Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi

Thiết kế thủy phi cơ 4 chỗ ngồi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

-      -

SVTH : LÊ BÁ TRUNG G0702663

PHẦN: TÍNH TOÁN THỦY-KHÍ ĐỘNG

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 kiện nhân tạo 5

1.4 Các nhu cầu hiện tại cần có thủy phi cơ 9

1.5 Khả năng chế tạo máy bay trong 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 cơ 13

2.3 Nguyên lý hoạt động 15

2.4 Các bản 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 cơ chuyển thể từ máy bay nhỏ 25

3.1.2 Thủy phi cơ chuyên dùng 25

3.1.3 Thủy phi cơ lưỡng tính 26

3.2 Lựa chọn thiết kế thủy phi cơ 26

4 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CẤT CÁNH CỦA THỦY PHI CƠ 29

4.1 Xác định 32

4.2 Xác định trọng lượng của 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 về quãng đường cất cánh 36

5.3 Yêu cầu về quãng đường hạ cánh 38

5.4 Yêu cầu về lây cao độ 40

5.5 Yêu cầu về thời gian lấy cao độ 43

5.6 Yêu cầu về vận tốc bay bằng 45

6 THIẾT KẾ CẤU HÌNH CÁC BỘ PHÀN CỦA THỦY PHI CƠ 49

6.1 Thiết kế thân thủy phi cơ 49

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 cơ 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 bộ - 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 4 Ước tính lực cản của máy bay 74

8.4.1 Hệ số lực cản của cánh máy bay 74

8.4.2 Hệ số lực cản của thân máy bay 76

8.4.3 Hệ số lực cản của đuôi máy bay 77

8.4.4 Hệ số lực cản của cánh tà 77

8.4.5 Hệ số lực cản của càng đáp 78

9 TÍNH TOÁN THỦY ĐỘNG CHO THỦY PHI CƠ 79

9.1 Lý thuyết ổn định của thủy phi cơ trên nước 79

9.2 Tính toán ổn định cho thủy phi cơ 83

NHẬN XÉT- KẾT LUẬN 86

Tài liệu tham khảo 87

1 NHU CẦU SỬ DỤNG THỦY PHI CƠ Ở VIỆT NAM

1.1 Khái niệm về thủy phi cơ

“Thủy phi cơ” (seaplane) là một loại máy bay cánh cố định có thể cất cánh và hạ cánh

trên mặt nước Thủy phi cơ được sử dụng phổ biến ở những vùng có nhiều sông và hồ (nông thôn), nơi mà người ta có thể dùng mặt nước làm đường băng

1.2 Điều kiện tự nhiên

Vị trí địa lý: Việt Nam là một 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 ở cực Đông của 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 các đảo)

Địa hình Việt Nam chủ yếu chia làm 2 dạng chính: đồi núi và đồng bằng Trong đó điển hình nhất là 2 đồng bằng châu thổ lớn là đồng bằng châu thổ sông Hồng (63,780 km2) và đồng bằng châu thổ sông Cửu Long (40,000 km2) Đặc biệt là sông Cửu Long là con sông lớn thứ 12 trên thế giới, con sông mang nhiều phù sa và tàu bè có thể đi từ ngoài biển qua trên con sông nông này đến tận Kompong Chàm ở Campuchia Một nhánh phụ từ hồ Tonle Sap chảy hợp vào với con sông ở Phnôm Pênh, đây là một hồ nước ngọt nông, đóng vai trò một hồ chứa tự nhiên làm ổn định dòng chảy ở hạ lưu sông Cửu Long Khi con sông ở thời

kỳ lũ, vùng đồng bằng cửa sông không thể thoát kịp lượng nước khổng lồ của nó Nước lũ chảy ngược vào hồ Tonlé Sap, làm cho hồ ngập tràn và mở rộng ra đến 10,000 km2

- Mặt nước: Sông Việt Nam có một mạng lưới sông dày đặc trong đó có 2360 con

sông có chiều dài hơn 10 km Tám trong số này là các lưu vực rộng lớn với diện tích lưu vực

là 10,000 km ² trở lên Các con sông chảy qua Việt Nam bao gồm nhiều con sông quốc tế

- Hồ chứa: Hầu hết các đập và hồ chứa ở Việt Nam đã được xây dựng cho mục đích

khác nhau, bao gồm kiểm soát lũ, thủy lợi, thủy điện, cấp nước, quản lý lưu lượng khác Nhất

là nhiều hơn từ 20-30 tuổi Có khoảng 3,600 hồ chứa của các kích cỡ khác nhau, trong đó có

ít hơn 15% là lớn hoặc trung bình

Hồ chứa Lưu vực (km ²) Khối lượng

(tỷ m³)

Tưới tiêu Diện tích (ha)

Thủy điện (MW)

1.3 Điều kiện nhân tạo

Các sân bay hiện tại đang được khai thác và sử dụng ở Việt Nam:

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 Sân bay quốc tế Chu Lai 15 ° 24'22 "N 108 ° 42'20" E

Khương 11 ° 45'02 "N 108 ° 22'25" E

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 20 ° 49'09 "N 106 ° 43'29" E

Hà Nội VVNB HAN Sân bay quốc tế Nội Bài 21 ° 13'16 "N 105 ° 48'26" E

Thành phố Hồ

Sân bay quốc tế Tân Sơn

Nhất 10 ° 49'08 "N 106 ° 39'07" E

Huế VVPB HUI Sân bay quốc tế Phú Bài 16 ° 24'06 "N 107 ° 42'10" E

Nha Trang VVCR CXR 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 xây dựng lại để phục vụ các chuyến bay thương

mại

17 ° 30'54 "N 106 ° 35'26" E

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

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 9 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

0,17" E

Vũng Tàu VVVT VTG Sân bay Vũng Tàu 10 ° 22'0 "N 107 ° 05'0" E

QUÂN CẢNG / căn cứ không quân

Nha Trang VVNT NHA Căn cứ không quân Nha

Trang 12 ° 13'39 "N 109 ° 11'33" E

Thanh Hóa Thanh Hóa căn cứ không

quân

Ninh

Cựu SÂN BAY

Cần Thơ

Bình Thủy Air Base

để chuyển đổi như sân bay

Trà Nóc

Hà Nội Sân bay Bạch Mai

1.4 Các nhu cầu hiện tại cần có thủy phi cơ

- Đối với công tác huấn luyện bay: nhằm đào tạo ra nguồn nhân lực phi công nội địa

với mức chi phí rẻ hơn khi ta gửi ra đào tạo ở nước ngoài với các phương tiện hiện có Ngoài

ra độ an toàn trong quá trình huấn luyện cũng tang cao

- Đối với công tác du lịch: Việt Nam là một đất nước có nhiều danh lam thắng cảnh

đẹp, trong đó có một số danh lam thắng cảnh đã được UNESSCO công nhận là danh lam thắng cảnh đẹp của thế giới như Vịnh Hạ Long, Vịnh Nha Trang, cố đô Huế… thì việc phát triển thủy phi cơ 4 chỗ ngồi chính là nhằm phục vụ cho công tác phát triển du lịch với các loại hình du lịch trên không, chụp ảnh trên không…

- Đối với công tác vận tải: Việt Nam là nước có dân số đông, nhất là các thành phố

lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà nội thì mật độ dân số rất lớn, kéo theo đó là các nạn về

ùn tắc giao thông diễn ra trên nền cơ sở hạ tầng về giao thông còn chật hẹp thì thủy phi cơ là giải pháp tốt và khá mới mẻ trong việc vận chuyển hàng hóa bằng đường hàng không với các

ưu thế là nhanh, gọn và cơ động

- Đối với công tác nông nghiệp: hiện nay cách mạng ruộng đất của Việt Nam đang

bước vào một giai đoạn mới với việc xóa bỏ các hành lang ngăn chia ruộng đất giữa các hộ nông dân khiến cho diện tích canh tác được tăng lên, thêm vào đó việc đầu tư trên một mảnh đất lớn hơn khiến cho các hộ gia đình cũng đầu tư hơn Đây là tín hiệu đáng mừng cho cả nền nông nghiệp nói chung và chiến lược phát triển thủy phi cơ nói riêng vì có thể ứng dụng thủy phi cơ vào việc phun thuốc trừ sâu trong nông nghiệp cũng như quan sát lâm nghiệp trong việc trồng rừng

- Đối với công tác y tế, cứu hộ: Việt Nam là nước nằm trong vành đai nhiệt đới gió

mùa, nên thường xảy ra thiên tai lũ lụt Nên việc đề cao công tác y tế cứu hộ là việc làm cần thiết Hơn nữa, công tác y tế cứu hộ cần có một lực lượng cơ động và phản ứng nhanh cho nhiều tình huống khác nhau Điều này đặt ra cho thủy phi cơ một yêu cầu lớn

- Đối với các lĩnh vực khác: nghiên cứu khoa học cho các cánh rừng, các địa hình

hay các điều kiện khí hậu Việt Nam cũng cần có máy bay để quan sát từ trên cao; phục vụ công tác nghiên cứu đo đạc bản đồ, thông tin địa lý: thủy phi cơ nhỏ được đưa vào sử dụng sẽ rất thuận lợi cho công tác này Chi phí cho công tác nghiên cứu cũng được giảm xuống đáng kể…

1.5 Khả năng chế tạo máy bay trong nước:

- Luật hàng không dân dung hiện tại đã cho phép chế tạo và khuyến khích chế tạo nhưng vẫn chưa có tiêu chuẩn kiểm định

- Tiềm năng sản xuất trong nước khá tốt với các đời đã ra đời như VAM-1, VAM-2, VNS- 41…

- Nhân công Việt Nam ngày càng được đào tạo tốt, chuyên môn hóa, tiếp cận gần hơn với các công nghệ hiện đại rất có lợi cho việc chế tạo máy bay nói chung và thủy phi cơ nói riêng

1.6 Kết luận

- Địa hình Việt Nam rất thuận lợi cho việc phát triển các máy bay nhỏ, nhất là thủy phi cơ

- Hệ thống sân bay hiện tại và đang được nâng cấp trong tương lai cộng với luật hàng không Việt Nam quy định về bãi đáp sân bay nên hiện chúng ta đã có rất nhiều vị trí đáp cho máy bay vừa và nhỏ với chủng loại phong phú

- Với những nhu cầu hiện tại trong du lịch và vận tải, đang đặt ra cho việc thiết kế máy bay vừa và nhỏ một tương lai rất sáng sủa Máy bay vừa 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

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 1 số

trường hợp dùng 3) lắp dưới thân máy bay (floatplane), các phao này nổi và trượt trên mặt

nước (giống ván trượt), còn thân máy bay thì không, phần lớn là các loại thủy phi cơ nhỏ hoặc máy bay nhỏ lắp thêm phao và trở thành thủy phi cơ Loại thứ hai là loại kết hợp phao

vào thân máy bay (flying boat), phần tiếp nước chính của nó là thân của chính nó, tương tự

như thân của tàu thuyền thông thường giúp chúng nổi trên mặt nước, hai bên cánh được lắp thêm phao nhỏ để tăng sức nổi và giữ thăng bằng trên nước, phần lớn là các thủy phi cơ cỡ lớn

Ngoài ra còn có loại thủy phi cơ “lưỡng cư” có thể đáp được trên bộ lẫn dưới nước

Loại thủy phi cơ này được lắp thêm các bánh xe như các máy bay đáp trên bộ, các bánh xe này có thể thụt vào thân khi cất cánh và hạ cánh trên nước Loại thủy phi cơ “lưỡng cư” thường thấy là loại đáp bụng (flying boat)

Một nhược điểm của thủy phi cơ là khó có thể hạ cánh trên mặt nước bị xáo động, đây

là 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

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:

+ Hai phao có cấu tạo đơn giản, dễ tính toán và chế tạo

+ Phần thân máy bay không bị tác động lớn khi máy bay cất – hạ cánh nên vật liệu chế tạo và độ dày cần thiết của vỏ thân máy bay sẽ không quá lớn

+ Vị trí đặt động cơ thuận lợi: có thể đặt phía trước mũi hay hai bên cánh như những kiểu máy bay truyền thống

Nhược điểm:

+ Hai phao làm gia tăng đáng kể lực cản của máy bay

+ Khó có thể thiết kế thêm hệ thống càng đáp để thủy phi cơ có thể vừa đáp dưới nước vừa có sử dụng sân bay ở mặt đất

- Thủy phi cơ đáp bụng (flying boat):

Ưu điểm: ổn định hơn float plane do có trọng tâm thấp hơn, diện tích tiếp xúc nước lơn hơn và có thêm phao phụ để giữ thân bằng

Nhược điểm: Vấn đề làm kín, kết cấu thân…

2.2 Lịch sử phát triển thủy phi cơ ( tham khảo bài của Lộc)

- Tháng 6/1905, lần đầu tiên trên thế giới, Gabriel Voisin (kỹsư người Pháp), thiết kế thử nghiệm chiếc thủy phi cơ đầu tiên (không động cơ), bay đầu tiên trên sông Seine (Pari), ở cao độ 15 20m, và đoạn đường bay được là 2000m, được kéo bởi một chiếc tàu Thủy Phi

Cơ này được thiết có hai tầng cánh và 2 phao nỗi trên mặt nước

- Tháng 3/1910, chuyến bay đầu tiên của một thủy phi cơ được thực hiện bới kỹ sư người pháp Henri Fabre Tên của thủy phi cơ là Le Canard nghĩa là “vịt”, cất cánh từ mặt nước và bay được 1.650ft

- Tháng 10/1910, Voisin Canard trở thành thủy phi cơ đầu tiên bay qua sông Seine, và tháng 3/1912, thủy phi cơ đầu tiên được sử dụng trong các bài tập quân sự

- Ngày 27/03/1919, các chuyến bay xuyên Đại Tây Dương đầu tiên đã được hoàn thành vào một tàu Hải quân Hoa Kỳ bay NC thí điểm của Albert Read, từ Canada đến Bồ Đào Nha qua quần đảo Azores

- Ngày 12 tháng năm 1930, Jean Mermoz thực hiện một chuyến bay vượt Đại Tây Dương Nam Dương từ Dakar ở Tây Phi thuộc Pháp đến Natal, Brazil, trong một thủy phi cơ

28 Latecoere

Các thủy phi cơ sau đó được ra đời như:

họ đến đến gần khu tài chính Grumman thiết kế lại thủy phi cơ chiến đấu sau chiến tranh thành một phiên bản thủy phi cơ thương mại, được gọi là Mallard Grumman

Trong Thế chiến II, hầu hết lực lượng hải quân sử dụng thủy phi cơ cho tìm kiếm, trinh sát và cứu hộ, và chiến tranh chống tàu ngầm Phổ biến nhất là chiếc PBY Catalina của Hoa Kỳ Anh, Nga, và Canada, và nhiều nước khác, cũng thiết kế chiếc thủy phi cơ tương tự

Hải quân Mỹ sử dụng một đội thủy phi cơ cứu hộ, trinh sát và đã có nhiều trang bị súng máy và bom Hầu hết các thiết giáp hạm mang một hoặc hai thủy phi cơ phóng để phát hiện các mục tiêu, hoặc để chống lại máy bay trinh sát địch

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

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, khi cất cánh hoặc

hạ cánh, ngoài sự tác động của hướng gió lên máy bay, ta còn phải kể them sự tác động của sóng biển (nước) đến sự ổn định của máy bay trong lúc cất hạ cánh

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

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:

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 việc giảm tiếng ồn là không tốt

- Cánh dưới, thuận tiện cho khách đi vào buồng lái

- Thân phao chia ra làm 2 động ổn định trên mặt nước lúc đáp và đậu tốt, chống được

hiện tượng bị lật do càng phao thấp

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

Bản vẽ 3: thiết kế của Khương

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

Bản vẽ 4: thiết kế của Trung

Bàn luận về thiết kế trên:

- Đáp nước bằng thân nên dễ tích hợp thêm càng để đáp trên bộ

- Máy bay sử dụng 2 động cơ trên cánh, xa thân nên sẽ có lợi cho việc giảm tiếng ồn do động cơ gây ra Mặt khác 2 động cơ sẽ an toàn hơn trong việc di chuyển tỏng trường

hợp một động cơ bị hỏng, máy bay có thể tiếp tục di chuyển hoặc đáp với 1 động cơ

- Cánh đặt phía trên, bất lợi là khi cập bến khách không thể di chuyển trên cánh để vào

trực tiếp thân mà phải di chuyển gián tiếp bằng tàu bè hoặc máy bay phải cập bến

- Cánh đặt phía trên, bất lợi là phao phụ sẽ có cánh tay đòn dài nên phải gia cố thêm

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 lưỡng tính

Ta sẽ cùng tìm hiểu ưu nhược điểm của các loại thủy phi cơ này:

3.1.1 Thủy phi cơ chuyển thể từ máy bay nhỏ

Đây là loại thủy phi cơ được chế tạo bằng cách dùng các máy bay nhỏ có sẵn, tháo càng và lắp phao vào để thành thủy phi cơ

Thuận lợi:

- Tận dụng được nguồn máy bay nhỏ có sẵn, giảm được chi phí chế tạo

mới, mua mới, thiết kế mới

- Tận dụng được máy bay cũ

- Có tính lính động vì có thể thay thế bánh xe thành phao khi cần dùng

và ngược lại

Khuyết điểm:

- Khâu chuyển loại thay thế, lắp ráp rắc rồi, mất thời gian nên chỉ

chuyển được hạn chế số lần lắp ráp

- Tốn nguyên công chế tạo phao và lắp ráp

- Thiết kế phao cho máy bay sẽ làm giảm tính năng khí động của máy

bay vì gia tăng lực lực cản

- Tăng khối lượng máy bay, tốn công suất động cơ

- Vấn đề về kết cấu càng đáp phao

- Dễ lật, khó tích hợp càng đáp bộ

3.1.2 Thủy phi cơ chuyên dùng

Đây là loại thủy phi cơ được tính toán, thiết kế dựa trên các lý thuyết về thủy phi cơ

Thuận lợi:

- Tối ưu về mặt khí động trong môi trường hoạt động

- Khá an toàn trong trường hợp rủi ro thì máy bay sẽ biến thành xuồng, vẫn có thể di chuyển trên mặt nước

- Thuận lợi cho việc ra vào khoang chở người

Khuyết điểm:

- Không chuyển hóa được như máy bay nhỏ

- Tốn chi phí bảo trì sửa chữa vì phải kéo lên bờ

3.1.3 Thủy phi cơ lưỡng tính

Đây là loại thủy phi cơ được thiết kế cho cả việc đáp trên bờ như một máy bay nhỏ nhưng ngược lại lại vẫn có đầy đủ các tính năng như một thủy phi cơ chuyên dùng

Thuận lợi:

- Cơ động trong việc lựa chọn bãi đáp vì tận dụng được các thuận lợi của 2 loại kia

Khuyết điểm:

- Thiết kế càng đáp thì tăng thêm chi phí cho việc thiết kế

- Tốn chi phí cho việc làm kín thân với càng đáp

Dựa vào các dữ kiện đã được thảo luận trên, chúng ta thấy rằng việc lựa chọn thiết

kế thủy phi cơ lưỡng tính là việc tối ưu về nhiều mặt

3.2 Lựa chọn thiết kế thủy phi cơ

a Phần đáp nước:

+ Thủy phi cơ dùng phao đáp:

Thuận lợi:

- Vấn đề về việc làm kín thân không quá phức tạp

- Nhiều lựa chọn về vị trí đặt cánh cũng như đặt động cơ

- Kết cấu thân đơn giản

- Có khả năng ổn định theo phương cánh tốt hơn thủy phi cơ đáp bụng

- Hiệu suất sử dụng động cơ phao do thân đáp bụng khi lên không thì trở thành thân máy bay như máy bay nhỏ

- Phải gắn thêm phao phụ cho việc ổn định theo phương sải cánh

- Làm kín thân chống vào nước phức tạp

- Vị trí đặt động cơ không có nhiều lựa chọn

b Vị trí đặt động cơ:

+ Trước mũi: tiếng ồn lớn, kết cấu cổ điển, đơn giản

+ Cánh: tiếng ồn ít hơn, nhưng vấn đề về kết cấu và khí động phải được lưu ý

+ Đuôi: ít tiếng ồn, kết cấu khá phức tạp nhưng có thể tận dụng được kết cấu của đuôi đứng

c Độ an toàn:

+ Máy bay 2 động cơ: an toàn, động cơ nhẹ nhưng chi phí cao, kết cấu lắp đặt phức tạp

+ Máy bay 1 động cơ: gọn, kết cấu đơn giản, chi phí rẻ

Kết luận: Dựa trên toàn bộ các dữ kiện trên, nhóm đã thảo luận đưa ra được một thiết kế máy bay thỏa mãn khá tốt các đặc điểm thuận lợi trên và giảm thiểu cá khuyết điểm như hình bên dưới

Các thông số cơ bản (tham khảo một số máy bay 4 chỗ tương ứng):

- Tải trọng: 4 người, mỗi người trung bình 70 kg + 20 kg hành lý => tải trọng là 360 kg

- Tốc độ bay bằng: 200 km/h

- Tầm bay: 500 km

- Độ cao hoạt động: 4000 m

4 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CẤT CÁNH CỦA THỦY PHI

CƠ

Yêu cầu thiết kế:

Nhiệm vụ: Ước tính trọng lượng cất cánh W , trọng lượng rỗng W TO E và trọng lượng nhiên liệu W cho thủy phi cơ F

Trọng lượng của máy bay khi cất cánh gồm có các thành phần khối lượng sau:

Quá trình tính toán các thành phần khối lượng được xét qua các giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 1: xác định tải trọng W TO

- Giai đoạn 2: Dự đoán trọng lượng cất cánh, W TO g, uess

- Giai đoạn 3: Xác định trọng lượng của nhiên liệu, WFuel

- Giai đoạn 4: Tính toán trọng lượng rỗng của phi cơ, WEtent

- Giai đoạn 5: Tính toán trọng lượng rỗng cho phép, WE

- Giai đoạn 6: So sánh các giá trị WEtent

và WE

, lặp lại quá trình tính toán ở giai đoạn 3

và giai đoạn 5 sao cho sai lệch của 2 giá trị trên không quá 5% là được

4.1 Xác định WPL

- Thủy phi cơ có 3 chỗ ngồi và 1 phi công

- Lấy trọng lượng trung bình của người Việt Nam là 65kg

- Mục đích 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)794(lbs)

- Dự đoán trọng lượng cất cánh WTO g, uess của thủy phi cơ: Thủy phi cơ 4 chỗ ngồi ta

4.1 Xác định trọng lượng của nhiên liệu

Lượng nhiên liệu dự trữ được hiểu là lượng nhiên liệu cần thiết trong một số trường hợp rủi ro và thường được biểu diễn theo lượng nhiên liệu sử dụng M RESWFUEL dưới dạng sau:

Xác định trọng lượng nhiên liệu:

Phương pháp để xác định trọng lượng nhiên liệu của thủy phi cơ là ta sẽ chia chuyến bay thành các giai đoạn khác nhau, ứng với các giai đoạn ấy sẽ là một trọng lượng thủy phi cơ ban đầu giai đoạn và sau giai đoạn Sự giảm về khối lượng của thủy phi cơ chính là trọng lượng tiêu hao nhiên liệu trong giai đoạn đó

Ta có sơ

đồ bay:

Sử dụng sơ đồ bay và bảng tra số liệu ước tính sơ bộ nhiên liệu trên

Có 7 giai đoạn trong quá trình bay của thủy phi cơ:

+ Giai đoạn 1: quá trình khởi động động cơ và làm nóng

 Trọng lượng ban đầu của máy bay là W , trọng lượng lúc sau là TO W 1

 Tra bảng 2.1 theo loại thủy phi cơ ta có tỷ lệ W1

0.992

WTO 

+ Giai đoạn 2: quá trình chạy ra đường băng

 Trọng lượng ban đầu của máy bay là W , trọng lượng lúc sau là 1 W 2

 Tra bảng 2.1 theo loại thủy phi cơ ta có tỷ lệ 2

1

W0.99

+ Giai đoạn 3: quá trình máy bay cất cánh

 Trọng lượng ban đầu của máy bay là W , trọng lượng lúc sau là 2 W 3

 Tra bảng 2.1 theo loại thủy phi cơ ta có tỷ lệ 3

2

W0.996

+ Giai đoạn 4: quá trình bay lấy độ cao

 Trọng lượng ban đầu của máy bay là W , trọng lượng lúc sau là 3 W 4

 Tra bảng 2.1 theo loại thủy phi cơ ta có tỷ lệ 2

3

W0.985

+ Giai đoạn 5: quá trình bay bằng

Vì quá trình này là quá trình phụ thuộc vào quãng đường bay, nên mức tiêu hao nhiên liệu ta sẽ không thể dùng bảng tra được mà sẽ sử dụng công thức Breguet

để tính tỉ số tiêu hao nhiên liệu của máy bay:

4 5

W

p cr

p

W L

0.75W

375

0.6

cr p p

R L

+ Giai đoạn 6: quá trình hạ cánh

 Trọng lượng ban đầu của máy bay làW , trọng lượng lúc sau là5 W 6

 Tra bảng 2.1 theo loại thủy phi cơ ta có tỷ lệ 6

5

W0.99

+ Giai đoạn 7: quá trình đáp, chạy về điểm dừng và tắt máy

 Trọng lượng ban đầu của máy bay là W , trọng lượng lúc sau là 6 W 7

 Tra bảng 2.1 theo loại thủy phi cơ ta có tỷ lệ 7

6

W0.99

Vậy tính được tỷ số giảm trọng lượng trong toàn bộ quá trình bay:

6 1 1

1

WW

0.992 0.99 0.996 0.985 0.953 0.99 0.99

0.8999

i i ff

0.150.8999

W 2100

W 1 0.15 1 0.8999 2100241.74( )

r ff TO F

M M

Tra bảng trên ta được A=0.1703, B=1.0083 Tuy nhiên các hệ số trong bảng trên tương ứng với loại vật liệu là các loại thủy phi cơ thiết kế với vật liệu cũ, ngày nay, vật liệu chế tạo cho các loại phi cơ đã được tối ưu hơn vằng vật liệu composite Do vậy ta sẽ sử dụng

hệ số A, B hiệu chỉnh”

ew

WEn WEold 

Trong đó: WEnew: là trọng lượng rỗng chế tạo bằng vật liệu mới

WEold: là trọng lượng rỗng thủy phi cơ cổ điển

Với vật liệu mới là composite thì  0.8, ta tính được các hệ số như sau:

5 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CÁNH, TẢI LỰC TRÊN CÁNH VÀ

HỆ SỐ LỰC NÂNG

5.1 Thiết kế theo vận tốc stall ( vận tốc thất nâng)

Theo tiêu chuẩn FAR 23 về thiết kế máy bay có nói rằng, vận tốc thất nâng của máy bay không được lớn hơn 50kts khi đáp đối với đường băng và không lớn hơn 60kts khi cất cánh tính từ mực nước biển

Ta có công thức xác định vận tốc stall như sau:  

C





Đối với thủy phi cơ, ta chọn: C Lmax1.8và C LmaxL 2.4

Khi các cánh tà được thả xuống tối đa:

2

max 50 1.689 0.002378 / 2.4W

5.2 Yêu cầu về quãng đường cất cánh

Quãng đường máy bay lướt trên nước nhằm đạt đủ lực đẩy, và vận tốc có thể cất cánh

Thông thường các thủy phi cơ có quãng đường cât cánh tầm 200-300m, do cât cánh dưới nước thì lực cản nhiều Vậy ta giả thiết rằng quãng đường cất cánh của thủy phi cơ là

TO

Thế vào phương trình trên ta có: 9008.134TOP230.0149TOP232

Giải phương trình này ta được :

5.3 Yêu cầu về quãng đường hạ cánh

Quãng đường hạ cánh trên mặt nước có nhiều lực cản, theo công thức của tài liệu [1], trang 108: có: 0.265 2

Đối với các máy bay hạ cánh trên bộ thì quãng đường hạ cánh thường lớn hơn quãng

đường cất cánh 1.5 lần nhưng đối với thủy phi cơ đáp nước bằng bụng như loại chúng ta đang

đề cập đến thì lực cản nước đóng vai trò cực kì lớn, nên quãng đường hạ cánh nhỏ, khoảng

150-200m Ở đây ta giả thiết rằng quãng đường hạ cánh vào khoảng 183m tức là khoảng

600ft

1/ 2

600

38.85 65.59 /0.5136

Cl=1.6 Cl=1.8 Cl=2 Cl=2.2

Theo bảng 3.3, tài liệu tham khảo [1] ta có :

Tra cho thủy phi cơ ta được W 0.98

W

L TO

max max

2

max max

65.59 0.002378

2 0.985.219

L L

L S

C C

5.4 Yêu cầu về lây cao độ

Ta xác định biểu thức lực cản của máy bay :



wet wet

Swet : diện tích ướt của thủy phi cơ

f : diện tích tương đối quy đổi

AR : aspect ratio

e : hệ số Oswald

a,b,c,d : hệ số tủy thuộc vào từng loại máy bay

Theo bảng 3.5 tài liệu tham khảo [1] ta có với loại thủy phi cơ :