong "lân cận bé".
3.2. Phơng pháp xoáy rời rạc, xác định đặc tính khí động học phi tuyến
của KCB khi chuyển động dừng và không dừng
Phơng pháp xoáy rời rạc trong các bài toán khí động phi tuyến dừng và
không dừng của KCB khi chuyển động trong môi trờng không có mặt giới hạn

khi chuyển động dừng gần mặt giới hạn không phẳng
3.3.1. Sơ đồ hoá khí cụ bay và mặt giới hạn
Các bộ phận của khí cụ bay nh: cánh, thân, đuôi ngang, đuôi đứng và các
ổ chứa động cơ đợc sơ đồ hoá thành mô hình các tấm phẳng, là các mặt
phẳng trung bình của chúng đợc liên kết với nhau theo đúng sơ đồ phối trí khí
động đã cho. Mặt giới hạn đợc xem xét thuộc loại mặt giới hạn có biên
dạng không phẳng có thể có các đỉnh lồi lõm khác nhau, có thể có dạng đồ thị
hình sin hoặc có thể có dạng sóng trên mặt nớc biển, sông, hồ. Giả thiết các
mặt giới hạn đều cứng. Kích thớc của các mặt giới hạn là vô hạn. Tuy nhiên, ở
đây các mặt giới hạn đợc đa về mặt giới hạn có kích thớc hữu hạn bằng
cách:
- áp dụng mô hình tính toán kinh điển (mô hình đối xứng gơng giữa
KCB cơ sở và KCB ảo) của phơng pháp XRR để xác định đặc tính khí động
học cơ bản của KCB nh hệ số lực nâng c
y
và hệ số mômen chúc ngóc m
z
.
Những kết quả tính toán này đợc chọn làm số liệu gốc.
- Thay thế mặt giới hạn cứng phẳng có kích thớc vô hạn bằng mặt giới
hạn có kích thớc hữu hạn. Chọn giới hạn sai số không quá 0,5% giữa các kết
quả, nhận đợc từ hai mô hình tính toán, xác định tỷ lệ kích thớc cần thiết của
mặt giới hạn với các kích thớc bao của KCB trong điều kiện KCB nằm ở vị trí
giữa mặt giới hạn trên mặt chiếu bằng của chúng. Kết quả khảo sát cho thấy đối
với cánh KCB, mặt giới hạn trong sơ đồ xoáy có kích thớc theo chiều dọc từ 3
đến 5 lần độ dài dây cung và theo chiều ngang từ 3 đến 5 lần sải cánh.
Về biên dạng của mặt giới hạn, các mặt cong đợc mô hình là các mặt
phẳng nghiêng nối các đỉnh lồi lõm trong các biên dạng đồ thị hình sin hoặc
sóng mặt nớc biển, sông, hồ xem trên hình 3.4, 3.5


g
biển

12
3.3.2. Mô hình xoáy
Mô hình xoáy trong bài toán khí động phi tuyến dừng của cánh KCB,
chuyển động gần mặt giới hạn cứng có biên dạng không phẳng-dạng mặt sóng
biển. ở đây sử dụng hệ trục Descartes Oxyz liên kết với cánh KCB. Hình dạng
của cánh và mặt giới hạn trên mặt chiếu đứng và bằng nh trên hình 3.6.


I
II


h
K=0
P
=0
I
Z
x
U
0
O
1
2
X
Y
K=N
m
P
=N
m















=










1
1
1
0
0

0
.
Lu số vận tốc của các hệ xoáy rời rạc gồm: lu số vận tốc xoáy liên kết ngang
(
1

k
km


), lu số vận tốc xoáy liên kết dọc (
1+

k
km


), lu số vận tốc xoáy hệ tự do I
( )
)1(
km
, lu số vận tốc xoáy hệ tự do II (
)2(
m


). Còn vận tốc cảm ứng bởi các hệ
xoáy: w = w
-
+ w


Hình 3.10: Xác định vận tốc cảm ứng ở một điểm trong không gian
Trên cơ sở thoả mãn các điều kiện biên hệ phơng trình có dạng:

n
11ppk
km
M
1m
N
1k
n
1
1k
km
.a
mm
f=

===


(3.19)

m
n, ,2,1=

;
m
Np , ,2,1= ; Mm , ,2,1


-
111
0
+ ppn
mn
m



-

+=
+
Im
1
111
10
n
n
pp
mn
I




+



w


n
w
x
y
w
y
w
n
Mặt chiếu bằng
Mặt chiếu cạnh

14
11 ppN
mN
m
m
a


=
11
0
ppN
mNn
m
m






,
m
NkMm == ; 2,1 (3.21)
11 ppk
mk
a


=
11
0
ppk
mkn



+
111
10
+

ppkn
mkn
m









(3.22)

m
NkMm = 2; 2,1 -1
n
f - hàm tốc độ chuyển dịch không thứ nguyên ở các điểm tính toán trên
vùng thứ m của mặt nâng cánh và mặt giới hạn.

n
f =-2 . A
1pp
m

trên các mặt nâng của cánh. (3.23)
Còn trên các tấm phẳng của mặt giới hạn:
n
f =-2 .(
0
U
U
mghKK
).A
1pp
m

pi
.2.
1



=

+
=
,
+
= Ni , ,2,1 ,
=
+
N N
s
+

=
M
m
mm
nN
1
(3.29)
Trong đó: N
s
- Số tứ giác trên mặt giới hạn;
n

3.4. Phơng pháp XRR xác định đặc tính khí động học phi tuyến của KCB
khi chuyển động không dừng gần mặt giới hạn không phẳng
3.4.1. Mô hình xoáy
Chuyển động của KCB khi bay thấp gần với mặt biển là chuyển động
không dừng. Các thông số động học của chuyển động, các điều kiện biên thay
đổi theo thời gian dẫn đến cờng độ của các xoáy mô phỏng cánh và các mặt
nâng khác của KCB và các tấm phẳng của mặt giới hạn cũng nh đặc tính khí
- áp dụng cho phần tử
i
- hệ xoáy khung
- áp dụng cho phần tử i- hệ xoáy móng ngựa

15
động học của KCB cũng thay đổi theo thời gian. Mô hình xoáy của phơng pháp
XRR trong bài toán khí động phi tuyến không dừng của KCB khi bay thấp gần
mặt giới hạn không phẳng có biên dạng đợc xây dựng tơng tụ nh trong bài
toán dừng. Nhng ở đây có sự khác nhau mô hình xoáy trong bài toán phi tuyến
dừng các hệ xoáy tự do I và II chỉ có xoáy dọc hoặc xoáy ngang, nhng ở đây
các hệ xoáy tự do I và II đợc mô phỏng bằng cả các xoáy ngang và xoáy dọc.
Các xoáy ngang, dọc này xuất hiện là do có sự biến đổi cờng độ các xoáy
ngang và dọc trên cánh.
3.4.4. Tính toán cấu trúc xoáy- Phơng trình xác định cờng độ xoáy
Nếu vào thời điểm tính toán đang xét r điểm cuối của xoáy tự do nằm tại
điểm có toạ độ không thứ nguyên (
r
x
,
r
y ,
r

z + .


r
z
w
0
; (3.35)
ở đây .

- là khoảng thời gian tính toán (bớc) không thứ nguyên.
Trong mỗi thời điểm tính toán r, cờng độ tổng các xoáy ngang trên mặt
cánh của KCB đều phải xác định lại, cũng nh đối với cờng độ của các xoáy tự
do trong hệ I ở sợi xoáy thứ =n
m
+1. Cờng độ của các xoáy khác còn lại hoặc
đã đợc xác định từ kết quả của các bớc tính trớc, hoặc có thể đợc xác định
qua các mối quan hệ giữa chúng với nhau. Thoả mãn điều kiện biên không chảy
thấu qua mặt cánh và mặt giới hạn và giả thuyết của Traplgin - Giucôpxki ở
mép sau và cạnh mút của cánh KCB và mặt giới hạn với thời điểm tính toán r, ở
tất cả các điểm tính toán, hệ phơng trình đại số để xác định cờng độ các xoáy
ngang trên cánh, mặt giới hạn
rk
km
1




và xoáy ngang trong hệ xoáy tự do I bên

m 11
r
mkk
)1(
1

.
11 ppk
Ikm
a

=
rpp
m
H
1
0


(3.36)
=1, 2, , n
m
; p =1, 2, , N
m
; 1mM
11 ppk
km
a







+
r
mkk
)1(
1

=
mkk
C
1
-


=
1
1
r
s
s
mkk
)1(
1

k =1, 2 N
m
, 1mM (3.39)

Hình 3.15, 3.16: So sánh hệ số c
y
và độ cao

h của cánh

=2,0 và

=2,4 với
mgh-2 bằng thực nghiệm và tính toán
Hình 3.17, 3.18: Quan hệ giữa hệ số c
y

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Độ cao tơng đối h/b
Hệ số lực nâng c
y
TN (anpha=0 độ)
TT (anpha=0 độ)
TN (anpha=4 độ)
TT (anpha=4 độ)
TN (anpha=8 độ)
TT (anpha=8 độ)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Độ cao tơng đối h/b
Hệ số lực nâng c
y
TN (anpha=0 độ)
TT (anpha=0 độ)
TN (anpha=4 độ)
TT (anpha=4 độ)
TN (anpha=8 độ)
TT (anpha=8 độ)
0,0

1
xem trên hình 3.19, còn các loại cánh N
2
, N
3
, N
4
xem trên hình 3.20. Cánh S [m
2
]

N
1
12 3.0 3.0
N
2
9 1.778 2.0
N
3
18 0.889 2.0
N
4
36 0.444 2.0


(dạng sóng biển) đến đặc tính khí động học phi tuyến của KCB khi chuyển động
dừng ở gần với mặt giới hạn. Mô hình tính toán đã đợc áp dụng cho trờng hợp
xét ảnh hởng của mặt giới hạn cứng có kích thớc 45x24 (m), có biên dạng bề
Hình 3.20: Sự phụ thuộc của hệ số lực
nâng theo độ cao

h ở các góc tấn


đổi dấu (khi

<0 lấy - c
y
)
H
ình 3.19: Sự phụ thuộc hệ số lực
nâng theo độ cao

h cánh N
1

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,00,51,01,52,02,5 3,03,5 4,04,5
Độ cao h

của mặt giới hạn luôn thoả mãn điều kiện không nhỏ hơn 2 lần sải cánh (không
dới 10 m). ở các khoảng cách so với mặt giới hạn: h=1.5, 2.0 và 2.5 (m), đặc
tính khí động học của cánh (hệ số lực nâng c
y
, hệ số mômen chúc ngóc m
z
) đợc
xác định ở các vị trí khác nhau theo trục dọc đối xứng của mặt giới hạn. Kết quả
cho thấy các hệ số c
y
và m
z
biến thiên không theo quy luật và không đồng pha
với biên dạng của bề mặt giới hạn. Chính vì thế, ảnh hởng của độ cao bay đến
đặc tính khí động học của cánh nhiều nhất, không phải ở vị trí ứng với các đỉnh
cục bộ của bề mặt biên dạng mà ở vị trí khi KCB đã vợt qua chúng.
3.5.4. Đặc tính khí động học phi tuyến cánh KCB khi chuyển động không
dừng gần mặt giới hạn không phẳng
áp dụng phơng pháp XRR và phần mềm tơng ứng để khảo sát sự
ảnh hởng của mặt giới hạn cứng có biên dạng không phẳng (dạng sóng biển)
đến đặc tính khí động học phi tuyến cánh KCB khi chuyển động không dừng ở
gần với mặt giới hạn. Bài toán đợc áp dụng cho trờng hợp mặt giới hạn có
kích thớc 50x40m có biên dạng dạng sóng biển có biên độ sóng h
s
=0,5m, độ
dài bớc sóng
s

=20m, tốc độ chuyển động của mặt sóng V
s



= 5

=10

= 20
Hình 3.23: Dạng màn xoáy phát
triển theo thời gian
Hình 3.24: Cấu trúc màn xoáy tự do lu lại
ở vùng sau mép đuôi cánh. a) Chuyển động
dừng ; b) và c) Chuyển động không dừng.
a
b
c

19


theo biên dạng của mặt giới hạn
trong trờng hợp chuyển động dừng và không dừng.

a
a
b
Hình 3.25: Màn xoáy và
dòng chảy sau KCB trong
bài toán không dừng.
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25
Dạng sóng
XRR dừng
XRR không dừng bắt đầu bay
XRR không dừng đang bay
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
0 5 10 15 20 25
Hs=1.0m D


=4
T ơng tự có đợc kết quả tính toán hệ số lực nâng cho trờng hợp
=8 và =12 độ và hệ số mômen m
z
cho các góc =0, 4, 8, 12 độ.
Qua các kết quả tính toán cho thấy qui luật biến thiên đối với các hệ
số lực nâng c
y
, và mô men m
z
tính theo phơng pháp XRR phi tuyến, dừng,
phù hợp với qui luật biến thiên của chúng trong một số công trình đã công
bố [26], [31] của các tàu đệm khí động có hình dạng tơng tự. Khi lệch
cánh lái trong tất cả các trờng hợp
<0 đều làm tăng lực nâng. Hiệu ứng
của cánh lái có đợc nh vậy tạo điều kiện thuận lợi để điều khiển cân
bằng tàu trong giai đoạn cất hạ cánh. Hình 4.11: Hệ xoáy tự do sau cánh Hình 4.12: Đờng dòng sau cánh

y
Góc lệch cánh lái 0 độ
Góc lệch cánh lái -20 độ
Góc lệch cánh lái -30 độ
Góc lệch cánh lái -40 độ

21
4.2. Kết quả thực nghiệm
4.2.1. Thiết kế, gia công chế tạo mô hình
Mô hình tàu đệm khí động đợc thiết kế dựa trên sơ đồ phối trí thuỷ
khí động của tàu, các tiêu chuẩn đồng dạng về hình học và động học đối
với vật thực và dòng chảy bao đợc đảm bảo nh trong [54], [57]. Ngoài
ra, ở đây còn đợc xem xét đến điều kiện bảo đảm "không nghẽn dòng"
trong buồng thử và khả năng của các thiết bị đo [1]. Mô hình tàu đệm khí
động đợc thiết kế đồng dạng với tàu nguyên bản theo tỉ lệ 1:6,20. Kích
thớc các bộ phận nh: thân, cánh chính, đuôi ngang phía trớc (canard),
phao mút cánh và kích thớc giữa các bộ phận của tàu đệm khí động đợc
thể hiện trong các bản vẽ thiết kế mô hình của nó.
4.2.2. Tổ chức thử nghiệm trong ống khí động
Các thiết bị thử nghiệm và thiết bị đo đợc sử dụng nh đã trình bày
trong chơng 2 của luận án còn hình ảnh thử nghiệm xem trên hình 4.16.
4.2.2.1. Các phơng án thổi thử nghiệm
- Thổi mô hình tàu đệm khí động trong trờng hợp chảy bao tự do
h
=, và gần mặt giới hạn ở các góc và khác nhau
trờng hợp chuyển động tự do
+ Khi
0 và =0; V=22m/s, thay đổi từ 0ữ14 độ.
4.2.3.2. Đặc tính khí động học của mô hình tàu đệm khí động trong
trờng hợp chuyển động gần mặt giới hạn phẳng
H
ình 4.16: Các phơng án thực nghiệm thổi mô hình trong ống khí động

22
+ Khi 0 và =0; V=22m/s với góc tấn =0
0
, 2
0
, 4
0
, 6
0
, 8
0
, h = h/b
c
: 0,4;
0,6 và 0,8.


trong khoảng góc tấn
từ 2
0
đến 8
0
và K bằng khoảng 15, điều này phù
Hình 4.25: Hệ số c
y
theo góc tấn

ở
các độ cao

h khác nhau khi

=0 độ
Hình 4.26: Hệ số c
x
theo góc tấn

ở
các độ cao

h khác nhau khi

=0 độ
Hình 4.27: Cực tuyến ở các độ
cao

h khác nhau khi

x
a
theo độ cao

h
khi góc trợt

=0 độ