Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi
Thiết kế thủy phi chỗ ngồi TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG --- --- PHẦN: TÍNH TOÁN THỦY-KHÍ ĐỘNG SVTH : LÊ BÁ TRUNG LÊ BÁ TRUNG G0702663 Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 1. NHU CẦU SỬ DỤNG THỦY PHI CƠ Ở VIỆT NAM 1.1 Khái niệm thủy phi . 1.2 Điều kiện tự nhiên . 1.3 Điều kiện nhân tạo . 1.4 Các nhu cầu cần có thủy phi . 1.5 Khả chế tạo máy bay nước . 10 1.6 Kết luận . 10 2. TÌM HIỂU VỀ THỦY PHI CƠ . 12 2.1 Khái niệm – phân loại 12 2.2 Lịch sử phát triển thủy phi 13 2.3 Nguyên lý hoạt động . 15 2.4 Các vẽ phác thảo . 20 3. Ý TƯỞNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 25 3.1 Phân loại . 25 3.1.1 Thủy phi chuyển thể từ máy bay nhỏ 25 3.1.2 Thủy phi chuyên dùng 25 3.1.3 Thủy phi lưỡng tính 26 3.2 Lựa chọn thiết kế thủy phi 26 4. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CẤT CÁNH CỦA THỦY PHI CƠ 29 4.1 Xác định 32 4.2 Xác định trọng lượng nhiên liệu 32 4.3 Xác định trọng lượng cất cánh WTO , trọng lượng rỗng WE . 34 5. XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CÁNH, TẢI LỰC TRÊN CÁNH VÀ HỆ SỐ LỰC NÂNG . 36 5.1 Thiết kế theo vận tốc stall 36 5.2 Yêu cầu quãng đường cất cánh 36 5.3 Yêu cầu quãng đường hạ cánh 38 5.4 Yêu cầu lây cao độ . 40 5.5 Yêu cầu thời gian lấy cao độ 43 5.6 Yêu cầu vận tốc bay . 45 6. THIẾT KẾ CẤU HÌNH CÁC BỘ PHÀN CỦA THỦY PHI CƠ . 49 6.1 Thiết kế thân thủy phi . 49 LÊ BÁ TRUNG Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 6.2 Bố trí chỗ ngồi chiều cao thân thủy phi 50 6.3 Thiết kế cửa cho thủy phi 52 6.5 Thiết kế bước nhảy cho thủy phi . 53 6.6 Cấu hình phần thân ngập nước . 55 6.7 Thiết kế cấu hình cánh . 56 6.8 Thiết kế cấu hình đuôi . 59 6.9 Phân bố khối lượng sơ - vị trí đặt cánh 60 7. TỔNG HỢP THIẾT KẾ SƠ BỘ . 62 8. TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG CHO THỦY PHI CƠ 69 8.1 Biên dạng cánh 69 8.2 Cánh tà (flap) 69 8.3 Aileron 73 8. Ước tính lực cản máy bay . 74 8.4.1 Hệ số lực cản cánh máy bay 74 8.4.2 Hệ số lực cản thân máy bay . 76 8.4.3 Hệ số lực cản đuôi máy bay 77 8.4.4 Hệ số lực cản cánh tà . 77 8.4.5 Hệ số lực cản đáp 78 9. TÍNH TOÁN THỦY ĐỘNG CHO THỦY PHI CƠ 79 9.1 Lý thuyết ổn định thủy phi nước 79 9.2 Tính toán ổn định cho thủy phi . 83 NHẬN XÉT- KẾT LUẬN . 86 Tài liệu tham khảo 87 LÊ BÁ TRUNG Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 1. NHU CẦU SỬ DỤNG THỦY PHI CƠ Ở VIỆT NAM 1.1 Khái niệm thủy phi “Thủy phi cơ” (seaplane) loại máy bay cánh cố định cất cánh hạ cánh mặt nước. Thủy phi sử dụng phổ biến vùng có nhiều sông hồ (nông thôn), nơi mà người ta dùng mặt nước làm đường băng. 1.2 Điều kiện tự nhiên Vị trí địa lý: Việt Nam quốc gia thuộc vùng Đông Nam Á (có tọa độ địa lý: Kinh tuyến: 102°8′-109°27′ Đông; Vĩ tuyến: 8°27′-23°23′ Bắc), nằm cực Đông bán đảo Đông Dương, có diện tích đất liền vào khoảng 331.698km2, vùng biển tới 1,000,000 km2 với đường bờ biển dài 3260 km2 (không tính đảo). Địa hình Việt Nam chủ yếu chia làm dạng chính: đồi núi đồng bằng. Trong điển hình đồng châu thổ lớn đồng châu thổ sông Hồng (63,780 km2) đồng châu thổ sông Cửu Long (40,000 km2). Đặc biệt sông Cửu Long sông lớn thứ 12 giới, sông mang nhiều phù sa tàu bè từ biển qua sông nông đến tận Kompong Chàm Campuchia. Một nhánh phụ từ hồ Tonle Sap chảy hợp vào với sông Phnôm Pênh, hồ nước nông, đóng vai trò hồ chứa tự nhiên làm ổn định dòng chảy hạ lưu sông Cửu Long. Khi sông thời kỳ lũ, vùng đồng cửa sông thoát kịp lượng nước khổng lồ nó. Nước lũ chảy ngược vào hồ Tonlé Sap, làm cho hồ ngập tràn mở rộng đến 10,000 km2. - Mặt nước: Sông Việt Nam có mạng lưới sông dày đặc có 2360 sông có chiều dài 10 km. Tám số lưu vực rộng lớn với diện tích lưu vực 10,000 km ² trở lên. Các sông chảy qua Việt Nam bao gồm nhiều sông quốc tế. - Hồ chứa: Hầu hết đập hồ chứa Việt Nam xây dựng cho mục đích khác nhau, bao gồm kiểm soát lũ, thủy lợi, thủy điện, cấp nước, quản lý lưu lượng khác. Nhất nhiều từ 20-30 tuổi. Có khoảng 3,600 hồ chứa kích cỡ khác nhau, có 15% lớn trung bình. LÊ BÁ TRUNG Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Hồ chứa Lưu vực (km ²) Khối lượng (tỷ m³) Tưới tiêu Diện tích (ha) Thủy điện (MW) Hòa Bình 51,700 9,450 1,920 Thác Bà 6,100 2,940 108 Trị An 14,600 2,760 420 Dầu Tiếng 2,700 1,580 Thác Mơ 2,200 1,370 150 Yaly 7,455 1,037 720 Phú Ninh 235 414 Sông Hinh 772 357 Kẻ Gỗ 223 345 72,000 23,000 66 17,000 1.3 Điều kiện nhân tạo Các sân bay khai thác sử dụng Việt Nam: Địa điểm ICAO IATA Tên sân bay Tọa độ SÂN BAY QUỐC TẾ Cần Thơ VVCT VCA Sân bay quốc tế Cần Thơ 10 ° 05'07 "N 105 ° 42'43" E Chu Lai VVCL VCL Đà Lạt VVDL DLI LÊ BÁ TRUNG Sân bay quốc tế Chu Lai 15 ° 24'22 "N 108 ° 42'20" E Sân bay quốc tế Liên Khương 11 ° 45'02 "N 108 ° 22'25" E Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Đà Nẵng VVDN DAD Sân bay quốc tế Đà Nẵng 16 ° 02'38 "N 108 ° 11'58" E Hải Phòng VVCI HPH Sân bay quốc tế Cát Bi Hà Nội VVNB HAN Sân bay quốc tế Nội Bài 21 ° 13'16 "N 105 ° 48'26" E Thành phố Hồ Chí Minh VVTS SGN Huế VVPB HUI Nha Trang VVCR CXR Sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất 20 ° 49'09 "N 106 ° 43'29" E 10 ° 49'08 "N 106 ° 39'07" E Sân bay quốc tế Phú Bài 16 ° 24'06 "N 107 ° 42'10" E Sân bay quốc tế Cam Ranh 11 ° 59'53 "N 109 ° 13'10" E SÂN BAY TRONG NƯỚC Buôn Ma Thuột VVBM BMV Sân bay Buôn Ma Thuột 12 ° 40'05 "N 108 ° 07'12" E Cà Mau VVCM CAH Sân bay Cà Mau 09 ° 10'32 "N 105 ° 10'46" E Côn Island VVCS VCS Sân bay Cỏ Ống 08 ° 43'57 "N 106 ° 37'44" E Đà Lạt VVCL Sân bay Cam Ly 11 ° 56'34 "N 108 ° 24'54" E Điện Biên Phủ VVDB DIN Sân bay Điện Biên Phủ 21 ° 23'50 "N 103 ° 00'28" E Sân bay Đồng Hới Đồng Hới VDH xây dựng lại để phục vụ chuyến bay thương 17 ° 30'54 "N 106 ° 35'26" E mại Hải Phòng VV03 VDH Sân bay Kiến An 20 ° 48'12 "N 106 ° 36'17" E Phú Quốc VVPQ PQC Sân bay Dương Đông 10 ° 13'33 "N 103 ° 57'39" E LÊ BÁ TRUNG Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Pleiku VVPK PXU Sân bay Pleiku 14 ° 00'16 "N 108 ° 01'02" E Qui Nhơn VVPC UIH Sân bay Phù Cát 13 ° 57'18 "N 109 ° 02'32" E Rạch Giá VVRG VKG Sân bay Rạch Giá o 57'35 "N 105 ° 8'2" E Sơn La VVNS SQH Sân bay Nà Sản 21 ° 12'53 "N 104 ° 02'07" E Tuy Hòa VVTH TBB Sân bay Đông Tác 13 ° 02'58 "N 109 ° 20'01" E Vinh VVVH VII Sân bay Vinh Vũng Tàu VVVT VTG Sân bay Vũng Tàu 18 ° 44'12 0,21 "N 105 ° 40'15 0,17" E 10 ° 22'0 "N 107 ° 05'0" E QUÂN CẢNG / không quân Kép không quân Bắc Giang Căn không quân Biên Biên Hòa Hòa Hòa Lạc không Hà Tây quân Hà Nội VVGL Nha Trang VVNT NHA LÊ BÁ TRUNG quân Căn không quân Nha Trang 21 ° 02'27 0,51 "N 105 ° 53'09 0,64" E 12 ° 13'39 "N 109 ° 11'33" E Anh Sơn sân bay Nghệ An Phan Rang Gia Lâm không VVPR PHA Phan Rang Air Base Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Thanh Hóa không Thanh Hóa quân Trường Sa Trường Sa sân bay Yên Bái không Yên Bái quân ĐỀ XUẤT CẢNG Thành phố Chí Minh Lạng Sơn Phú Quốc Quảng Ninh Hồ Sân bay quốc tế Long Thành Lạng Sơn không quân Sân bay quốc tế Phú Quốc Sân bay quốc tế Quảng Ninh Cựu SÂN BAY Bến Tre Bến Tre sân bay Biên Hòa Xuân Lộc sân bay Bình Thuận Phan Thiết, sân bay Bình Thủy Air Base Cần Thơ để chuyển đổi sân bay Trà Nóc Đắk Lắk LÊ BÁ TRUNG An Khê Airport Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Hà Nội Sân bay Bạch Mai Long An Sân bay Tân An Quảng Trị Đông Hà sân bay Tây Ninh Tây Ninh sân bay Trà Vinh Sân bay Trà Vinh Vĩnh Long Sân bay Vĩnh Long Lâm Đồng Bảo Lộc, sân bay Lâm Đồng Sân bay Lộc Phát Bình Dương Phú Lợi sân bay 1.4 Các nhu cầu cần có thủy phi - Đối với công tác huấn luyện bay: nhằm đào tạo nguồn nhân lực phi công nội địa với mức chi phí rẻ ta gửi đào tạo nước với phương tiện có. Ngoài độ an toàn trình huấn luyện tang cao. - Đối với công tác du lịch: Việt Nam đất nước có nhiều danh lam thắng cảnh đẹp, có số danh lam thắng cảnh UNESSCO công nhận danh lam thắng cảnh đẹp giới Vịnh Hạ Long, Vịnh Nha Trang, cố đô Huế… việc phát triển thủy phi chỗ ngồi nhằm phục vụ cho công tác phát triển du lịch với loại hình du lịch không, chụp ảnh không… - Đối với công tác vận tải: Việt Nam nước có dân số đông, thành phố lớn thành phố Hồ Chí Minh, Hà nội mật độ dân số lớn, kéo theo nạn ùn tắc giao thông diễn sở hạ tầng giao thông chật hẹp thủy phi giải pháp tốt mẻ việc vận chuyển hàng hóa đường hàng không với ưu nhanh, gọn động. LÊ BÁ TRUNG Page Thiết kế thủy phi chỗ ngồi - Đối với công tác nông nghiệp: cách mạng ruộng đất Việt Nam bước vào giai đoạn với việc xóa bỏ hành lang ngăn chia ruộng đất hộ nông dân khiến cho diện tích canh tác tăng lên, thêm vào việc đầu tư mảnh đất lớn khiến cho hộ gia đình đầu tư hơn. Đây tín hiệu đáng mừng cho nông nghiệp nói chung chiến lược phát triển thủy phi nói riêng ứng dụng thủy phi vào việc phun thuốc trừ sâu nông nghiệp quan sát lâm nghiệp việc trồng rừng. - Đối với công tác y tế, cứu hộ: Việt Nam nước nằm vành đai nhiệt đới gió mùa, nên thường xảy thiên tai lũ lụt. Nên việc đề cao công tác y tế cứu hộ việc làm cần thiết. Hơn nữa, công tác y tế cứu hộ cần có lực lượng động phản ứng nhanh cho nhiều tình khác nhau. Điều đặt cho thủy phi yêu cầu lớn. - Đối với lĩnh vực khác: nghiên cứu khoa học cho cánh rừng, địa hình hay điều kiện khí hậu Việt Nam cần có máy bay để quan sát từ cao; phục vụ công tác nghiên cứu đo đạc đồ, thông tin địa lý: thủy phi nhỏ đưa vào sử dụng thuận lợi cho công tác này. Chi phí cho công tác nghiên cứu giảm xuống đáng kể… 1.5 Khả chế tạo máy bay nước: - Luật hàng không dân dung cho phép chế tạo khuyến khích chế tạo chưa có tiêu chuẩn kiểm định. - Tiềm sản xuất nước tốt với đời đời VAM-1, VAM-2, VNS- 41… - Nhân công Việt Nam ngày đào tạo tốt, chuyên môn hóa, tiếp cận gần với công nghệ đại có lợi cho việc chế tạo máy bay nói chung thủy phi nói riêng. 1.6 Kết luận - Địa hình Việt Nam thuận lợi cho việc phát triển máy bay nhỏ, thủy phi cơ. LÊ BÁ TRUNG Page 10 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Suy ra: - Khi cất cánh: Cl 1.21Cl max 1.21 1.21 1.46 - Khi hạ cánh: Cl 1.21Cl max 1.21 1.56 1.88 Độ gia tăng hệ số lực nâng điều khiển cánh tà phụ thuộc nhiều yếu tố loại cánh tá sử dụng, tỉ số bề rộng cánh tà bề rộng cánh cf/c, góc điều khiển cánh ta. Công thức tính độ gia tăng lực nâng cho cánh tà sau: Cl Cl f f K ' Trong đó: f góc điều khiển flap Cl f đạo hàm hệ số lực nâng tiết diện theo độ dịch chuyển cánh tà phụ thuộc vào tỉ lệ c f / c 0.4 / 1.6 0.25 t/c=0.12 tra theo đồ thị bên dưới, ta cl f =4.2 rad-1 Và K’ phụ thuộc vào góc lệch cánh tà f tỉ số c f / c 0.4 / 1.6 0.25 tra từ đồ thị bên ta Ảnh hưởng tỷ lệ dây cung cánh với dây cung cánh tà đến hệ số ảnh hưởng K’ LÊ BÁ TRUNG Page 72 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Effect of thickness ratio and flap chord ratio on cl f Giá trị độ gia tăng lực nâng tương ứng với góc điều khiển flaps cho bảng sau: f 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 K' 1.0 0.97 0.85 0.7 0.65 0.6 0.58 0.54 0.52 0.5 0.48 cl 0.73 1.067 1.246 1.283 1.473 1.539 1.701 1.781 1.906 2.016 2.111 Bảng giá trị độ gia tăng lực nâng tương ứng với góc điều khiển flaps Tóm lại cấu hình cánh tà sau: cf / c =0.25 f TO 300 f TO 500 8.3 Aileron Để tương thích với flap aileron ta chọn ca c 0.25 vị trí aileron từ chỗ mặt cánh tà đến mũi cánh hình sau: LÊ BÁ TRUNG Page 73 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 8.4 Ước tính lực cản máy bay Hệ số lực cản tổng thể máy bay chia làm nhiều thành phần lực cản sau: CD C D wing CDfus CDemp C Dflap C D gear Trong đó: C D wing : hệ số lực cản cánh máy bay CDfus : hệ số lực cản thân CDemp : hệ số lực cản đuôi C Dflap : hệ số lực cản cánh tà C D gear : hệ số lực cản đáp 8.4.1 Hệ số lực cản cánh máy bay C D wing C D 0w C D Lw Trong đó: C D0 w : hệ số lực cản cánh lực nâng không C DLw : hệ số lực cản cánh theo lực nâng - Hệ số lực cản cánh lực nâng không tính theo công thức CD0 w Rwf R C 1 L ' t / c 100 t / c LS fw S wetw S Trong đó: Rwf : hệ số điều chỉnh bề mặt tạo lực nâng phần cánh nối với thân, phụ thuộc vào số Reynold thân số Mach Rwf f RN fus , M , mà máy bay bay với vận tốc nhỏ nên Rwf RLS : hệ số điều chỉnh bề mặt tạo lực nâng phụ thuộc vào góc nghiêng cánh, bề dày cánh lớn số Mach, máy bay bay với vận tốc nhỏ nên RLS C fw : hệ số ma sát cánh (xem ma sát ma sat phẳng dòng rối), C fw f RN , M LÊ BÁ TRUNG Page 74 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Trong Reynold cánh RN fus V c 50 1.6 3.98 105 4 2.0110 Từ đồ thị tra tra Cwf 0.0035 S wet diện tích ướt cánh: S wet S w 17.79 35.58m 116.63 ft S w diện tích bề mặt cánh S w 58.32ft L’ tham số phụ thuộc vị trí bề dày lớn biên dạng cánh. Đối với NACA 23012, L’=2. Từ ta tính được: CD0 w 11 0.0035 1 0.12 100 0.12 0.0088 - Hệ số lực cản theo lực nâng: Phương trình: CDLw CLw .AR.e 0.37 0.007 3.14 0.8 Vậy hệ số lực cản bay bằng: CD wing CD 0w CD Lw 0.0088 0.0077 0.0165 LÊ BÁ TRUNG Page 75 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 8.4.2 Hệ số lực cản thân máy bay CDfus C D fus CDLfus Trong đó: CDLfus : hệ số lực cản thân theo lực nâng, trường hợp thủy phi tính CDLfus C D fus : hệ số lực cản thân lực nâng tính theo công thức CD0 fus Rwf C f fus 60 1 l / d f f S wet fus 0.0025 C Dbfus S Rwf C f fus :hệ số ma sát ứng với số Reynold số Mach Re fus 7.26 50 4 2.0110 0.3051 1.94 107 , M=0.147, tra đồ thị sau Ta C f fus 0.00285 LÊ BÁ TRUNG Page 76 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi l f 7.26m 23.82 ft d f 1.4m 23.82 ft S wetfus 23.78m 255.5 ft CDb fus Suy ra: 255.5 60 CD0 fus 1 0.00285 1 0.0025 7.26 / 1.4 0.0055 7.26 / 1.4 190.2 8.4.3 Hệ số lực cản đuôi máy bay Tính hệ số lực cản bề mặt đuôi tương tự bể mặt cánh: Hệ số lực cản đuôi ngang: CD0t Rwf R C 1 L ' t / c 100 t / c LS ft S wett S 11.06 0.00385 1 0.09 100 0.094 22.8 190.2 0.0007 CD0 v S wet v Rwf RLS C fv 1 L ' t / c 100 t / c S 19.05 11.06 0.00385 1 0.09 100 0.09 190.2 0.0005 8.4.3 Hệ số lực cản cánh tà Chủ yếu ta sử dụng cánh tà việc cất hạ cánh, bay bằng, cánh tà để góc xuôi với cánh nên lực cản tạo không. Hệ số lực cản sử dụng cánh tà: CD flap CD prof flap C Di flap CDint flap Trong : CDprof flap độ tăng lực cản thay đổi biên dạng cánh dùng cánh tà C Di flap đô tăng lực cản cảm ứng sử dụng cánh tà CDint flap độ tăng lực cản phần nối cánh tà với cánh LÊ BÁ TRUNG Page 77 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 8.4.5 Hệ số lực cản đáp Ta lựa chọn đáp cho thủy phi dạng trên. Ước tính hệ số lực cản đáp: Sgear CDgear CDgear CL 0 pCL S Đối với mũi theo thực nghiệm kinh nghiệm: CDgear CL 0nose 0.29 Đối với bên theo thực nghiệm kinh nghiệm: CDgear CL 0 0.36 Sgear 0.29 0.36 0.565 0.003 Suy CDgear CDgear CL 0 pCL S 190.2 Vậy hệ số lực cản tổng thể toàn thủy phi cơ: CD CD wing CDfus C Demp CDflap C D gear 0.0165 0.0055 0.0005 0.0007 0.0030 0.0262 Kết luận: Máy bay thiết kế có hình dạng khí động tốt với hệ số lực cản tương đối nhỏ. LÊ BÁ TRUNG Page 78 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi 9. TÍNH TOÁN THỦY ĐỘNG CHO THỦY PHI CƠ 9.1 Lý thuyết ổn định thủy phi nước Tính thủy phi cơ: Khi thủy phi mặt nước chịu tác dụng đồng thời hai lực ngược chiều nhau. Trọng lực gồm trọng lượng rỗng thủy phi cơ, trọng lượng hành khách hành lý tác động chiều hút trái đất. Lực (lực đẩy Achimedes) nước tác động theo chiều ngược lại. Trọng lực lực Lực (F) : tính theo định luật Archimedes, trọng lượng nước bị thân thủy phi chiếm chỗ, tác động theo hướng từ lên. Lực F có tâm đặt lực B, tâm thủy phi cơ. Ở vị trí cân bằng: lực nước tác động tĩnh lên thủy phi phải trọng lượng thủy phi cơ, tâm thủy phi B phải nằm đường thẳng vuông góc với mặt thoáng, qua trọng tâm G thủy phi cơ. Cân lực : Cân moment : W=F WxL – FxL = ( L: khoảng cách đường tác động lực W F ) Ổn định thủy phi Tại vị trí cân bằng, tác động ngoại lực tức thời (do sóng gió), vị trí cân thủy phi bị phá vỡ làm thủy phi bị nghiêng ngang hay nghiêng dọc. Lúc trọng tâm G không đổi, tâm B thay đổi vị trí tùy thuộc hình dáng hình học phần thân chìm nước. Trong trường hợp chung nhất, tâm B không nằm đường vuông góc với mặt thoáng qua G; khoảng cách hướng lực trọng lực W với hướng lực lực F thay đổi từ cho vị trí cân đến giá trị L 0. Moment ngẫu lực có giá trị WxL = FxL 0. LÊ BÁ TRUNG Page 79 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Trường hợp đầu moment ngẫu lực làm cho thủy phi nghiêng đến góc lớn hơn, trường hợp sau chống lại moment nghiêng. Phụ thuộc vào hướng nghiêng thủy phi bị ngoại lực tác động phân biệt hai trường hợp tính ổn định ổn định ngang ổn định dọc. ●Ổn định ngang ban đầu: Giai đoạn đầu : giả sử thể tích phần chìm không đổi V, góc nghiêng nhỏ. M giao điểm đường qua tâm tức thời B’ tâm đối xứng mặt cắt ngang thân thủy phi cơ. M : tâm định khuynh (tâm ổn định ngang) r = BM = It : bán kính tâm ổn định ngang. V KG : chiều cao trọng tâm so với mặt chuẩn qua đáy thủy phi Khi bị nghiêng phạm vi góc nhỏ tâm B di chuyển cung gần cung tròn, bán kính r = BM, tâm M. Ta có: với: GZ = GM.sin : góc nghiêng thân thủy phi so với mặt thoáng trạng thái tĩnh. GZ : tay đòn ổn định moment ổn định thủy phi cơ. LÊ BÁ TRUNG Page 80 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Moment ổn định: M = D.GZ với D V : lượng chiếm nước thủy phi [N] .g : trọng lượng riêng nước [N/m3] : khối lượng riêng nước [kg/m3] Moment phục hồi (Mph): Mph = D.GM.sin - Một số công thức kinh nghiệm: KB T CB ( ) CW KB T ( AW ) AW V / T 5T V ( ) AW KB T ( CW ) CW CB Khi tàu vượt khỏi phạm vi ổn định ban đầu, diễn tiến đường di chuyển điểm M điểm B phức tạp. Độ lớn GM thước đo độ dốc đường cong ổn định. Với GM lớn, moment phục hồi tăng nhanh. Moment nhanh chóng đuổi kịp vượt giá trị moment nghiêng, chống đối nghiêng thân dễ dàng bắt thủy phi quay lại vị trí ban đầu sau moment nghiêng ngừng tác động. Ngược lại, với giá trị GM nhỏ, khả chống trả ngoại lực không lớn. Tuy nhiên GM lớn chu kỳ lắc ngang thủy phi ngắn, thủy phi lắc nhiều, gia tốc lắc lớn, làm dịch chuyển đồ đạc hư kết cấu. Vì yêu cầu không cho phép giá trị GM lớn. ● Ổn định dọc ban đầu: Chiều cao tâm ổn định dọc ban đầu tính tương tự ổn định ngang, ta thay giá trị BM cho ổn định ngang giá trị BML cho ổn định dọc. LÊ BÁ TRUNG Page 81 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Chiều cao tâm ổn định dọc có dạng: GML = KB + BML – KG Tay đòn moment phục hồi GZL tính cho trường hợp nghiêng dọc: GZL = GML.sin R = BML = IL : bán kính tâm ổn định dọc V Moment phục hồi cho ổn định tĩnh : Mph = D.GZL = D.GML.sin ● Điều kiện ổn định tĩnh: Dưới tác động ngoại lực thân thủy phi có cách phản ứng. Giả sử thủy phi phải chịu tác động moment nghiêng với cường độ khác I, II, III. Dưới tác động moment I thủy phi bị nghiêng chừng Mng > Mph. Qua góc 1 Mph > Mng nên tàu quay trở lại 1. Trong trường hợp góc 1 xem góc ổn định tĩnh. Bằng cách đó, tác động moment I tàu bị xô đến tận góc 2. Tại vị trí Mph = Mng. Sau 2 Mng > Mph nên tàu bị lật. Tuy 1 2 có Mph = Mng, song 2 không xem góc mà có cân bền. Từ đó, điều kiện cân tĩnh (điều kiện cần đủ): Mng = Mph d (Mph – Mng) > d LÊ BÁ TRUNG Page 82 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi hay dM ph d dM ng d Moment nghiêng II đóng vai trò moment giới hạn. Nếu moment nghiêng lớn II, đạt giá trị III thủy phi ổn định tĩnh mặt nước. 9.2 Tính toán ổn định cho thủy phi 5T V Chiều cao tâm tính từ đáy thủy phi cơ: KB AW với AW : diện tích mặt đường nước. L: chiều dài thân thủy phi đo đường nước. B: chiều rộng thân thủy phi cơ. V: thể tích chiếm nước thủy phi cơ. T: chiều cao mớn nước. Diện tích mặt cắt thân thủy phi vị trí đường nước: Bán kính tâm nghiêng ngang: BM Bán kính tâm nghiêng dọc: It V BM L IL V b với It y dx : moment quán tính ngang. a b I L 2 x ydx : moment quán tính dọc. a LÊ BÁ TRUNG Page 83 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Chia thủy phi thành phần sau: Các hàm biểu diễn đường cong mặt cắt đường nước thân thủy phi cơ: x y1 0.6 lm ; y2 = 0.6; y3 a( x 2) 0.6 1.6 l d 0.6 (1.6)(0.7) với a ld ld b 2 3 Moment quán tính ngang: I t y dx y1 dx y dx y 33 dx 3a lm Moment quán tính dọc: ld b 0 I L 2 x ydx 2 x y1 dx x y dx x y dx a lm Trường hợp Payload: Thể tích chiếm nước thủy phi cơ: V = 0.591 m3 Chiều cao mớn nước: T = 0.22 m Diện tích mặt đường nước: AW = 4.05 m2 Chiều cao tâm tính từ đáy thủy phi cơ: 5T V 5(0.22) 0.591 KB 0.13 m AW 4.05 Moment quán tính ngang moment quán tính dọc: với lm = 0.8 m ld = 0.5 m 4 It = 0.422 m IL = 6.639 m LÊ BÁ TRUNG Page 84 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi Bán kính tâm nghiêng ngang: BM Bán kính tâm nghiêng dọc: I t 0.422 0.71 m V 0.591 I L 6.639 11.23 m V 0.591 BM L KM KB BM 0.13 0.71 0.84 m KM L KB BM L 0.13 11.23 11.36 m Trường hợp có Payload: Thể tích chiếm nước thủy phi cơ: V = 0.951m3 Chiều cao mớn nước: T = 0.31 m Diện tích mặt đường nước: AW = 4.2 m2 Chiều cao tâm tính từ đáy thủy phi cơ: 5T V 5(0.31) 0.951 KB 0.18m AW 4.2 Moment quán tính ngang dọc: với lm = 1.2 m ld =0.8 m It = 0.434 m4 IL = 8.617 m4 Bán kính tâm nghiêng ngang: BM Bán kính tâm nghiêng dọc: It 0.434 0.46 m V 0.951 BM L I t 8.617 9.06 m V 0.951 KM KB BM 0.18 0.46 0.64 m KM L KB BM L 0.18 9.06 9.24 m Kết luận: Ta thấy điểm M nằm cao so với trọng tâm thủy phi (KG = 0.65 m), thủy phi ổn định nước. LÊ BÁ TRUNG Page 85 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi NHẬN XÉT- KẾT LUẬN: - - Trên sơ trình tính toán, thiết kế tổng quát cho thủy phi chỗ ngồi với số liệu đáng tin cậy tham khảo thực tế lý thuyết tính toán. Bài sử dụng bảng biểu Excel kết bảng biểu dễ nhìn đánh giá kết quả. Đây phần tính toán “thủy- khí động lực học” cho thủy phi chỗ ngồi, tập trung vào phần tính toán hệ số lực nâng lực cản ổn định thủy phi đáp mặt nước. Bài không sâu vào phần tính toán lực cản thủy động ước lượng quãng đường cất hạ cánh thủy phi cơ, phần khó đòi hỏi phải có nghiên cứu lý thuyết chuyên sâu đưa phương pháp tính toán đưa số liệu tin cậy. Trong tương lai, đề tài thủy phi đề tài ứng dụng lớn ngành hàng không vào sử dụng lực tiễn với nhu cầu lớn nước. LÊ BÁ TRUNG Page 86 Thiết kế thủy phi chỗ ngồi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jan Roskam, Airplane Design, Part I: Preliminary Configuration Design and Intergration of the Propulsion System, 1997. [2] Jan Roskam, Airplane Design, Part II: Preliminary Configuration Design and Intergration of the Propulsion System, 1997. [3] Jan Roskam, Airplane Design, Part III: Preliminary Calculation of Aerodynamics, Thrust and Power Characteristics, 1997 [4] Jan Roskam, Airplane Design, Part IV: Preliminary Calculation of Aerodynamics, Thrust and Power Characteristics, 1997 [5] Jan Roskam, Airplane Design, Part V: Preliminary Calculation of Aerodynamics, Thrust and Power Characteristics, 1997. [6] Jan Roskam, Airplane Design, Part VI: Preliminary Calculation of Aerodynamics, Thrust and Power Characteristics, 1997 [7] R. C. Nelson. Flight Stability and Automatic Control. WCB McGraw-Hill, New York, NY, second edition, 1998. [8] Anderson, Fundamentals of Aerodynamics, McGraw-Hill, 1986. [9] Lloy Jenkinson- Jim Marchman, Aircraft Design Projects For Engineering Students, BH, 2003 [10] website: www.wikipedia.org LÊ BÁ TRUNG Page 87 [...]... hạ cánh LÊ BÁ TRUNG Page 15 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi LÊ BÁ TRUNG Page 16 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Thủy phi cơ muốn của trên mặt nước ở vận tốc thấp thường dung bánh lái nước đặt ở dưới phao Nguyên lý của của thủy phi cơ dựa vào cân bằng lực ly tâm và lực cản gió để tránh lật máy bay LÊ BÁ TRUNG Page 17 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Nguyên lý cất cánh: Gồm 4 giai đoạn: + Giai đoạn cho... TRUNG Page 22 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Bàn luận về thiết kế trên: - Động cơ đặt trên cao so với thân nên việc thiết kế về kết cấu sẽ phức tạp Động cơ kéo, nên việc đóng góp cho ổn định tĩnh thấp và lực cản nhiều, gây tốn công suất động cơ Bố trí đuôi không tận dụng được không gian LÊ BÁ TRUNG Page 23 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Bản vẽ 4: thiết kế của Trung Bàn luận về thiết kế trên: - - Đáp... BÁ TRUNG Page 20 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Bản vẽ 2: thiết kế của Huy Bàn luận về thiết kế trên: - Động cơ đặt sau đuôi nên giảm thiểu được tối đa tiếng ồn do động cơ gây ra Vì động cơ đặt sau đuôi và khá cao nên việc lực cản do động cơ gây ra khá lớn và phải tính toán kết cấu của đuôi kĩ để chịu tải của động cơ LÊ BÁ TRUNG Page 21 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Bản vẽ 3: thiết kế của Khương LÊ... 24 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi 3 Ý TƯỞNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3.1 Phân loại Thủy phi có cũng giống như các loại máy bay đáp càng bình thường, cũng khá có nhiều kiểu loại, rất phong phú Dựa vào tính năng sử dụng của thủy phi cơ, sau khi thảo luận, nhóm chúng tôi đã phân loại thủy phi cơ thành 3 nhóm như sau: + Thủy phi cơ chuyển thể từ máy bay nhỏ + Thủy phi cơ chuyên dùng + Thủy phi cơ. .. động: 40 00 m LÊ BÁ TRUNG Page 28 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi 4 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CẤT CÁNH CỦA THỦY PHI CƠ Yêu cầu thiết kế: - Thủy phi cơ 4 chỗ ngồi với tải trọng: WPL 4 (65 25) 360 kg 7 94 lbs - Tầm bay: Rcr 500 km 310 sm 270 nm - Cao độ bay: 40 00 m = 13123 ft - Tốc độ bay bằng: V 200 km / h 108 kts Sơ đồ bay: 5 cruise climb 1 2 descent 6 4 3 7 Take- off taxi Landing Taxi... Các thủy phi cơ chỉ được sản xuất để sử dụng sau chiến tranh, Mallard Grumman thiết kế thủy phi cơ thương mại như một máy bay thật, với công nghệ hiện đại và phạm vi dài hơn, hành khách lớn hơn và tải hàng hóa lớn hơn LÊ BÁ TRUNG Page 14 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi 2.3 Nguyên lý hoạt động (tham khảo bài của Pháp) - Cấu tạo chung: - Sự tác động của nước đối với thủy phi cơ: Đối với thủy phi cơ, ... một vấn đề còn phải bàn nhiều Tùy theo loại thủy phi cơ to hay nhỏ mà khả năng đáp trên mặt nước xáo động cũng khác nhau, thủy phi cơ càng to thì càng có khả năng đáp được trên mặt nước xáo động LÊ BÁ TRUNG Page 12 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Ưu, nhược điểm của thủy phi cơ đáp bằng hai phao (floatplane) và thủy phi cơ đáp bụng (flying boat): - Thủy phi cơ đáp bằng hai phao (floatplane): Ưu điểm:... đoạn cất cánh - the lift-off LÊ BÁ TRUNG Page 18 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi Khi máy bay cất cánh thì bánh lái nước cần được thu vào nhằm hạn chế những tác động nguy hiểm áp lực nước gây ra đối với bánh lái Hạ cánh: LÊ BÁ TRUNG Page 19 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi 2 .4 CÁC BẢNG VẼ PHÁC THẢO Bản vẽ 1: thiết kế của Pháp Bàn luận về thiết kế trên: - Động cơ đặt quay ngược ra sau nhưng khá sát thân nên... vả nhỏ nói chung và thủy phi cơ nói riêng sẽ cùng với các phương tiện giao thông hiện tại sẵn có thúc đẩy sự phát triển nhanh và mạnh hơn nữa nền kinh tế và nền khoa học kỹ thuật của Việt Nam LÊ BÁ TRUNG Page 11 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi 2 TÌM HIỂU VỀ THỦY PHI CƠ 2.1 Khái niệm – phân loại (tham khảo bài của Huy) Có 2 loại thủy phi cơ cơ bản, loại thứ nhất là loại thủy phi cơ dùng hai phao (có... chính của thủy phi cơ là “ air- taxi” và du lịch nên mỗi người có thể mang theo khoảng 25kg hành lý Vậy tổng cộng mỗi người là 90kg Suy ra tải trọng của toàn bộ hành khách trên thủy phi cơ là: WPL 90 4 360(kg ) 7 94( lbs) - Dự đoán trọng lượng cất cánh WTO , guess của thủy phi cơ: Thủy phi cơ 4 chỗ ngồi ta có thể ước tính rằng thủy phi cơ này có trọng lượng khoảng 2100(lbs) 951 kg 4. 1 Xác . Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi LÊ BÁ TRUNG Page 3 6.2 Bố trí chỗ ngồi và chiều cao thân của thủy phi cơ 50 6.3 Thiết kế cửa cho thủy phi cơ 52 6.5 Thiết kế bước nhảy cho thủy phi. TÍNH TOÁN THỦY-KHÍ ĐỘNG Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi LÊ BÁ TRUNG Page 2 1. NHU CẦU SỬ DỤNG THỦY PHI CƠ Ở VIỆT NAM 4 1.1 Khái niệm về thủy phi cơ 4 1.2 Điều kiện tự nhiên 4 1.3 Điều. trong lúc cất hạ cánh. Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi LÊ BÁ TRUNG Page 16 Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi LÊ BÁ TRUNG Page 17 Thủy phi cơ muốn của trên mặt nước ở vận