Nghiên cứu các đặc trưng khí động lực học của cánh quạt máy bay không người lái dạng quadrotor

Bài báo "Nghiên cứu các đặc trưng khí động lực học của cánh quạt máy bay không người lái dạng quadrotor" trình bày kết quả nghiên cứu về các đặc trưng khí động lực học của cánh quạt Advance Precision Composite Slow Flyer 10x7 (APC 10x7 SF) của một thiết bị bay không người lái quadrotor (UAV) tại các vận tốc góc và vận tốc bay lên thẳng khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu các đặc trưng khí động lực học của cánh quạt máy bay không người lái dạng quadrotor TNU Journal of Science and Technology 228(10): 150 - 157 STUDY THE AERODYNAMIC CHARACTERISTICS OF QUADROTOR’S PROPELLER Pham Van Khiem*, Nguyen Anh Tuan Le Quy Don Technical University ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 29/3/2023 In this paper, we present research results on the aerodynamic characteristics of the Advance Precision Composite Slow Flyer 10x7 Revised: 25/5/2023 propeller (APC 10x7 SF) of a quadrotor Unmanned Aerial Vehicle Published: 25/5/2023 (UAV) at different angular and vertical velocities of the propeller. We simulated the aerodynamic characteristics of this propeller by using the KEYWORDS Finite Volume Method combined with the Reynolds-Averaged Navier- Stokes method (RANS) and the k-epsilon turbulence model in the Propeller commercial software Ansys Fluent. The numerical results for the Thrust propeller show that, as the vertical velocity of the propeller increases, the thrust and power coefficients decrease according to the law of a Power linear function. In addition, in the case of hovering, we can ignore the Efficiency aerodynamic effect of the fuselage on the propeller, which helps to K-epsilon model reduce a lot of computational time without affecting the accuracy of the numerical solution. The results obtained from this study are the basis for simulating and selecting the configuration of quadrotor types in the conceptual design phase. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁNH QUẠT MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI DẠNG QUADROTOR Phạm Văn Khiêm*, Nguyễn Anh Tuấn Học viện Kỹ thuật Quân sự THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT Ngày nhận bài: 29/3/2023 Trong bài báo này nhóm tác giả trình bày kết quả nghiên cứu về các đặc trưng khí động lực học của cánh quạt Advance Precision Ngày hoàn thiện: 25/5/2023 Composite Slow Flyer 10x7 (APC 10x7 SF) của một thiết bị bay Ngày đăng: 25/5/2023 không người lái quadrotor (UAV) tại các vận tốc góc và vận tốc bay lên thẳng khác nhau. Nhóm tác giả mô phỏng các đặc trưng khí động TỪ KHÓA lực học của cánh quạt bằng phương pháp thể tích hữu hạn (Finite Volume Method) kết hợp với phương pháp mô phỏng trung bình Cánh quạt Reynolds (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) và mô hình rối k- Lực kéo epsilon trong phần mềm thương mại Ansys Fluent. Kết quả mô Công suất phỏng cho cánh quạt cho thấy rằng, khi vận tốc chuyển động tịnh tiến của cánh quạt tăng lên thì hệ số lực kéo và công suất giảm theo Hiệu suất quy luật hàm tuyến tính. Ngoài ra, trong trường hợp bay treo ta có Mô hình k-epsilon thể bỏ qua ảnh hưởng khí động của thân thiết bị bay lên cánh quạt, điều này giúp giảm thiểu rất nhiều khối lượng tính toán mà vẫn không làm ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác của lời giải số. Những kết quả thu được từ nghiên cứu này là cơ sở để mô phỏng và lựa chọn cấu hình các dạng quadrotor trong giai đoạn thiết kế ý tưởng. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.7627 * Corresponding author. Email: khiem179@gmail.com http://jst.tnu.edu.vn 150 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 228(10): 150 - 157 1. Giới thiệu Trong 10 năm trở lại đây, việc thiết kế chế tạo các dạng máy bay không người lái (UAV – Unmanned Aerial Vehicle) đang được phát triển rất nhanh trong nhiều lĩnh vực dân sự và quốc phòng. Các thiết bị bay không người lái ngày nay có thể được sử dụng trong rất nhiều nhiệm vụ như vận chuyển hàng hóa, giám sát quân sự, phun thuốc trừ sâu trong lĩnh vực nông-lâm nghiệp [1]… Trong quá trình nghiên cứu thiết kế chế tạo các thiết bị bay không người lái nói chung và quadrotor nói riêng, việc mô phỏng các đặc trưng khí động lực học của chúng đóng một vai trò quan trọng ở giai đoạn thiết kế ý tưởng, nó giúp cho người thiết kế có những cái nhìn tổng quan về mặt khí động lực học của các thiết bị bay khi chúng được đưa vào hoạt động trong thực tế. Các mô hình mô phỏng các đặc trưng khí động lực học của quadrotor chủ yếu là các mô hình rối vì số Reynolds tương ứng với vận tốc chuyển động của biên dạng cánh quạt, đặc biệt là tại đầu mút lá cánh, thường nằm trong vùng mà dòng chảy có tính chất rối. Để tiết kiệm thời gian và tài nguyên tính toán, thông thường người ta sử dụng phương pháp mô phỏng trung bình theo Reynolds (RANS - Reynolds-Averaged Navier-Stokes) để mô phỏng những đặc trưng trung bình của dòng chảy rối theo thời gian. Các nghiên cứu mô phỏng khí động lực học các quadrotor đã được tiến hành bởi các tác giả ở nước ngoài, Hwang và cộng sự [2] sử dụng phương pháp mô phỏng RANS cho dòng không nén được với lưới không cấu trúc để mô phỏng quadrotor có 4 cánh quạt sắp xếp theo hình thoi. Misiorowski và cộng sự [3] đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc sắp xếp vị trí các cánh quạt lên quá trình dịch chuyển về phía trước của quadrotor. Yoon và cộng sự [4] mô phỏng các đặc trưn ...