Tính toán các đặc tính khí động của máy bay dựa trên số liệu của hộp đen

- Nguyễn Xuân Lĩnh Luận văn thạc sỹ tính toán các đặc tính khí động của máy bay dựa trên số liệu của hộp đen Luận văn thạc sỹ ngành cơ khí động lực Hà Nội-2008 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội.
- Nguyễn Xuân Lĩnh Luận văn thạc sỹ tính toán các đặc tính khí động của máy bay dựa trên số liệu của hộp đen Chuyên ngành: Kỹ thuật Hàng Không Luận văn thạc sỹ ngành cơ khí động lực Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TSKH - Vũ Duy Quang Hà Nội-2008 2 Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan 1 Mục lục 2 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 4 Mở đầu 7 Chơng 1 - tổng quan 10 1.1 Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã có 10 1.2 Nêu những vấn đề còn tồn tại 10 1.3 Chỉ ra những vấn đề mà đề tài luận văn cần tập trung nghiên cứu giải quyết 11 Chơng 2 – cơ sở lý thuyết 12 2.1 Mô hình toán chuyển động của máy bay 12 2.1.1 Cơ sở xây dựng mô hình toán 12 2.1.2 Xây dựng mô hình toán chuyển động dọc ngắn của máy bay 22 2.2 Một số phơng pháp và thuật toán nhận dạng thông dụng 30 2.2.1 Khái niệm 30 2.2.2 Một số phơng pháp nhận dạng thông dụng 30 2.2.3 Thuật toán nhận dạng dựa trên lý thuyết đánh giá các quá trình động học phi tuyến 40 Chơng 3- tính toán các đặc tính khí động của máy bay 45 3.1 Đặt bài toán 45 3.1.1 Dạng bài toán tổng quát 45 3.1.2 Dạng bài toán cụ thể của luận văn 45 3.2 Tính các tham số khí động dựa trên số liệu mẫu 46 3.2.1 Các bảng số liệu mẫu 46 3.2.2 Lựa chọn hàm điều khiển ϕ(t) 47 3.2.3 Tính các tham số khí động khi tín hiệu điều khiển ϕ(t.
- const = 100 ở chế độ bay H=1120m và không có nhiễu 48 3.2.4 Tính các tham số khí động khi tín hiệu điều khiển ϕ(t.
- sin(t) ở chế độ bay H=1120m và không có nhiễu 58 Chơng 4 - kết quả và bàn luận 66 4.1 Kết quả tính toán 66 3 4.2 Bàn luận 71 Kết luận và kiến nghị 72 Tài liệu tham khảo 73 Phụ lục 75 7 Mở đầu 1.
- Lý do chọn đề tài Trong thời kỳ hội nhập kinh tế thế giới, ngành KTHK cũng là một trong những ngành trọng điểm đợc Nhà nớc quan tâm.
- Các cơ quan chịu trách nhiệm khai thác, bảo dỡng và sử dụng máy bay cũng đã nhận thấy đợc tầm quan trọng và cũng đã quan tâm đến việc đạo tạo nhân lực và đổi mới công nghệ nhằm mục đích đảm bảo an toàn trên mỗi chuyến bay.
- Tuy nhiên, trong quá trình khai thác, sử dụng máy bay việc chuẩn đoán sớm những hỏng hóc vẫn cha đợc các nhà khoa học và các nhà kỹ thuật của ngành thực sự quan tâm, đã có rất nhiều những hỏng hóc bất thờng xảy ra trong khi bay, uy hiếp an toàn bay và làm thiệt hại rất lớn đến tiền bạc và tính mạng phi công.
- Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là đi xây dụng phơng pháp tính toán các đặc tính khí động của máy bay dựa vào số liệu của hộp đen trên cơ sở lấy tín hiệu điều khiển là góc nghiêng cánh lái độ cao và sử dụng thuật toán đánh giá các quá trình động học phi tuyến của lý thuyết nhận dạng tham số.
- Từ đó đa ra đợc các sai số so với tham số chuẩn và có thể chuẩn đoán trớc đợc các hỏng hóc có thể xảy ra.
- Đối tợng nghiên cứu Máy tập lái Hàng không.
- các loại máy bay dân sự, quân sự.
- Phạm vi nghiên cứu áp dụng vào nghiên cứu chuyển động điển hình của máy bay trong không gian là chuyển động dọc chu kỳ ngắn và có thể mở rộng, phát triển cho tất cả các dạng chuyển động, các chế độ chuyển động của máy bay trong không gian 5.
- ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn tốt.
- Tạo tiền đề để các tác giả nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra đợc các thiết bị nhận biết lắp trực tiếp trên các loại máy bay.
- Cấu trúc luận văn Đề tài luận văn có cấu trúc nh sau: Mở đầu Trình bày lý do chọn đề tài, mục đích, đối tợng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
- Chơng1- Tổng quan Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã có của các tác giả trong và ngoài nớc liên quan mật thiết đến đề tài luận văn.
- nêu những vấn đề còn tồn tại.
- chỉ ra những vấn đề mà đề tài luận văn cần tập trung nghiên cứu giải quyết.
- Chơng 2 - Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết, lý luận, giả thuyết khoa học và phơng pháp nghiên cứu đã đợc sử dụng trong luận văn.
- 9 Chơng 3 - tính toán các đặc tính khí động của máy bay áp dụng những lý thuyến đã đợc trình bày ở chơng 2 và cơ sở dữ liệu thu thập đợc để tính toán các đặc tính của máy bay ở chuyển động dọc chu kỳ ngắn và đa ra các đánh giá so với các tham số chuẩn Chơng 4 – kết quả và bàn luận Kết luận Trình bày những kết quả mới của luận văn một cách ngắn gọn.
- Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo Danh mục tài liệu tham khảo gồm các tài liệu chủ yếu đợc trích dẫn, sử dụng và đề cập trong luận văn.
- Phụ lục 1 Lời cam đoan với nội dung của đề tài luận văn mà tác giả lựa chọn thì quĩ thời gian giành cho việc làm luận văn là rất thiếu.
- Tuy nhiên, bằng sự cố gắng của bản thân và dới sự hớng dẫn rất tận tình và chu đáo của GS-TSKH Vũ Duy Quang tác giả đã hoàn thành đợc đề tại luận văn của mình.
- Mặc dù kết quả nghiên cứu tính toán mới chỉ đạt ở mức độ tìm hiểu và tiếp cận vấn đề nhng tác giả xin cam đoan đây là sản phẩm mà bản thân tác giả đã nỗ lực làm việc.
- Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô của Viện cơ khí động lực - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập tại viện.
- Đặc biệt GS – TSKH Vũ Duy Quang, thầy đã rất nhiệt tình chỉ bảo và quan tâm sát sao đến quá trình học tập cũng nh quá trình làm luận văn của tác giả.
- Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Đại tá, PGS – TS Nguyễn Văn Quế – Trởng bộ môn Cơ lý thuyết – Học viện PKKQ.
- Thầy đã tạo điều kiện về mọi mặt để tác giả đợc đi học, cho tác giả ý tởng của đề tại luận văn và giúp đỡ tác giả tận tình trong quá trình tính toán.
- Tác giả xin chân thành cảm ơn.
- 10 Chơng 1 Tổng quan 1.1 Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã có Trong những năm qua, ở trong nớc cũng nh trên thế giới đã có rất nhiều tác giả nghiên cứu, sử dụng lý thuyết nhận dạng vào việc giải quyết các bài toán trong các công trình nghiên cứu của mình [8],[11].
- Các tác giả đã sử dụng một cách rất đa dạng các phơng pháp và kết quả đạt đợc là rất tốt, rất thực tiễn.
- Tuy nhiên, đối với ngành Kỹ thuật Hàng Không (KTHK) số các tác giả sử dụng lý thuyết này là không nhiều, đa phần là các tác giả làm trong ngành Điện-Điều khiển thiết bị bay và họ sử dụng một số phơng pháp nh: Phơng pháp đờng đặt tính quá độ, Phơng pháp bình phơng nhỏ nhất, Phơng pháp sai phân [11]...chủ yếu để giải quyết các bài toán thuận.
- Bài toán thuận đi xây dựng các mô hình toán học (chủ yếu là các mô hình không liên tục-ARX, ARMAX, OEM) đợc xử lý trên cơ sở các dữ liệu đo đạc trên hệ thống(thiết bị), các kết quả trên các mô hình đợc so sánh và rút ra kết luận.
- Việc nghiên cứu và giải quyết các bài toán thuận có ý nghĩa thực tiến rất lớn trong việc mua hay chế tạo máy bay mới ngành KTHK, đã giảm thiểu đợc đến mức tối đa thời gian, công sức và tiền bạc.
- 1.2 Những vấn đề còn tồn tại Mặc dù, các công trình mà các tác giả đã nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn rất lớn, nhng nó chỉ có ý nghĩa lớn với ngành KTHK trong việc nghiên cứu tìm hiểu, chế tạo máy bay mới.
- còn với công việc khai thác, sử dụng thì hầu nh không có ý nghĩa gì mấy.
- Hơn thế, ngành KTHK ở nớc ta hiện nay mới chỉ ở giai đoạn đầu của sự phát triển, chúng ta mới chỉ đáp ứng tốt công việc 11 khai thác, bảo dỡng các máy bay đã có, và có một yêu cầu lớn đặt ra là làm thế nào để biết sớm đợc những hỏng hóc có thể xảy ra trong quá trình bay.
- Hiện tại trong quá trình khai thác KTHK ở Việt Nam đã áp dụng rất nhiều phơng pháp để “chuẩn đoán sớm” hỏng hóc nhng những phơng pháp này cha thực sự hiện đại, mất nhiều thời gian, công sức và các kết quả kiểm tra có độ chính xác thấp.
- 1.3 Những vấn đề cần tập trung nghiên cứu giải quyết Vấn đề mà đề tại luận văn tập trung nghiên cứu đó là đi giải quyết bài toán ngợc.
- Bài toán ngợc không đi xây dựng mô hình mà dựa vào một số tín hiệu điều khiển máy bay( điển hình là góc nghiêng cánh lái độ cao δcldc hoặc góc lệch đuôi ngang ϕ) để nhận biết các tham số khí động học (nh: αϕαyzzCmm.
- Căn cứ vào những giá trị nhận biết này và các giá trị thực của máy bay có thể đánh giá đợc trạng thái kỹ thuật của máy bay và chỉ ra các tham số không đạt yêu cầu, tức là các hỏng hóc có thể xảy ra của máy bay.
- Trong lý thuyết nhận dạng có rất nhiều phơng pháp (Chơng 2 - 2.2).
- Nhng để nhận biết các tham số khí động học của máy bay, tác giả đã sử dụng phơng pháp nhận biết tham số dựa trên lý thuyết đánh giá các quá trình động học phi tuyến với thuật toán nhận dạng (2.64) đã đợc trình bày trong chơng 2 của luận văn.
- Với phơng pháp nghiên cứu và giải quyết bài toán nh vậy, mặc dù chua thực sự hoàn chỉnh, cha thể áp dụng ngay vào thực tế nhng đã phần nào nêu ra đợc những cơ sở lý luận để khắc phục đợc những tồn tại kể trên trong quá trình khai thác và bảo dỡng Máy bay.
- 12 Chơng 2 cơ sở lý thuyết 2.1 Mô hình toán chuyển động của máy bay [2] 2.1.1 cơ sở xây dựng mô hình toán 2.1.1.1 Các hệ trục toạ độ Động học bay đa ra một số hệ toạ độ sau: 1.
- hệ toạ độ liên kết Ox1y1z1 gốc O trùng với trọng tâm MB.
- hệ toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz gốc O trùng với trọng tâm MB.
- Để thuận tiện cho việc phân tích các chuyển động của máy bay trong không gian ngời ta sử dụng hệ toạ độ trung gian(hệ toạ độ chuẩn) Ox0y0z0.
- Với gốc tọa độ đặt tại trọng tâm của máy bay.
- các trục Ox0, Oy0, Oz0 song song với các trục O0x0, O0y0, O0z0 và khi máy bay chuyển động hệ toạ độ Ox0y0z0 vẫn đứng yên tơng đối so với máy bay.
- 13 2.1.1.2 Các lực và mômen khí động tác dụng vào máy bay 1.
- Các lực tác dụng lên máy bay - Lực khí động toàn phần Rth Lực khí động toàn phần Rth là tổng của các lực khí động tác dụng lên máy bay và đợc xác định bằng công thức sau : SVCRRthth22ρ= (2.1) Trong đó, CRth là hệ số lực nâng khí động, nó phụ thuộc và rất nhiều các yếu tố nh.
- Lực cản Q : SVCQx22ρ= (2.3) Trong đó : Cy, Cx là các hệ số lực nâng và hệ số lực cản, chúng phụ thuộc và rất nhiều các yếu tố nh.
- δclx- Góc nghiêng cánh lái lên xuống.
- Cx0 là hệ số lực cản khi lực nâng bằng không.
- A là hệ số phụ thuộc vào kích thớc cánh và tốc độ bay.
- (2.4) Đạo hàm Czβ, clhzCδ đặc trng cho sự xuất hiện của lực cạnh khi máy bay trợt cạnh một góc β và khi nghiêng cánh lái hớng 1 góc ∆δclh.
- Lực cản cạnh Z tham gia vào sự hình thành các mômen khí động Mx, My .
- Các mômen tác dụng lên máy bay khi bay - Mômen ngang Mx.
- Mômen ngang Mx là tổng các mômen làm máy bay quay quanh Ox1.
- Mômen Mx đợc hình thành khi lệch cánh lái liệng .
- khi lệch cánh lái hớng hoặc khi thả cánh tà không đối xứng.
- Mx > 0 khi làm máy bay nghiêng sang phải và ngợc lại Mx< 0 khi làm máybay nghiêng sang trái.
- động áp mx : hệ số mômen ngang.
- clxmδ : đạo hàm của hệ số mômen ngang theo góc trợt cạnh, góc lệch cánh lái hớng và góc lệch cánh lái liệng.
- ∆Mx : là mômen nghiêng do xuất hiện thả cánh tà, tấm giảm tốc không đối xứng hay máy bay treo, mang không đối xứng.
- Ngoài các mômen này còn có các mômen do chuyển động quay của máy bay sinh ra đó là mômen cản quay ngang (Mx)ωx và mômen cản quay xoắn (Mx)ωy Hình 2.1 : Các mômen tác dụng lên máy bay Biểu thức của mômen cản quay ngang (Mx)ωx có dạng.
- )qSlmMyxxyyωωω= Ta có : xclxclhxyxxxxxMMMMMMMclclhyx∆+++++=∑δδωωβδδωωβ (2.6) z1 x1 y1 My> 0 Mz Mx> 0 16 - Mômen hớng My Mômen hớng My là tổng các mômen làm máy bay quay quanh trục Oy1.
- Mômen hớng đợc hình thành khi lệch cánh lái hớng, khi có trợt cạnh, khi lệch cánh lái liệng hoặc khi thả càng, tấm giảm tốc không đối xứng.
- My > 0 khi là máy bay quay sang trái và ngợc lại My 0 khi nó làm đầu máy bay ngóc lên ( đợc gọi là mômen ngóc), Mz < 0 nếu nó làm đầu áy bay chúc xuống ( đợc gọi là mômen chúc).
- azzSbVmM22ρ= Trong đó : mz : là hệ số mômen dọc.
- ba : dây cung khí động trung bình.
- mz phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, nhng trong thực tế thờng sử dụng biểu thức gần đúng : clxzzFTyzzclxmmXXCmmδϕδϕ.
- )(0 (2.9) Trong đó : mz0 là hệ số mômen dọc khi lực nâng bằng không.
- ϕzmlà đạo hàm hệ số mômen dọc của đuôi ngang (tấm ổn định ngang).
- clxzmδlà hệ số mômen dọc của cánh lái lên xuống.
- clxδ là góc nghiêng cánh lái lên xuống.
- Ngoài các mômen dọc kể trên, khi máy bay quay quanh trục ngang (Oz1) còn xuất hiện các mômen dọc do chuyển động quay của máy bay tạo ra.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt