ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY BAY VẬN TẢI TẦM THẤP PHỤC VỤ DU LỊCH VÀ CÔNG TÁC CỨU HỘ TRÊN BIỂN CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Long Đà Nẵng – Năm 2019 TĨM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Long Số thẻ sinh viên: 103150113 Lớp : 15C4B Đề tài thực tính tốn, thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp biển (thủy phi cơ) mô số CFD phần mềm ANSYS Fluent để kiểm tra, đánh giá tối ưu thông số liên quan Các trường hợp mơ tính tốn thực cách sử dụng mơ hình rối k-ω SST Mơ hình thủy phi mơ hình phức tạp có nhiều biên dạng khác nhau, nên để đạt độ xác cao khơng đơn giản Vì vậy, việc mơ dịng khí qua thủy phi tốn nhiều thời gian tài ngun máy tính, địi hỏi cấu hình máy tính mơ cao Do đó, đề tài lựa chọn số trường hợp mô khác để thấy rõ yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khí động, hệ số nâng, hệ số cản thủy phi Q trình chạy mơ giúp tối ưu hóa biên dạng thủy phi Các thơng số khí động học tác động lên mơ hình thủy phi mô so sánh với kết tính tốn Qua đó, tối ưu biên dạng mơ hình nhằm nâng cao tính khí động học thủy phi thiết kế ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Long Lớp Số thẻ sinh viên: 103150133 : 15C4B Khoa: Cơ khí Giao thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: - Tải trọng phi hành đoàn hành khách: WC = 320 [kg] - Tầm bay: R = 500 [km] - Độ cao tối đa: H = 1500 [m] - Tốc độ tối đa: V = 200 [km/h] Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: KHẢO SÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY VẬN TẢI TRÊN MẶT NƯỚC 1.1 Tổng quan máy bay vận tải mặt nước 1.1.1 Khái niệm thủy phi (seaplane) 1.1.2 Lịch sử phát triển thủy phi (seaplane) 1.1.3 Điều kiện tự nhiên 1.1.4 Điều kiện nhân tạo 1.1.5 Mục đích sử dụng thủy phi (seaplane) 1.1.6 Ưu điểm, nhược điểm, hội khó khăn thủy phi (seaplane) 1.2 Phân loại nguyên lý hoạt động thủy phi (seaplane) 1.2.1 Phân loại 1.2.2 Nguyên lí hoạt động thủy phi 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế thủy phi (seaplane) 1.4 Mục đích ý nghĩa đề tài 1.4.1 Mục đích đề tài 1.4.2 Ý nghĩa đề tài Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BIÊN DẠNG THỦY PHI CƠ 2.1 Thiết kế khí động học thân thủy phi 2.1.1 Tải trọng thiết kế máy bay 2.1.2 Diện tích tham chiếu cánh 2.1.3 Thiết kế chi tiết cánh thủy phi 2.1.4 Thiết kế sơ thân thủy phi 2.1.5 Thiết kế cấu hình thủy phi 2.2 Thiết kế khí động học phao máy bay 2.2.1 Biên dạng phao 2.2.2 Trọng lượng phao 2.2.3 Cân thủy tĩnh phao 2.2.4 Sức cản nước 2.3 Lựa chọn động 2.4 Trọng tâm thủy phi 2.5 Bản vẽ tổng thể Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIAV5R21 VÀO THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN 3.1 Giới thiệu phần mềm 3.1.1 Tổng quan phần mềm CATIA 3.1.2 Ứng dụng CATIA 3.1.3 Giới thiệu công cụ thiết kế kiểm nghiệm bền 3.2 Phương pháp thiết kế mơ hình biên dạng thủy phi 3.3 Phương pháp kiểm nghiệm bền phần mềm CATIAV5R21 3.3.1 Lý thuyết kiểm nghiệm bền 3.3.2 Phương pháp kiểm nghiệm bền chi tiết cánh thủy phi 3.3.3 Đánh giá kiểm nghiệm bền cánh thủy phi Chương 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT 16.0 VÀO MÔ PHỎNG SỐ CFD 4.1 Quá trình tính tốn mơ phần mềm ANSYS Fluent 4.1.1 Tạo hình thủy phi 4.1.2 Chia lưới tính tốn 4.1.3 Chọn mơ hình giải tốn 4.1.4 Xử lý kết tính tốn thu 4.1.5 Kiểm tra kết tính tốn thu 4.2 Kết bình luận 4.2.1 Trường hợp bay nghiêng với góc tới α =10o α =15o 4.2.2 Nhận xét chung trường hợp Chương 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt 5.2 Hạn chế 5.3 Hướng phát triển Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ): STT Tên vẽ Kích cỡ Bản vẽ tổng thể thủy phi A3 Biên dạng kết cấu thân thủy phi A3 Biên dạng kết cấu cánh thủy phi A3 Biên dạng kết cấu cánh đuôi ngang thủy phi A3 Biên dạng kết cấu cánh đuôi dọc thủy phi A3 Biên dạng kết cấu phao thủy phi A3 Bản vẽ mơ đường dịng trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 0° A3 10 Bản vẽ mô phân bố áp suất trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 0° Bản vẽ mô phân bố vận tốc trường hợp góc tới α = 10°, góc xiên β = 0° Bản vẽ kiểm nghiệm bền cánh A3 A3 A3 Họ tên người hướng dẫn: TS Lê Minh Đức Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/09/2019 Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2019 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn PGS.TS Dương Việt Dũng TS Lê Minh Đức MỞ ĐẦU Đối với sinh viên ngành kĩ thuật nói chung, việc thực Đồ án tốt nghiệp đóng vai trị quan trọng giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức học Là sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính tốn thiết kế mô phận, chi tiết, cụm máy thiết thực bổ ích Trong khn khổ đồ án tốt nghiệp, nhóm giao thực đề tài “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” Đây đề tài rộng nhóm cố gắng thực khuôn khổ thời gian cho phép, công việc giúp cho sinh viên củng cố lại kiến thức sau học môn lý thuyết trước Đồng thời giúp sinh viên tìm hiểu phần mềm liên quan, đặc biệt hai phần mềm quan trọng sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí CATIA ANSYS, qua làm quen với công việc thiết kế, mô phỏng, kiến thức cần thiết cho sinh viên sau Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, nhóm nhận nhiều giúp đỡ, thời gian thực ngắn mà nội dung đề tài rộng nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp ý kiến bảo từ thầy bạn bè Đặc biệt nhóm xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy TS Lê Minh Đức, người thầy ln tận tình hướng dẫn, bảo, hỗ trợ nhóm suốt q trình làm Đồ án tốt nghiệp Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy khoa Cơ khí Giao thơng, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng suốt trình học tập khoa Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Đặng Quang Long i CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan số liệu kết thực đề tài trung thực Những phần sử dụng tài liệu tham khảo đồ án nêu rõ phần tài liệu tham khảo Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Nếu có sai sót xảy chúng tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu kỷ luật môn nhà trường đề Sinh viên thực Đặng Quang Long ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MỞ ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT x Chương 1: KHẢO SÁT TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY VẬN TẢI TRÊN MẶT NƯỚC 1.1 Tổng quan máy bay vận tải mặt nước .1 1.1.1 Khái niệm thủy phi (seaplane) 1.1.2 Lịch sử phát triển thủy phi (seaplane) 1.1.3 Điều kiện tự nhiên 1.1.4 Điều kiện nhân tạo 1.1.5 Mục đích sử dụng thủy phi (seaplane) 1.1.6 Ưu điểm, nhược điểm, hội khó khăn thủy phi (seaplane) 1.2 Phân loại nguyên lý hoạt động thủy phi (seaplane) 10 1.2.1 Phân loại .10 1.2.2 Nguyên lí hoạt động thủy phi 14 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế thủy phi (seaplane) 17 1.4 Mục đích ý nghĩa đề tài 18 1.4.1 Mục đích đề tài .18 1.4.2 Ý nghĩa đề tài 18 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BIÊN DẠNG THỦY PHI CƠ 19 2.1 Thiết kế khí động học thân thủy phi 19 2.1.1 Tải trọng thiết kế máy bay 22 2.1.2 Diện tích tham chiếu cánh 29 2.1.3 Thiết kế chi tiết cánh thủy phi 30 2.1.4 Thiết kế sơ thân thủy phi 42 iii 2.1.5 Thiết kế cấu hình thủy phi 47 2.2 Thiết kế khí động học phao máy bay 63 2.2.1 Biên dạng phao .63 2.2.2 Trọng lượng phao 66 2.2.3 Cân thủy tĩnh phao 67 2.2.4 Sức cản nước 72 2.3 Lựa chọn động 74 2.4 Trọng tâm thủy phi .77 2.5 Bản vẽ tổng thể 80 Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIAV5R21 VÀO THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN 82 3.1 Giới thiệu phần mềm 82 3.1.1 Tổng quan phần mềm CATIA 82 3.1.2 Ứng dụng CATIA 83 3.1.3 Giới thiệu công cụ thiết kế kiểm nghiệm bền 84 3.2 Phương pháp thiết kế mơ hình biên dạng thủy phi 88 3.3 Phương pháp kiểm nghiệm bền phần mềm CATIAV5R21 92 3.3.1 Lý thuyết kiểm nghiệm bền 92 3.3.2 Phương pháp kiểm nghiệm bền chi tiết cánh thủy phi 93 3.3.3 Đánh giá kiểm nghiệm bền cánh thủy phi 96 Chương 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT 16.0 VÀO MÔ PHỎNG SỐ CFD 98 4.1 Q trình tính tốn mơ phần mềm ANSYS Fluent 98 4.1.1 Tạo hình thủy phi .98 4.1.2 Chia lưới tính tốn 98 4.1.3 Chọn mơ hình giải tốn 101 4.1.4 Xử lý kết tính tốn thu 104 4.1.5 Kiểm tra kết tính tốn thu 104 4.2 Kết bình luận 104 4.2.1 Trường hợp bay nghiêng với góc tới α =10o α =15o 105 4.2.2 Nhận xét chung trường hợp - Chương 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - 5.1 Kết đạt - iv 5.2 Hạn chế - 5.3 Hướng phát triển - TÀI LIỆU THAM KHẢO - - v Thiết kế mô hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Mơ hình Standard k-ω mơ hình thực nghiệm dựa phương trình vận chuyển mơ hình cho lượng hỗn loạn động (k) tỷ lệ tiêu tán cụ thể (ω) Hai phương trình chuyển động The standard k-ω Model, theo [1]:    k (k ) + (  kui) = ( k ) + Gk − Yk + Sk t xi xi xj (4.9)     (  ) + ( ui) = ( ) + G − Y + S t xi xi xj (4.10) Trong đó: Gk đại diện cho sinh lượng hỗn loạn động gradient vận tốc trung bình G đại diện sinh ω  k   đại diện cho khuếch tán k ω Yk Y đại diện cho tiêu tán k ω Tất điều khoản tính mơ tả SST: The shear-stress transport (SST) k-ω model phát triển Menter Hiện sử dụng phổ biến để tính tốn xác dòng chảy rối khu vực gần lớp biên với độc lập dịng tự mơ hình k-ω trường xa (far field) Để đạt điều này, mơ hình k-ω chuyển đổi thành cơng thức k ω Mơ hình SST k- ω tương tự mơ hình standard k- ω, bao gồm cải tiến sau: + Mơ hình standard k- ω mơ hình chuyển đổi k- ω nhân với hàm pha trộn(blending function) hai mô hình thêm vào với Chức trộn thiết kế khu vực gần lớp biên, mà kích hoạt tiêu chuẩn mơ hình k- ω, khơng khỏi bề mặt, kích hoạt mơ hình chuyển đổi k-ω + Mơ hình SST kết hợp thuật ngữ đạo hàm khuếch tán chéo phương trình ω + Định nghĩa độ nhớt hỗn loạn sửa đổi để giải thích cho việc vận chuyển ứng suất cắt hỗn loạn + Các số mơ hình khác Những tính làm cho mơ hình SST k-ω xác đáng tin cậy cho lớp rộng lớn dòng chảy (ví dụ, chảy gradient áp suất bất lợi, airfoils, sóng xung kích transonic) so với standard k-ω model Các sửa đổi khác bao gồm bổ sung thuật ngữ khuếch tán chéo phương trình ω hàm pha trộn để đảm bảo phương trình mơ hình hoạt động phù hợp vùng gần tường vùng xa Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 103 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Mục k-omega Options : Chỉ định tham số ảnh hưởng đến giải pháp vấn đề giải với k- ω models Phần hộp thoại xuất komega chọn làm Model Low-Re Corrections định xem có nên đưa vào chỉnh sửa cải thiện độ xác dự đốn lưu lượng số Reynold thấp hay không Tùy chọn khả dụng cho the standard k- ω model Trong đề tài này, nhóm lựa chọn mơ hình rối k- SST Vì mơ hình rối thường áp dụng để mơ cho mơ hình có hình dạng phức tạp, nhiều bề mặt dòng chảy qua cánh máy bay, dịng chảy qua ơtơ, máy bay, tàu thuyền độ dao động đồ thị Residuals ổn định hơn, dễ hội tụ mơ hình khác 4.1.4 Xử lý kết tính tốn thu Bước thứ tư, “Xử lý kết tính tốn thu được”: để xem kết tính tốn sử dụng phần mềm chuyên dụng dùng để xử lý kết quả, phần mềm Blender…, sử dụng module xem kết ANSYS Fluent 4.1.5 Kiểm tra kết tính toán thu Bước thứ năm, “Kiểm tra kết tính tốn thu được”: kết tính tốn cho thấy cấu hình lựa chọn hợp lý, thơng số thủy khí nhiệt động học đáp ứng tốt cho u cầu kỹ thuật đặt lựa chọn, ngược lại cần phải thiết kế mơ hình lặp lại từ bước thứ chọn cấu hình phù hợp dừng q trình tính tốn 4.2 Kết bình luận Sau đặt điều kiện tính tốn thơng số tính cần thiết cho q trình giải phần mềm ANSYS Fluent ta có kết quả: Bảng 4.2: Các trường hợp lựa chọn mô máy bay α β 4o 0o - - 10o 0o 10o 15o 15o 0o 10o 15o Trong đó: α góc tới (attack angle); β góc nghiêng mơ tả Hình 4.6, Hình 4.7 Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 104 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.6: Góc tới (attack angle) Hình 4.7: Mơ tả góc tới α góc nghiêng β 4.2.1 Trường hợp bay nghiêng với góc tới α =10o α =15o a Đồ thị Residuals, hệ số nâng hệ số cản “Residual” nghĩa “số dư”, mô tốn với ANSYS Fluent có nghĩa dùng máy tính giải phương trình đại số rời rạc hóa từ phương trình vi phân Và kết giải khơng xác mà gần Đi kèm kết gần ln có số dư kèm Khi số dư nhỏ kết có xác Số dư lấy làm tiêu chuẩn đánh giá độ hội tụ tốn mơ CFD Thiết lập model k-omega nhằm tính tốn dịng chảy hỗn loạn seaplane với số lần lặp 4000 lần dao động Ta thu kết đồ thị giá trị hệ số nâng (Cl), hệ số cản (Cd) đồ thị số dư (Residuals) với trường hợp bay với góc tới 10o 15o Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 105 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.8: Đồ thị Residuals trường hợp α = 10° Hình 4.9: Đồ thị Residuals trường hợp α =15° Hình 4.10: Đồ thị hệ số nâng trường hợp α = 10°, Cl tb = 1,741 Hình 4.11: Đồ thị hệ số nâng trường hợp α =15°, Cl tb = 1,421 Hình 4.12: Đồ thị hệ số cản trường hợp α =10°, Cd tb = 0,302 Hình 4.13: Đồ thị hệ số cản trường hợp α =15°, Cd tb = 0,359 Nhận xét: Ở trường hợp α = 10° giá trị số dư k ω dao động ổn định Còn trường hợp α =15° giá trị số dư k ω dao động lớn dẫn đến giá trị tính hai phương trình chuyển động dòng chảy hỗn loạn với model k-ω có sai số lớn Các giá trị hệ số nâng hai trường hợp nhìn chung có dao động không lớn Với trường hợp α = 10° khoảng giá trị dao động kể từ lúc hội tụ từ 0,65 đến 0,75 với trường hợp α = 15° khoảng giá trị từ 1,4 đến 1,45 Từ ta có giá trị trung bình lực nâng trường hợp là: với trường hợp α = 10° Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 106 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Cltb = 1,741 với trường hợp α = 15° Cltb= 1,421 Có thể thấy hệ số nâng trường hợp α = 10° cho hệ số nâng tốt dẫn đến lực nâng tốt với trường hợp α = 15° Các giá trị hệ số cản hai trường hợp có khác biệt Ở trường hợp α = 10° khoảng giá trị dao động kể từ điểm hội tụ (điểm thứ 200) từ 0,295 đến 0,305 trường hợp α = 15° khoảng giá trị 0,355 đến 0,375 Từ ta có giá trị trung bình lực cản trường hợp là: trường hợp α = 10° có Cdtb = 0,302 trường hợp α = 15° có Cdtb = 0,359 Qua thấy hệ số cản trường hợp α = 10° có ổn định α = 15° khoảng dao động bé cho hệ số cản bé dẫn đến lực cản lên seaplane bé b Đường dòng Với hai trường hợp góc tới: α = 10° α = 15° ta thu kết quả: Hình 4.14: Đường dòng qua mặt cắt thân trường hợp α = 10° Hình 4.15: Đường dịng qua mặt cắt thân trường hợp α = 15° Hình 4.16: Đường dịng qua mặt cắt cánh trường hợp α = 10o Hình 4.17: Đường dịng qua mặt cắt cánh trường hợp α = 15° Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 107 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.18: Đường dòng qua mặt cắt phao trường hợp α = 10° Hình 4.19: Đường dịng qua mặt cắt phao trường hợp α = 15° Nhận xét: + Với trường hợp α = 10° dòng chảy qua phận seaplane có độ bám dịng tốt, khơng có tượng bị tách dòng tạo dòng chảy xốy + Với trường hợp α = 15° dịng chảy qua thân xuất dịng xốy lớn, điều gây hệ lực nâng giảm, lực cản tăng Việc xuất dịng xốy lớn cho ta thấy góc tới α = 15° lớn dẫn đến tượng tách dòng, gây nhiễu loạn dịng khí, thể hình 4.30 c Phân bố áp suất Với hai trường hợp góc tới: trường hợp α = 10° trường hợp α = 15° ta thu kết quả: Hình 4.20: Phân bố áp suất lên thủy phi trường hợp α = 10° Sinh viên thực hiện: Nhóm Hình 4.21: Phân bố áp suất lên thủy phi trường hợp α = 15° Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 108 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.22: Phân bố áp suất mặt cắt thân trường hợp α = 10° Hình 4.23: Phân bố áp suất mặt cắt thân trường hợp α = 15° Hình 4.24: Phân bố áp suất mặt cắt cánh trường hợp α = 10° Hình 4.25: Phân bố áp suất mặt cắt cánh trường hợp α = 15° Nhận xét: Ở trường hợp α = 10°: - Áp suất phân bố lên mặt seaplane có chênh lệch lớn Ở trường hợp α = 15°: - Giá trị chênh lệch áp suất mặt mặt seaplane trường hợp α = 15° gần giống trường hợp α = 10° Điều thể trường hợp tạo chênh lệch áp suất định phép thủy phi cất cánh tốt d Phân bố vận tốc Với hai trường hợp góc tới: α = 10° α = 15° ta thu kết hình ảnh phân bố vận tốc qua q trình mơ sau: Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 109 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.26: Phân bố vận tốc lên thủy phi trường hợp α = 10° Hình 4.27: Phân bố vận tốc lên thủy phi trường hợp α = 15° Hình 4.28: Phân bố vận tốc mặt cắt thân trường hợp α = 10° Hình 4.29: Phân bố vận tốc mặt cắt thân trường hợp α = 15° Hình 4.30: Phân bố vận tốc mặt cắt cánh trường hợp α = 10° Hình 4.31: Phân bố vận tốc mặt cắt cánh trường hợp α = 15° Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 110 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 4.32: Phân bố vận tốc mặt cắt phao trường hợp α = 10° Hình 4.33: Phân bố vận tốc mặt cắt phao trường hợp α = 15° Sinh viên thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Lê Minh Đức 111 Nhận xét: Ở trường hợp α = 10°: + Dựa vào kết hình ảnh ta thấy độ bám dịng vector vận tốc phân bố dày đặt lớp biên mơ hình Ở trường hợp α = 15°: + Không giống kết thu trường hợp α = 10°, vector vận tốc trường hợp cho thấy không tốt phân bố dịng, dịng vector vận tốc khơng cịn độ bám dịng tốt trường hợp α = 10° mà có xu hướng tách nhiều hướng, qua hiểu góc tớilớn (α = 15°) nên dòng chảy ổn định dẫn đến tách dịng rõ rệt Từ kết mơ phân tích mục thấy với góc tới α = 10° cho kết phù hợp so với góc tới α = 15° Để đảm bảo điều kiện cất cánh seaplane bay nghiêng góc α = 10° đặt độ ổn định tốt 4.2.2 Nhận xét chung trường hợp Bảng 4.3: Kết mô trường hợp (Số liệu tổng hợp thành viên nhóm) α Cltb Cdtb 4o 0,626 0,133 10o 15o β = 0° β = 10° β = 15° β = 0° β = 10° β = 15° 1,741 1,727 1,739 0,302 0,306 0,308 β = 0° β = 10° β = 15° β = 0° β = 10° β = 15° 1,421 1,407 1,381 0,359 0,361 0,365 Lựa chọn tính tốn Clmax = 1.8 Cd = 0.2044 + Kết mô cho thấy thủy phi đạt hệ số nâng tối đa góc tới  = 10o , Cltb = 1,741 Sai số so với tính tốn là: = Clmax − Cltb 1,8 − 1, 741 100% = 100% = 3, 28% Clmax 1,8 Giá trị sai số   5% nên kết mô xác so với lựa chọn ban đầu + Khi thủy phi có góc tới lớn phạm vi cho phép  = 15o , hệ số nâng không bị thay đổi nhiều, điều đảm bảo trình nâng độ cao mà có ổn định cần thiết Tuy nhiên hệ số cản tăng dần nên góc tới không vượt phạm vi cho phép, không gia tăng lực cản gây thăng khả điều khiển + Các trường hợp thủy phi bị lệch so với mặt phẳng thẳng đứng góc  cho thấy  lớn, phạm vi  =  15o , thủy phi đảm bảo hệ số nâng độ an toàn cần thiết, nhiên hệ số cản tăng gây ổn định gia tăng lực cản, dịng khí qua thủy phi tách dịng sớm Vì cần đưa thủy phi trạng thái cân xuât góc  nêu Chương 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt Trong đề tài nhóm thực phần sau: - Phần thuyết minh nhóm sâu nghiên cứu đặc tính khí động dịng bao quanh thủy phi thơng qua tính tốn mơ số CFD phần mềm ANSYS Fluent Các kết mô phân bố áp suất, vận tốc, lực khí động giúp hiểu rõ nguyên nhân làm tăng hay giảm lực nâng, lực cản tác động đến thủy phi cơ, sở để tối ưu mơ hình cho thủy phi nhằm giảm tiêu hao công suất hiệu q trình hoạt động - Phần vẽ gồm có: + Bản vẽ tổng thể thủy phi + Bản vẽ kết cấu chi tiết thủy phi + Bản vẽ kiểm nghiệm bền chi tiết hộp cánh + Bản vẽ mơ đường dịng khí động học CFD + Bản vẽ mô phân bố áp suất khí động CFD + Bản vẽ mơ phân bố vận tốc khí động CFD 5.2 Hạn chế Do hạn chế thời gian thực tài liệu tham khảo đề tài mẻ nên có số hạn chế sau: - Phương án thiết kế kết cấu khí chưa tối ưu, đề tài chủ yếu thiết kế biên dạng mơ hình thủy phi - Phương án kiểm nghiệm bền thủy phi chưa tối ưu, kiểm nghiệm cho chi tiết hộp cánh, đề tài không sâu thiết kế kết cấu - Đề tài tập trung thiết kế biên dạng mơ khí động học dựa hai phần mềm CATIA ANSYS thơng qua tính tốn lý thuyết Việc xây dựng, chế tạo mơ hình thực tế địi hỏi thời gian chi phí lớn, nên khả nhóm chưa thực 5.3 Hướng phát triển Để cho đề tài thiết kế ứng dụng thực tế, cần phát triển hoàn thiện nội dung sau: - Sẽ tiếp tục phát triển mơ hình mơ phần phao chạy mặt nước để đánh giá lực cản, lực nâng mơ hình - Tối ưu hóa phần thiết kế kết cấu khí thực việc kiểm nghiệm tính bền cho thủy phi - Tối ưu hóa biên dạng thủy phi để có khí động học tốt - Xây dựng mơ hình thực tế để kiểm nghiệm lại thơng số tính tốn lý thuyết kết mơ qua phần mềm CFD giúp có nhìn thực tế xác khả hoạt động tính khí động học mơ hình thiết kế Qua tối ưu hóa mơ hình cách tốt - Trong tương lai, đề tài “thủy phi cơ” ứng dụng lớn ngành hàng khơng áp dụng vào thực tiễn với nhu cầu lớn nước KẾT LUẬN Sau 15 tuần làm Đồ án với đề tài “Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng” nhóm nhận giúp đỡ hỗ trợ tận tình giảng viên hướng dẫn TS Lê Minh Đức, đến hoàn thành nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp giao Trong đề tài nhóm tính tốn, thiết kế mơ hình phần mềm CATIA, sau mơ khí động học CFD thủy phi phần mềm ANSYS Fluent, qua xây dựng mơ hình cách tối ưu mặt khí động học Phần đầu đồ án trình bày tổng quan thủy phi nói chung, ưu nhược điểm ứng dụng thực tế Phần thứ hai sâu tính chọn thơng số kĩ thuật biên dạng thủy phi Phần ba chủ yếu thiết kế mơ hình phần mềm CATIA thiết lập kiểm nghiệm bền chi tiết Phần thứ tư trình bày mơ khí động học CFD phần mềm ANSYS Fluent Phần năm hướng phát triển đề tài Tuy nhiên, thời gian hạn chế, nhiều phần chưa trang bị thời gian học tập trường, tài liệu tham khảo hạn chế chưa cập nhật đủ nên để nắm bắt sâu hiểu kĩ sinh viên thấy cần phải hồn thiện nhiều thêm Qua đề tài bổ sung cho sinh viên thêm nhiều kiến thức chuyên ngành đặc biệt khí động học máy bay Trong thời gian làm Đồ án tốt nghiệp, sinh viên nâng cao kiến thức tin học: Word, Excel, PowerPoint phần mềm thiết kế mô chủ yếu CATIA, ANSYS phục vụ cho công tác sau Đồng thời qua đó, sinh viên cần phải cố gắng học hỏi, tìm tịi để đáp ứng yêu cầu người cán kỹ thuật ngành Cơ khí động lực Cuối cùng, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Minh Đức tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhóm hồn thành Đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ANSYS, Inc – ANSYS Fluent Theory Guide “ANSYS” [2] Alan Leonel Canamar and Ladislav Smrcek - Seaplane Conceptual Design [3] (2011) Benedikt Mohr, Joachim Schömann, Technische Universität München, Garching - FUSETRA_D11_seaplane_data_base [4] Canamar Leyva, Alan Leonel - Seaplane conceptual design and sizing [5] MSc(R) thesis (2012) Jason Moffat - Investigation & Parametric Design of an Active Aerodynamic [6] System (2017) K M., Tomaszewskl, Inz.Lotn (Warsaw) - Hydrodinamic Design of Seaplane [7] [8] float (1950) Mohammad H Sadraey(auth.) - Aircraft Design_ A Systems Engineering Approach (2012) Shabeer KP ,Murtaza M A - Optimization of aircraft wing With composite material (2013) [9] Snorri Gudmundsson - General aviation aircraft design: Applied methods and procedures (2013) [10] http://airfoiltools.com/ [11] http://hiataircraft.com.ua/en/airplanes/ ... Đức 31 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Ngày nay, công nghệ thiết kế máy bay phát triển đại, tất loại máy bay ưu tiên thiết kế cánh... Lê Minh Đức 19 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng cầu sử dụng, tạo lợi nhuận việc kinh doanh du lịch - công tác cứu hộ thủy phi Bảng... 30 Thiết kế mơ hình máy bay vận tải tầm thấp phục vụ du lịch công tác cứu hộ biển thành phố Đà Nẵng Hình 2.8: Quy trình thiết kế thơng số cánh, theo [7] a Chọn số cánh Trước công nghệ thiết kế