- Phạm Thị Hương Giang NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GIÓ TẠT SƯỜN ĐẾN QUÁ TRÌNH CẤT VÀ HẠ CÁNH CỦA CÁC PHƯƠNG TIỆN BAY Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS NGUYỄN THẾ MỊCH Hà Nội – 2017 Phạm Thị Hương Giang GS.TS. - Nguyễn Thế Mịch Luận văn Thạc sĩ khoa học Trang i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến quá trình cất và hạ cánh của các phƣơng tiện bay” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép của bất cứ ai. - Khái niệm gió tạt sƣờn. - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẾ ĐỘ CẤT HẠ CÁNH MÁY BAY. - KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC MÁY BAY KHI KHÔNG CÓ GIÓ TẠT SƢỜN. - Mô hình máy bay sử dụng trong nghiên cứu. - Kết quả tính toán mô phỏng đặc tính khí động học máy bay L-39. - Kết quả tính toán lực khí động tác động lên máy bay L-39. - KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC MÁY BAY KHI CÓ GIÓ TẠT SƢỜN. - Mô hình máy bay và các trƣờng hợp khảo sát. - Thiết lập bài toán tính mô phỏng số CFD khảo sát ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến quá trình cất cánh và hạ cánh máy bay. - Ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến đặc tính khí động học máy bay trong quá trình cất cánh và hạ cánh. - Ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến lực khí động tác động lên máy bay trong quá trình cất cánh và hạ cánh. - GÓC TRƢỢT CẠNH GIỚI HẠN MIỀN VẬN TỐC AN TOÀN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC GIÓ TẠT SƢỜN. - Một số biện pháp khắc phục gió tạt sƣờn trong quá trình cất hạ cánh. - Nguyễn Thế Mịch Luận văn Thạc sĩ khoa học Trang v DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên Đơn vị a Gia tốc máy bay m/s b Dây cung trung bình cánh m X,Fx Lực khí động theo phƣơng ox, lực cản N Y,Fy Lực khí động theo phƣơng oy, lực cạnh N Z,Fz Lực khí động theo phƣơng oz, lực nâng N Cx Hệ số lực cản Cy Hệ số lực cạnh Cz Hệ số lực nâng Fms Lực ma sát N h Độ cao của máy bay trong quỹ đạo hạ cánh m i Chỉ số nút thứ i ix, iy, iz Bán kính mô men quán tính m Jx, Jy, Jz Mô men quán tính khối lƣợng k-ε Mô hình chảy rối k-ε L Sải cánh m L-39 Máy bay huấn luyện 2 chỗ ngồi L-39 M Số Mach m Khối lƣợng máy bay Mx Hệ số Mô men nghiêng cánh My Hệ số Mô men chúc ngóc Mz Hệ số Mô men hƣớng P Trọng lƣợng máy bay kg Re Số Renol S Diện tích cánh nâng m2 T Nhiệt độ oC. - oK V Vận tốc máy bay km/h. - m/s Vdec Vận tốc cất cánh m/s Vr Vận tốc ngóc m/s Fr Lực ngóc Dr Chiều dài cất cánh W Vận tốc gió tạt sƣờn m/s xF Tọa độ tiêu điểm khí động theo trục x m zF Tọa độ tiêu điểm khí động theo trục z m δ Góc thổi gió trƣợt cạnh RAD,Độ Góc lệch quỹ đạo Rad, Độ Góc nghiêng máy bay trong hệ tọa độ liên kết RAD,Độ γc Góc nghiêng máy bay trong hệ tọa độ tốc độ RAD,Độ Phạm Thị Hương Giang GS.TS. - 44 Bảng 4.1 Kết quả khảo sát có gió tạt sƣờn và không gió tạt sƣờn. - 4 Hình 1.2 Các tai nạn máy bay do gió tạt sƣờn lúc hạ cánh. - 5 Hình 1.3 Phƣơng pháp hạ cánh Crab. - 10 Hình 2.2 Các lực tác dụng khi máy bay chúc ngóc. - 11 Hình 2.3 Các lực tác dụng khi máy bay chúc ngóc có gió tạt sƣờn. - 12 Hình 2.5 Lực tác dụng khi máy bay hạ cánh. - 13 Hình 2.6 Các lực tác dụng khi máy bay hạ cánh có gió tạt sƣờn. - 20 Hình 3.1 Hình ảnh máy bay L-39. - 22 Hình 3.2 Mô hình hóa 3D máy bay L-39. - 24 Hình 3.3 Các trƣờng hợp khảo sát máy bay L-39. - 27 Hình 3.6 Phân bố dòng bao quanh máy bay tại mặt cắt dọc tâm V=40m/s. - 28 Hình 3.8 Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân máy bay V=40m/s,CB. - 29 Hình 3.9 Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân máy bay V=60m/s,CB. - Nguyễn Thế Mịch Luận văn Thạc sĩ khoa học Trang viii Hình 3.10 Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân máy bay V=60m/s,CB. - 32 Hình 3.12 Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân máy bay V= 50m/s,L10d. - 33 Hình 3.13 Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân máy bay V= 50m/s,L10d. - 33 Hình 3.14 Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân máy bay V= 50m/s,L10d. - 34 Hình 3.15 Phân bố áp suất và vận tốc dòng bao quanh máy bay V= 50m/s,X10d. - 35 Hình 3.16 Phân bố áp suất trên diện tích bề mặt thân máy bay V= 50m/s,X10d. - 35 Hình 3.17 Phân bố áp suất trên diện tích bề mặt thân máy bay V= 50m/s,X10d. - 36 Hình 3.18 Phân bố áp suất trên diện tích bề mặt thân máy bay V= 50m/s,X10d. - 38 Hình 3.20 Đồ thị lực cản Fx và lực nâng Fz tác động lên máy bay. - 39 Hình 4.1 Mô hình máy bay khảo sát với ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn. - 41 Hình 4.2 Trạng thái bay cân bằng với ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn. - 42 Hình 4.3 Trạng thái bay cất cánh, bay lên với ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn. - 42 Hình 4.4 Trạng thái bay hạ cánh, bay xuống với ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn. - 43 Hình 4.5 Miền không gian tính toán và chia lƣới khảo sát máy bay. - 45 Hình 4.7 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, CBC10d. - 46 Hình 4.8 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, CBC10d. - 48 Hình 4.11 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, L10d10d. - 48 Hình 4.12 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, L10d10d. - 49 Hình 4.13 Phân bố áp suất và dòng bao quanh máy bay tại mặt cắt dọc tâm V=50m/s, X10d10d. - 50 Hình 4.14 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, X10d10d. - 50 Hình 4.15 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, X10d10d. - 51 Hình 4.16 Phân bố áp suất trên bề mặt máy bay V=50m/s, X10d10d. - 52 Hình 4.17 Lực cản tác động lên máy bay L-39. - 54 Hình 4.18 Lực nâng tác động lên máy bay L-39. - 55 Hình 4.19 Tỷ số hệ số lực nâng và lực cản tác động lên máy bay L-39. - 62 Hình 5.7 Mô phỏng hạ cánh. - Tính cấp thiết của đề tài Theo một tài liệu nghiên cứu của Airbus, gió tạt sƣờn (hay còn gọi là gió cạnh, gió tạt ngang, gió ngang, crosswind) gây nên 33% tai nạn trong khi cất và hạ cánh. - Gió tạt sƣờn kết hợp với điều kiện đƣờng băng xấu, trơn gây nên 70% tai nạn hàng không. - Cất hạ cánh trong điều kiện nhiều gió tạt sƣờn là nỗi ám ảnh đổi với hầu hết phi công. - Trong điều kiện gió tạt sƣờn thì máy bay không thể nào hạ cánh theo đƣờng thẳng nhƣ bình thƣờng đƣợc. - Khi đó, những cơn gió mạnh thổi theo phƣơng ngang sẽ xô chiếc máy bay lệch khỏi hƣớng trực diện và thậm chí là có thể chệch ra ngoài đƣờng băng. - Gió tạt sƣờn là một trong những tác nhân làm cho dòng chảy bao không đối xứng. - Mức độ ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn phụ thuộc vào các yếu tố hình dạng, kích thƣớc và vào vận tốc của máy bay. - vào vận tốc và góc thổi của gió tạt sƣờn. - Gió tạt sƣờn tham gia phân bố lại áp suất trên cánh, làm mất tính đối xứng của dòng chảy bao, làm thay đổi cấu trúc lớp biên ở một số vị trí từ chảy tầng sang chảy rối và thúc đẩy quá trình tách dòng diễn ra sớm hơn so với dòng chảy bao máy bay đối xứng. - Qua đó cho thấy gió tạt sƣờn sẽ có ảnh hƣởng lớn đến các ĐTKĐ của máy bay. - Vì thế việc “Nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến quá trình cất và hạ cánh của các phƣơng tiện bay“ là rất cần thiết, có ý nghĩa thiết thực không những đối với việc đảm bảo an toàn bay trong quá trình cất hạ cánh mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo, khai thác sử dụng máy bay, trong việc lập chƣơng trình điều khiển máy bay một cách chính xác, hiệu quả. - Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của luận văn này nhằm xem xét mức độ ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến các đặc tính khí động của máy bay trong lúc cất hạ cánh ở vùng vận tốc nhỏ, ứng dụng tính toán mô phỏng số đặc tính khí động học của máy bay L-39 với ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn tại một trạng thái khai thác bay cụ thể khi cất và hạ cánh. - Đối tƣợng nghiên cứu: Để có cơ sở so sánh với các kết quả nghiên cứu từ trƣớc, đề tài sẽ nghiên cứu trên mô hình máy bay huấn luyện L-39. - Nguyễn Thế Mịch Luận văn Thạc sĩ khoa học Trang 2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Do giới hạn về thời gian thực hiện, khả năng tính toán của máy tính cá nhân, thời gian chạy chƣơng trình mô phỏng số nên trong luận văn này chỉ thực hiện việc nghiên cứu lý thuyết, tính toán số đồng thời thực hiện khảo sát đặc tính khí động học của máy bay L-39 ở một trạng thái khai thác cụ thể trong quá trình cất và hạ cánh ở dải vận tốc nhỏ, trong đó chủ yếu là nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến lực khí động của máy bay. - Việc mô phỏng số đƣợc thực hiện với việc coi gió tạt sƣờn vuông góc với phƣơng vận tốc của máy bay. - Tổng quan - Khái niệm chung về gió tạt sƣờn và ảnh hƣởng của gió đến an toàn bay - Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc - Phƣơng pháp nghiên cứu và lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu cho đề tài Chƣơng 2. - Khảo sát đặc tính khí động lực học máy bay không có gió tạt sƣờn - Mô hình máy bay sử dụng trong nghiên cứu - Chia lƣới mô hình, điều kiện biên của bài toán khí động và tính toán - Khảo sát máy bay ở một số tƣ thế khai thác bay Chƣơng 4. - Khảo sát đặc tính khí động lực học máy bay có gió tạt sƣờn - Mô hình máy bay và các trƣờng hợp tính toán khảo sát - Khảo sát đặc tính khí động lực học máy bay trong tƣ thế cân bằng có gió tạt sƣờn - Khảo sát máy bay trong tƣ thế cất cánh có gió tạt sƣờn - Khảo sát máy bay trong tƣ thế hạ cánh có gió tạt sƣờn Chƣơng 5. - Nghiên cứu đƣợc ảnh hƣởng gió tạt sƣờn đến máy bay lúc cất hạ cánh - Xác định đƣợc góc trƣợt cạnh giới hạn của gió tạt sƣờn và khuyến cáo sẽ tiềm ẩn nguy hiểm khi góc của gió tạt sƣờn lớn hơn góc trƣợt cạnh giới hạn. - Xác định đƣợc miền vận tốc an toàn với các đặc tính khí động của máy bay lúc cất hạ cánh. - Phát triển thêm các chƣơng trình tính toán làm công cụ trợ giúp khi nghiên cứu các tác động của gió tạt sƣờn lên máy bay trong các giai đoạn bay. - Là công cụ góp phần đắc lực cho việc lựa chọn thiết kế hiệu quả các chi tiết có ảnh hƣởng đến khí động học của máy bay. - Kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn là cơ sở để xây dựng thêm các nội dung, chƣơng trình đối với các giai đoạn chuẩn bị bay, đối với buồng tập lái và khi soạn thảo các bài bay huấn luyện trong giai đoạn cất, hạ cánh có gió tạt sƣờn v.v., qua đó góp phần đảm bảo an toàn bay. - Đề xuất một số biện pháp xử lý khi hạ cánh có gió tạt sƣờn nguy hiểm. - Chỉ ra đƣợc miền tốc độ an toàn cho máy bay L-39 khi hạ cánh có trƣợt cạnh. - Góp phần mở rộng kiến thức về ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến ĐTKĐ của máy bay, nâng cao khả năng khai thác sử dụng có hiệu quả các loại vũ khí kỹ thuật. - Mức độ ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn phụ thuộc vào các yếu tố hình dạng, kích thƣớc và vào vận tốc V của máy bay. - vào vận tốc Wvà góc thổi δ của gió tạt sƣờn, hình 1.1. - Một số hình ảnh thể hiện sự nguy hiểm của gió tạt sƣờn đến máy bay trong quá trình cất hạ cánh nhƣ hình 1.2. - Thông thƣờng trong các trƣờng hợp này, phi công phải điều kiển máy bay hạ cánh nghiêng để đáp xuống và từ từ giảm tốc, tƣơng tự nhƣ một con cua đang bò ngang nên nó còn đƣợc gọi là crab landing nhƣ hình 1.3 Với từ khóa : Crosswind Landing and Take Off trên youtube, chúng ta có thể thấy 1 loạt video về các tai nạn hàng không, và các video thể hiện sự khó khăn trong việc điều khiển máy bay của phi công trong các điều kiện thời tiết có gió tạt sƣờn. - Từ đây có thể thấy ảnh hƣởng to lớn của gió tạt sƣờn đến quá trình cất hạ cánh của máy bay và việc nghiên cứu này có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong việc hạn chế các tai nạn hàng không thảm khốc có thể xảy ra trong quá trình cất và hạ cánh của máy bay. - Nguyễn Thế Mịch Luận văn Thạc sĩ khoa học Trang 5 Hình 1.2 Các tai nạn máy bay do gió tạt sườn lúc hạ cánh Hình 1.3 Phương pháp hạ cánh Crab 1.2. - Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nƣớc - Tình hình nghiên cứu trong nƣớc: Năm 2008, tác giả Thái Doãn Tƣờng [6] đã đƣa ra kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến ĐTKĐ của máy bau chiến đấu kiểu 75A bằng phƣơng pháp XRR. - Nguyễn Thế Mịch Luận văn Thạc sĩ khoa học Trang 6 Năm 2012, tác giả Nguyễn Đình Sơn [4] nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến đặc tính khí động lúc hạ cánh của máy bay huấn luyện L-39 bằng phƣơng pháp giải tích. - Năm 2016, các tác giả Nguyễn Đình Sơn, Thái Doãn Tƣờng, Phạm Minh Hoàng [5] đã nghiên cứu ĐTKĐ của máy bay huấn luyện IAK-52 dƣới ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn bằng phƣơng pháp XRR phi tuyến. - Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài: Những năm 70 của thế kỷ trƣớc trở lại đây đã có nhiều công trình nghiên cứu đƣợc công bố về ảnh hƣởng tiêu cực của gió tạt sƣờn có cƣờng độ lớn tới các công trình xây dựng . - các phƣơng tiện vận chuyển [13,14] và tới các máy bay v.v. - Các công trình nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến ĐTKĐ đã đƣợc công bố chủ yếu là nghiên cứu về tác động của dòng chảy bao có trƣợt cạnh đối với cánh nâng mỏng và đối với thân dạng tròn. - ảnh hƣởng của các xoáy thân đến ĐTKĐ của máy bay trong điều kiện giao thoa khí động thân-cánh, có tính đến ảnh hƣởng của tính nhớt động dòng chảy bao ở các số Re khác nhau. - Graf [24], Yann Colin [25] khi nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến dòng chảy trƣớc thiết bị vào của động cơ, của quạt gió đã chỉ ra gió tạt sƣờn có ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất làm việc của động cơ máy bay, của quạt đuôi trực thăng. - Tuy vậy trong các công trình đã nêu các tác giả chƣa quan tâm đến ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến ĐTKĐ của máy bay mà chủ yếu tập trung giải quyết vấn đề gió tạt sƣờn làm thay đổi quĩ đạo bay, các phƣơng pháp khắc phục. - Khó khăn của Luận văn là khó có thể tiếp cận đƣợc các tài liệu có liên quan đến việc nghiên cứu ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến ĐTKĐ của máy bay ở vùng vận tốc nhỏ. - Nghiên cứu tìm hiểu qua mạng Internetthì kết quả thu đƣợc hầu hết đề cập đến ảnh hƣởng của gió tạt sƣờn đến ĐTKĐ và sự chuyển động của các phƣơng tiện di chuyển trên mặt đất với vận tốc cao, đến các công trình xây dựng nhƣ tháp truyền hình, v.v.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt