Cơ học vật bay

Cơ học vật bay - PGS.TS Lê Quang

2.4 Chế độ chuyển động bay xuống đều 21

2.6.1 Hệ số tải trọng 26 2.6.2 Chế độ bay liệng chuẩn ( Virage ) 26 2.7 Đồ thị tọa độ cực và các điểm bay đặc biệt 28 2.7.1 Đường lực nâng và đường đặc tính cực (Polaire) của máy bay 28 2.7.2 Đường đặc tính “Máy bay” 29 2.7.3 Đường đặc tính động cơ 30 2.7.4 Đường đặc tính tổng hợp động cơ_ máy bay 33

3.1.1 Hệ toạ độ cố định Oxyz gắn cố định với mặt đất 40 3.1.2 Hệ trục chuyển động tịnh tiến cùng máy bay 40 3.1.3 Hệ trục gắn cố định với máy bay 40 3.1.4 Hệ tọa độ không tốc 40 3.1.5 Hệ tọa độ địa tốc hay hệ toạ độ quỹ đạo 40 3.2 Ổn định tĩnh trong chuyển động dọc của máy bay 43 3.2.1 Mômen khí động tác dụng lên cánh trong chuyển động dọc trục 43 3.2.2 Mômen khí động tác dụng lên đuôi ngang của máy bay trong chuyển động

3.3.3 Momen khí động tác dụng lên thân máy bay trong chuyển động dọc 48 3.3.4 Momen do lực đẩy của động cơ 48 3.2.5 Sự ổn định dọc tĩnh của máy bay 49

3.3 Sự điều khiển chuyển động dọc của máy bay 52 3.3.1 Các mặt điều khiển 52 3.3.2 Điều khiển chuyển động dọc băng đuôi lái ngang 52 3.3.3 Góc của đuôi lái ngang lúc bay ổn định 54 3.3.4 Sự ổn định hướng của máy bay 54 3.3.5 Sự điều khiển hướng máy bay 56 3.3.6 Sự ổn định nghiêng 57 3.3.7 Sự điều khiển độ nghiêng 59

3.4.1 Các phương trình cơ bản 60 3.4.2 Phương pháp tuyến tính hoá để giải các phương trình động lực học bay 62 3.4.3 Tính toán hệ số đạo hàm khí động 66

3.4.4 Phương trình chuyển động dưới dạng ma trận 71

4.1.1 Biên độ phức của hàm điều hoà 78 4.1.2 Biên độ phức của hàm bất kỳ Phép biến đổi Fourier 78 4.1.3 Phép biến đổi Laplace 79

4.2.1 Ma trận hàm truyền và ma trận độ cứng khí động của máy bay trong

CHƯƠNG1: NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ CƠ BẢN CỦA CHẤT

1.1 Tính chất chung của chất lỏng và chất khí

Chất lỏng là một dạng vật chất được đặc trưng bởi hai đặc điểm, đó là nó có thể tích và không có hình dạng nhất định

Chất lỏng có khả năng chống nén tương đối lớn, nghĩa là nó thay đổi thể tích rất

ít, khi thay đổi áp suất và nhiệt độ Mặt khác, do lực liên kết giữa các phần tử không lớn lắm nên nó chống lại rất yếu các biến dạng trượt Tính chất này làm nó không có hình dạng riêng của mình, mà luôn mang hình dạng của vật chứa nó Điều này làm cho chất lỏng có tính chất giống như chất khí

Chất lỏng khác chất khí ở chỗ, nó còn phần nào chống lại lực kéo dãn Trong khi đó chất khí hoàn toàn không có khả năng này Điều này có thể giải thích là do lực tác dụng tương hỗ giữa các phẩn tử khí nhỏ hơn rất nhiều so với trong chất lỏng Chính vì vậy chất khí không chỉ có khả năng điền đầy bất cứ khoảng không nào chứa

nó, mà còn có thể thu nhỏ đáng kể thể tích của mình khi chịu áp suất lớn

Ở những điều kiện nhiệt độ cao và áp suất thấp thì các tính chất của chất lỏng và chất khí hoàn toàn giống nhau Khoảng cách giữa các phần tử chất khí thường rất lớn

so với kích thước phân tử của chất khí Do vậy khí nghiên cứu chất khí người ta thường bỏ qua thể tích của các phân tử và lực tác dụng tương hỗ giữa chúng Mô hình khí như vậy được gọi là khí lí tưỏng Mặc dầu trong thực tế không có khí lí tưởng, tuy nhiên khi nhiết độ cao và áp suất thấp thí các chất khí thực rất giống khí lí tưởng Trong khí động học, mọi tính toán đều được thực hiện trên mô hình lí tưởng và kết quả thu được vẫn hoàn toàn phù hợp với thực tế

Mặc dù môi trường khí là môi trường rời rạc Nhưng khi nghiên cứu chuyển động của chất khí và sự tác dụng tương hỗ giữa chất khí và vật thể chuyển đông, trong

đó người ta vẫn coi chất khí là môi trường liên tục Đây là giả thiết về tính liên tục của môi trường khí do Đalămbe đưa ra vào năm 1744 và Ơle

đưa ra vào năm 1753 Nhờ các giả thiết liên tục này mà người ta có thể coi các đặc trưng của dòng khí là những hàm liên tục của toạ độ không gian và thời gian Do đó có thuận lợi trong việc sử dụng các công cụ toán học

Đối với không khí loãng, khi mà quãng đường tự do của các phân tử khí tương đương với kích thước của vật chảy bao Giả thiết liên tục này không còn đúng nữa

Trong đó r là hằng số chất khí Đối với không khí r = 287 J/kg.K

2- Nhiệt độ : Nhiệt độ của không khí là một thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất vật lí của không khí như khối lượng riêng và độ nhớt Khi nhiệt độ tăng đối với chất khí, chuyển động của các phân tử mạnh lên, do đó độ nhớt cũng tăng lên Còn đối với chất lỏng như nước hoặc dầu, khi nhiệt độ tăng lên, lực liên kết giữa các phân tử giảm, dẫn tới độ nhớt giảm Điều đó có nghĩa khi máy bay chuyển động với vận tốc lớn, ma sát giữa dòng khí với vật rắn sinh nhiệt lớn, làm cho

hệ số nhớt tăng Lúc này mô hình chất khí không nhớt sẽ không còn chính xác nữa và việc khảo sát chất khí nhớt coi là bắt buộc Để đo nhiệt độ người ta dùng thang độ Kelvin

(oC) hay Rankine (oK) Quan hệ giữa hai thang độ đó là :

Trong tầng đối lưu nhiệt độ trung bình giảm 6,5 độ khi độ cao tăng 1000 m Bề dầy tầng đối lưu được xác định từ mặt đất đến chỗ kết thúc quá trình giảm nhiệt độ Bề dầy này thay đổi theo vĩ độ và theo mùa Cụ thể ở vùng nhiệt đới bề dầy này vào khoảng 17-18 km, còn lại ở hai cực của Trái đất bề dầy của tầng đối lưu là 8 km Người ta thường lấy trung bình bề dầy tầng đối lưu là 11 km và vì thế nhiệt độ ở mặt trên tầng đối lưu là khoảng 216 OK ( tức là - 56 OC )

Những quy luật thay đổi các thông số trong Khí quyển chuẩn thường được thiết lập trên cơ sở các số liệu thống kê thực tế Chúng có dạng :

- Đối với tầng đối lưu :

T = TO - 0,0065.Z ( km)

11000 6340

11000 6340

11 11

Hình 1.1: Nhiệt độ thay đổi theo độ cao trong lớp khí quyển

3- Khối lương riêng, trọng lượng riêng, tỷ trọng

- Khối lượng riêng  là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng ( z là chỉ số chỉ độ cao, M là khối lượng (kg), V là thể tích của chất lỏng ( m3)

6.5o

Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp ( Cho không khí Cp = 1000)

Cv: Nhiệt dung riêng đẳng tích ( Cho không khí Cv = 713)

r = (Cp – Cv): Hằng số chất khí ( Cho không khí: r=1000-713=287)

a (m/s): Vận tốc âm cho không khí được tính như sau :

- Số Mach (M): Tỷ số giữ vận tốc dòng khí và vận tốc truyền âm

0 < M < 0.5 : dòng chảy dưới âm chất lỏng không nén được 0.5 < M < 0.8 : dòng chảy dưới âm chất lỏng nén được

0.8 < M < 1.2 : dòng chảy cận âm 1.2 < M < 5 : dòng chảy trên âm

M > 5 : dòng chảy siêu âm

5- Tính nhớt - số Reynolds và lớp biên :

- Tính nhớt là khả năng của chất lỏng có thể chống lại lực trượt, nói cách khác nó đặc trưng cho mức độ di động của chất lỏng

Khi chất lỏng chuyển động, nó chảy thành từng lớp với vận tốc khác nhau, do

đó trượt lên nhau Giữa chúng xuất hiện lực ma sát gọi là nội ma sát hay ma sát trong Đặc tính của chất lỏng gây ra lực ma sát trong gọi là tính nhớt và lực ma sát gọi là lực nhớt

Theo Newtơn ứng suất nhớt được xác định bởi biểu biểu toán học sau:

2

du T

Trong đó: T là lực nhớt, du/dn là gradient vận tốc theo phương n vuông góc với

hướng dòng chảy,  là hệ số nhớt động lực (hệ số  được đo bằng Poazơ (P), 1P = 101

-Ns/m2) Giả thiết cho hai dòng khí chuyển động gần nhau có khoảng cách dn với các vận tốc u

và u+du, ta sẽ xét một thành phần diện tích tiếp xúc dS

Nếu dòng là lý tưởng thì sẽ không có lực nhớt, nhưng trong thực tế với dòng chẩy thực thì sẽ xuất hiện một thành phần lực nhớt:

n

u dS

dF





Ta thấy lực nhớt này tỉ lệ với diện tích tiếp xúc, gradien vận tốc và hệ số nhớt ,

Độ nhớt của một chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ tính theo công thức gần đúng sau :

76 , 0

6

10 89 ,

Như vậy cho độ cao Z  11km, T= (288-56)0K và  14 , 21 10  6

- Nếu mỗi chất khí được đặc trưng bởi 0 của nó, công thức này sẽ không đúng đối với chất lỏng như nước hoặc dầu Đối với chất lỏng này, độ nhớt sẽ giảm khi nhiệt độ tăng (dầu của động cơ vào mùa đông sẽ tốt hơn trong mùa hè)

- Số Reynolds là số không thứ nguyên diễn tả tỷ số giữ lực của áp suất động lực học

và lực nhớt



L V

e

.



V : vận tốc của máy bay hoặc của điểm cần xét (m/s)

L : độ dài dây cung hay toạ độ điểm cần xét đến (m)





  : độ nhớt động học (m2/s)

Độ lớn của số Reynold trong chuyển động bay của máy bay khoảng 104 dến 107

- Số Reynolds cục bộ: khi thay L = x là toạ độ của điểm cần xét Như vậy mỗi điểm của đường dòng chảy bao cánh có một số Reynolds khác nhau

Ví dụ: tại A: e  0

tại B:



b e

u u Lớp chất lỏng có chiều dày  đó được gọi là lớp biên Độ dày  phụ

Ảnh hưởng của nhớt chỉ tồn tại ở lớp mỏng sát với thành vật Đối với dòng ở bên ngoài lớp biên, dòng không chịu ảnh hưởng của lực nhớt Phân bố vận tốc của lớp biên chảy tầng và chảy rối cũng khác nhau Năng lượng của lớp biên rối lớn hơn nhiều so với lớp biên chảy tầng

- Dòng chảy tầng và chảy rối:

V  giảm chiều dày lớp biên

P được bảo toàn trên chiều dài cơ bản

- Dòng chảy trên tấm phẳng:

V và P là không đổi trên chiều dài tấm tại góc tới bằng 0

Với số Re nhỏ, ta có dòng chảy tầng Ta có dạng độ dày lớp biên:

x

e

92 , 4





 biến bậc hai của  x

 với x cho trước:   nếu V 

- Lớp biên trên mặt cong:

Khi dòng chảy bao quanh mặt cong thường xảy ra hiện tượng khá quan trọng : xuất hiện điểm rời của lớp biên

Ta khảo sát dòng bao quanh mặt cong AB (hình vẽ): hình 1.6

Giả sử áp suất của dòng ngoài dọc AB lúc đầu giảm, đạt giá trị cực tiểu ở M rồi sau

đó tăng Miền dòng ngoài mà tại đó građien áp suất âm (  0





x

p

) gọi là điểm thu hẹp

dần Miền chuyển động sau điểm M có građien áp suất dương (  0

, nên có thể kết luận là phân bố áp suất cũng sẽ tương

tự như thế trong bất kỳ khoảng cách y -  trong lớp biên trên đoạn AB Trong phạm vi lớp biên, vận tốc điểm M sẽ tăng, còn sau M thì giảm Đến mặt cắt S nào đó, các phần

tử chất lỏng ở sát bề mặt AB không thể thắng ảnh hưởng hãm của dòng ngoài và chúng bị dừng lại Tại S sẽ có:

0 0

Sau điểm S, dưới tác dụng của độ chênh áp suất ngược chiều dòng chảy, các phần

tử ở sát bề mặt AB sẽ bắt đầu chuyển động ngược, gọi là dòng thứ cấp Gặp dòng chính, dòng thứ cấp sẽ bị đẩy ra khỏi bề mặt AB, dẫn đến hiện tượng tách rời lớp biên

Điểm S được gọi là điểm rời của lớp biên

1.3 Các phương trình cơ bản

1 Phương trình liên tục dạng tổng quát

0 )

grad t

V Dt

v p

V

dV A

dA

V

dV A

dA

M = 1: 1 – M 2 = 0:  0   0

V

dV A

dA

6 Quan hệ giữa nhiệt độ và vận tốc

Nhiệt độ toàn phần Tt ( hoặc Ti)

Nhiệt độ tĩnh T (có thể kí hiệu làTo hay Ts)

Theo công thức Saint-Venant ta có :

2 0 0

V T

T

p

t

2 1

2 2

2

1 1

2 2

1 2

1

a

V V

C

C C a

r C

V T

T

p

v p p

v p

C

C C

C C

Ta có M = V/a, do vậy ta có

)(2

11

1 2

M M

7 Quan hệ giữa các thông số của dòng khí một chiều đoạn nhiệt

t

p p T

T p

p p

t t

t p

p T T

2

1 1

2

t t

T

M T

1 1

2

t t

p

M p

c T

T

1 1

c

p p

Lưu lượng cho bởi G = VA = cVcAc = cacVc, với:

V

a a

a a

a V

a A

t

c t t

c c c

111

2

1 2 )

1 ( 2 1

M f M

1.4 Lực cản

Phương pháp thông thường là ta tách riêng từng loại lực cản ra để tính rồi sau

đó kết hợp chúng lại Việc này thường gây sai số khí tính lực cản Do ảnh hưởng của tính nhớt mà các lớp biên trên các bộ phận tác động lẫn nhau tạo ra các lực cản khác nữa và được gọi là lực cản giao thoa Trên thực tế, khoảng cách giữa các bộ phận, cường độ rối, độ nhám trên bề mặt cũng ảnh hướng tới lực cản Ta có thể viết phương trình lực cản của máy bay như sau:

D=k(D Cánh +D thân +D vỏ động cơ + ) trong đó, k là hệ số giao thoa lực cản

Lực cản trên cánh là: 1 2

c nh L N

D  C  V S trong đó, SN là diện tích cánh, phần cánh chôn trong thân không tính đến ở đây Lực cản của các thành phần khác cũng được tính tương tự, chia cho V 2 S

S

S C S

S C k

than D N canh D

Trong đó, CDthân là hệ số lực cản của thân máy bay trên diện tích cánh Sthân, Lực cản thân phụ thuộc diện tích ướt, càng máy bay

Dưới đây là một sơ đồ phân tích lực cản trên máy bay: hình 1.9

Hình 1.9 : Các thành phần lực cản

Khi xét lực cản biên dạng cánh ba chiều trong dòng chảy thực ta phải tính đến lực cản cảm ứng Do xải cánh là hữu hạn nên nó gây ra xoáy đầu cánh, ta có lực cản xoáy đầu cánh hay lực cản cảm ứng Trong một dòng chảy có độ nhớt, việc xuất hiện lớp biên làm thay đổi đường dòng do đó nó gây ra lực cản, nó còn được gọi là lực cản

áp suất vuông góc với bề mặt biên dạng profil cánh tuy nhiên tên thường gọi là lực cản biên dạng; với loại máy bay vận tốc thấp, tổng hợp lực ma sát bề mặt và lực cản biên dạng gọi chung là lực cản profil Ảnh hưởng của lớp biên cũng làm giảm đường cong lực nâng của cánh do đó bề mặt của nó nghiêng hơn theo hướng chuyển động, ta có

do chiều dày, hiệu ứng góc tấn làm biến đổi sóng va gây nên một lực cản, lực cản sóng

do lực nâng

Hình 1.10: Sự biến thiên của hệ số cản ma sát trên mặt phẳng theo số Reynolds

Vẫn có một số loại lực cản không có trên hình vẽ Đầu tiên là lực cản do chảy tràn, lực cản này sinh ra do tác động của dòng khí đi ra khỏi động cơ chảy bao quanh các thành phần khác của máy bay; nó là loại lực cản chỉ quan trọng trong trường hợp bay trên âm Thứ hai, lực cản gây ra do điều khiển các thành phần khí động máy bay như các cánh tà, tấm cản lưng, cánh lái,

Lực ma sát bề mặt trên cánh cũng được tính như trên các biên dạng phẳng với ảnh hưởng của số Reynolds và vị trí chuyển tiếp của lớp biên Hình (1.11) minh hoạ

sự biến thiên của hệ số ma sát bề mặt theo số Reynolds

Tác động của dòng nén được tới lực cản

số Mach được minh hoạ trên hình 1.11 Số MDcrit phụ thuộc vào dạng cánh và góc mũi tên của cánh

CDo đạt tới giá trị lớn nhất khi M=1, và sau đó giảm xuống, xem hình 1.12

Lực cản cảm ứng CDI phụ thuộc vào hệ số lực nâng CL, Ta có:

2 L

CHƯƠNG 2: CÁC CHẾ ĐỘ BAY KHÁC NHAU

2.1 Các trục tọa độ

- Trong quá trình nghiên cứu chuyển động của máy bay, ta xét đến các hệ tọa độ sau:

 Hệ tọa độ máy bay: Gx 1 y 1 z 1

Trục Gx 1 trùng với trục máy bay

Trục Gz1 vuông góc với Gx1và nằm trong mặt phẳng đối xứng của máy bay

x 1

G

y 1

z 1 Hình 2.1 Hệ tọa độ máy bay

- Từ các hệ tọa độ, ta có các khái niệm:

+ Góc bay ( Assiette): A=( X;x1 )

Hình 2.4 Các góc liên hệ giữa các trục

Như vậy, góc bay có giá trị bằng tổng giá trị góc tới và góc nghiêng

A=+

Trong chế độ bay ngang:  = 0 & A= ( tức là X trùng với x )

Trong chế độ bay cất cánh:  > 0 & A >0

Trong chế độ hạ cánh:  < 0 & A< 0

+ Góc bay xiên ( Angle de dérapage)

Hình 2.6: Góc bay liệng

2.2 Chế độ bay ngang đều

Các giả thiết:

+ Máy bay bay đối xứng

+ Góc tấn của profil cánh bằng góc tấn của máy bay (mb = c )

+ Tâm đẩy trùng với trọng tâm của máy bay

+ Chuyển động ngang đều thẳng V = const

Hay [2.4]

[2.5]

(V p là vận tốc thực của máy bay)

(2.4),(2.5) sẽ tương đương với:

+ Tâm áp trùng với trọng tâm máy bay

+ Góc tấn của máy bay trùng với góc tấn của cánh.( nhỏ )

+ Máy bay bay trong mặt phẳng đối xứng

2

2

1

P X Z

1

E

ZV C S

2

0 2

1

E X

X Z

U C

C T

P

f P

T U 

Wu:Công suất hiệu dụng của động cơ

Wn:Công suất cần thiết của máy bay

- Độ nghiêng của chuyển động bay lên đều ( ):

0 

0 sin

Z x z

Z U

W V

P W

V F PV

V T

.sin

P

W P

W W

V Z  u  n  



Góc tấn máy bay trùng góc tấn cánh (mb=profil)

Tâm đẩy trùng trọng tâm

Máy bay chuyển động đều và đối xứng trong mặt phẳng Oxz

Góc tấn máy bay nhỏ không đáng kể so với góc nghiêng máy bay( < ) R

T P

T P

T tg

P V

V T V T P

V

W W

V

V tg

u n

u

P

P n P u P

n u

P Z

1

Z X

Z

V

V V

V V

- Phân tích lực Chiếu lên các trục ta có:

Vì góc  nhỏ nên có thể coi cos 1; sin   0



T u x

0cos 



F z P 

P

W W V

V P

V F V T

u n Z

P P

x P u

T P

T tg

P V

V T V T P

V

W W V

V tg

u u

n

P

P u P n P

u n P Z





+ Góc nghiêng hạ cánh  đạt giá trị nhỏ nhất ứng với góc tấn 2 ở đó có hệ

số chất lượng bay lớn nhất

+ Thời gian hạ cánh lâu nhất nhất khi Vz min

+ Nếu công suất động cơ (Wn) tăng =>Vz giảm => góc chúc ngóc giảm

2.5 Chế độ cất cánh

Cất và hạ cánh là các chế độ bay rất phức tạp và đặc biệt nguy hiểm trong quá trình bay của máy bay Mỗi chế độ này đều đòi hỏi những thông số riêng nhằm đảm bảo cho quá trình cất và hạ cánh của máy bay diễn ra một cách an toàn Phần

lý thuyết dưới đây đề cập đến việc xác định các thông số thời gian, chiều dài cần thiết cho quá trình cất và hạ cánh có kể đến ảnh hưởng của một số yếu tố bên ngoài như gió

Trong suốt quá trình cất cánh, ngoài khối lượng không tải và hàng hoá, hành khách là cố định, máy bay sẽ chịu tải trọng của lượng nhiên liệu cần thiết cho chuyến bay Khi đó, động cơ sẽ phải làm việc ở hiệu suất cao để máy bay có thể cất cánh trong khoảng thời gian ngắn nhất Đối với máy bay dân dụng thì còn có nhiều điều kiện phức tạp hơn nữa bởi yêu cầu giảm tiếng ồn đến mức tối thiểu

- Quá trình cất cánh được chia thành 4 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: chạy đà trên mặt đất

Trong giai đoạn này, máy bay tăng tốc đến “vận tốc ngóc”, Vr

Độ cao của máy bay vẫn không đổi cho nên CL,CD cũng không đổi

+ Giai đoạn 2: chuẩn bị chúc ngóc

Giai đoạn này xảy ra rất nhanh, máy bay bắt đầu quá trình bay lên ( tức

là xoay quanh trục y ) do tín hiệu điều khiển từ phi công, do đó đến cuối giai đoạn này lực nâng lớn hơn trọng lực và máy bay bắt đầu rời đường băng

+ Giai đoạn 3: chúc ngóc hoàn toàn

Trong giai đoạn này, đường bay thay đổi để phù hợp với góc chế độ lên dần cuối cùng Trọng tâm của máy bay di chuyển theo quỹ đạo gần như tròn

+ Giai đoạn 4: bay lên dần

Trong chế độ này, máy bay sẽ lên dần đều với một góc leo và vận tốc leo không đổi đạt dần đến độ cao cất cánh h ( khoảng 15 m ) Lực đẩy, CL, CD cũng coi như không đổi

Hình 2.10: Các chế độ cất cánh

-Trong thực tế, giai đoạn 3 và 4 xảy ra tức thời, người ta gộp hai chế độ 1

và 2 với nhau, chế độ 3 và 4 với nhau

- Sau đây ta sẽ tính toán các thông số liên quan đến quá trình cất cánh: vận tốc cất cánh, chiều dài cất cánh

Trong đó: a: gia tốc của máy bay ( )

Tu: lực đẩy của động cơ

Fx: lực cản khí động

M

F F

M: trọng lượng của máy bay

+ Ta coi gia tốc a là không đổi Vận tốc cất cánh (Vdec) được tính như sau:

Do máy bay ở trên mặt đất, coi z = 0 nên

Chiều dài cất cánh ( DR) đến khi máy bay ngóc lên:

[m] (2.29)

- Ta thấy rằng, chiều dài cất cánh tỉ lệ với trọng lượng Ngoài ra, chiều dài cất cánh còn ít nhiều chịu ảnh hưởng bởi tỉ trọng không khí ( thông số này ảnh hưởng tới lực đẩy), nhiệt độ môi trường Nhiệt độ không khí nếu cao sẽ làm giảm lực đẩy Trong thực tế, các nhà chế tạo phải cung cấp các đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, tỉ trọng không khí cho người sử dụng

- Trong trường hợp đường băng không hoàn toàn nằm ngang như đường chân trời, vec tơ trọng lượng của máy bay sẽ không vuông góc với đương băng Học viên hãy tự thành lập các công thức để tính gia tốc a, vận tốc cất cánh cũng như quãng đường cất cánh cho 2 trường hợp : đường băng có độ dốc dương và đường băng có độ dốc âm

- Trong trường hợp có gió cùng chiều hoặc ngược chiều, vận tốc cất cánh

và quãng đường cất cánh cũng sẽ thay đổi Học viên hãy tính cho các trường hợp trên

2

2

1

dec Z

Z O

dec

SC

P V

2 2

2 2





2.6 Chế độ hạ cánh

Ta cũng chia chế độ hạ cánh thành bốn giai đoạn như cất cánh, trên hình 2.14, hoặc trong trường hợp đơn giản hoá có thể coi gồm hai giai đoạn chính

Hình 2.12: Các giai đoạn trong chế độ hạ cánh

Chiều dài hạ cánh ở đây phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật điều khiển Khi máy bay gần tiếp đất, người phi công thường điều khiển máy bay ngóc đầu lên để tăng lực cản, giảm vận tốc và tiếp đất bằng hệ thống càng sau rồi sau đó mới cải bằng máy bay về vị trí nằm ngang Những phi công ít kinh nghiệm thường có xu hướng kết thúc chế độ kéo ngóc khi máy bay vẫn chưa chạm đất và máy bay gần như “trôi” trên mặt đất, giảm ga cho đến khi máy bay chạy thất tốc trên đường băng Còn người phi công kinh nghiệm thì thường tiếp đất ngay khi hết chế độ kéo ngóc với vận tốc máy bay lớn hơn vận tốc thất tốc và đây chính là chiều dài yêu cầu Quá trình “cải bằng máy bay” diễn ra rất nhanh sau khi tiếp đất

Ở đây có nhiều hệ số có thể dự tính chiều dài đường hạ cánh trên mặt đất phức tạp hơn chế độ cất cánh Động năng máy bay giảm đi khi càng bắt đầu chạm đất và hệ thống phanh hoạt động, do vậy, hệ số ma sát lúc này sẽ bằng tổng hợp các hệ số ma sát lăn, phanh và ảnh hưởng lớn bởi vận tốc và liệu đường băng khô hay ướt, ta xem đồ thị 2.14

Các giá trị này chỉ có thể đạt được nếu tất cả các bánh xe có phanh với các

hệ thống chống trượt bánh hoàn hảo Việc giảm tốc lớn nhất phụ thuộc vào sự thoải mái của hành khách trên máy bay hoặc các lý do khác, và có thể có giới hạn phanh Hệ thống phanh chỉ có thể hoạt động sau khi tiếp đất cho nên sẽ có một khoảng trễ khoảng 2s trước khi nó hoạt động tốt Tương tự là hệ thống thổi ngược của động cơ hay hệ thống giảm lực nâng (dạng như tấm cản lưng) Ma sát từ hệ thống phanh là hệ số quan trọng hơn nhiều hệ số ma sát lăn ở chế độ cất cánh

Hình 2.13: Sự biên thiên của lực ma sát giữa bánh xe và đường băng

2.6 Chế độ bay liệng ( Virage )

2.6.1 Hệ số tải trọng

Hệ số tải trọng (kí hiệu là n) là tỉ số giữa khối lượng gia tăng trong quá trình bay và khối lượng thực hay tỉ số giữa lực nâng và trọng lực máy bay

(2.30)

2.6.2 Chế độ bay liệng chuẩn ( Virage )

Hình 2.14: Chế độ liệng của máy bay

n a

V g

R tg

2

2 2

hệ số liệng 1 =>khi vận tốc góc liệng là 180/min ( 3O/s )

hệ số liệng 2 => khi vận tốc góc liệng là 1 vòng/min ( 6O/s )

2.7 Đồ thị tọa độ cực và các điểm bay đặc biệt

2.7.1 Đường lực nâng và đường đặc tính cực (Polaire) của máy bay

2 2

Ptg M

F R

R M P

F tg

c c

Hình 2.15: Đường hệ số lực nâng Hình 2.16: Đường đặc tính cực (Polaire)

- Các điểm bay đặc biệt:

+ Điểm Cz đạt giá trị lớn nhất: 4

+ Điểm Cz=0: 0

+ Điểm hệ số chất lượng bay f đạt giá trị max: 2

2.7.2 Đường đặc tính “Máy bay” : T n = f (V p ) và W n = f (V p )

C P f

P T T

z

x p

n n

C S

P C

C P V T

Hình 2.17: Các đường đặc tính Tn = f (Vp) và Wn = f (Vp)

2.7.3 Đường đặc tính động cơ

Máy bay có thể được trang bị động cơ một trong những nhóm sau :

+ Nhóm động cơ Piston - cánh quạt (GMP)

Công suất đo tại trục động cơ : Wm = Cm.Ω

Công suất hiệu dụng : Wu = Wm.H

Cm : Mo men tại trục

H : hiệu suất cánh quạt

Hình 2.18 : Đường công suất động cơ Piston-cánh quạt (GMP)

Hệ số tiêu thụ nhiên liệu : Csp là lương tiêu thu nhiên liệu trong 1 giờ và cho 1 đơn vị công suất

CSP = Ch/Wm

CSP có giá trị khoảng0,20,3 kg/ngựa.h Đơn vị : {CSP } = kg/ngựa.h

{Ch} = kg/h {Wm} = sức ngựa ( 1 ngựa = 736 W)

Ch : hệ số tiêu thụ nhiên liệu cho 1 giờ bay

+ Nhóm động cơ Turbo - phản lực (GTR)

Lưc đẩy hiệu dụng Tu, khi coi trọng lượng nhiên liệu Qc nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng không khí đi qua động cơ trong 1 đơn vị thời gian Qa ta có :

Tu = Qa*(V2 – V1) Trong đó : V2 là vận tốc ra khỏi ống phụt của động cơ

V1 là vận tốc vào động cơ Khi số vòng của động cơ không đổi, ( hay số EPR - tỷ số nén không đổi)

lực đẩy của động cơ hầu như không phụ thuộc vào vân tốc bay Vp Tuy nhiên khi thay đổi độ cao do áp suất thay đổi dẫn tới lượng khí vào động cơ thay đổi do vậy lực đẩy của động cơ cũng đổi :

TuZ = TuO* K

Trong cơ học vật bay, ta coi hệ số k = 1 có nghĩa là lực đẩy giảm tuyến tính theo trọng lương riêng của không khí

Hình 2.19 : Đường công suất động cơ Turbo - Phản lực (GTR)

Hệ số tiêu thụ nhiên liệu: Csp là lương tiêu thu nhiên liệu trong 1 giờ và cho 1 đơn

{Tu} = N

Ch : hệ số tiêu thụ nhiên liệu cho 1 giờ bay

( Với mỗi loại động cơ ta có một vòng quay tối ưu, ở đó giá trị Csp là nhỏ nhất

- Đường cong Wu = f(Vp)

Công suất hiệu dụng của đông cơ : Wu= Tu Vp Vậy đường cong co dạng Y = a.X là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ

+ Nhóm động cơ Turbo - cánh quạt (GTP)

Công suất toàn phần WΩ của nhóm động cơ này gồm :

Hình 2.20 : Đường công suất động cơ Turbo - cánh quạt (GTP)

Hệ số tiêu thụ nhiên liệu : Csp là lương tiêu thu nhiên liệu trong 1 giờ và cho 1 đơn vị công suất

CSP = Ch/Wm Đơn vị : {CSP } = kg/ngựa.h

{Ch} = kg/h

Ch : hệ số tiêu thụ nhiên liệu cho 1 giờ bay

2.7.4 Đường đặc tính tổng hợp động cơ_ máy bay

Đó là đồ thị biểu diễn đường cong động cơ và đường cong máy bay

+ Đối với động cơ Moto cánh quạt (GMP)

Hình 2.21: Đường đặc tính tổng hợp động cơ Piston-cánh quạt

Wn: Công suất yêu cầu của máy bay cho chế độ bay

Wu: Công suất hữu ích do động cơ gây sinh ra

Khi Wn = Wu ( tại 01và 02 ) máy bay bay đều

Tại điểm 3 ( điểm trần bay) Wn đạt giá trị min

Điểm trần bay cũng là điểm ngăn cách 2 chế độ

- Chế độ 1(ổn định): Vp tăng -> Wn tăng, ( kí hiệu trên hình là vùng (2))

- Chế độ 2: Vp tăng -> Wn giảm-> Lực cản tăng, ( kí hiệu trên hình là vùng (1))

Tại điểm  4 : vận tốc V p min (2.34)

- Thời gian tự hành lớn nhất ( autonomie maxi) : là thời gian bay lâu nhất của máy

bay

max

min

.

2

Z

z S C

P V





Thông số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố

1 Lượng nhiên liệu ( Q ) và lượng tiêu thụ dầu trên đơn vị thời gian (C h)

(2.35) Khi máy bay bay đều Wn = Wu

Như vậy  max -> Ch min -> Wn min -> =3

2 Ảnh hưởng của độ cao

(2.36)

-> Càng thấp máy bay bay càng lâu

- Bán kính tự hành lớn nhất.( Rayon maxi): là khoảng cách máy bay có thể bay xa

nhất mà không cần tiếp nhiên liệu

(2.37)

Trong đó: Cd là lượng tiêu thụ dầu trên 1 đơn vị chiều dài

Giả thiết máy bay bay đều trong điều kiện không có ảnh hưởng của gió

(2.38)

Như vậy: D max -> Cd min -> f max -> =2

+ Đối với động cơ Turbo phản lực (GTR)

h m

h s

W

C W

C

p n

C V

W C V

C

n s p

n s p

Hình 2.22: Đường đặc tính tổng hợp động cơ Piston-cánh quạt

Tại 2 điểm 01 và 02 Tn = Tu nên máy bay bay đều

Điểm 2 là điểm ngăn cách 2 chế độ (1) và (2)

- Vận tốc nhỏ nhất Vp min cũng giống như trường hợp của GMP

- Thời gian tự hành lớn nhất  = Q/Ch

(2.39)

Như vậy  max -> Ch min -> f max -> =2

Độ cao gần như không ảnh hưởng tới đường đặc tính của máy bay Tuy nhiên, khi máy bay thay đổi độ cao hay số vòng quay động cơ thay đổi thì Cs sẽ thay đổi Thông thường khi tăng độ cao, Cs giảm đến giá trị Nopt rồi lại tăng

- Bán kính tự hành lớn nhất:

(2.40)

P

f C T

C T

C

n

h u

h s

V Q C

V Q C

Q D

.

.

Csmin Cs

Hình 2.23: Sự thay đổi của Cs theo độ cao Như vậy: D max -> Cd min -> Tn/Vp min

Tầm bay càng lớn khi máy bay bay càng cao

+ Đối với động cơ Turbo - Cánh quạt (GTP)

Đường cong động cơ cắt đường cong máy bay tại hai điểm O1 và O2

Tại hai điểm O1 và O2, giá trị Wu = Wn, máy bay bay ngangđều

Góc tới có giá trị α+nằm giữa α3và α2sẽ chia vùng bay ra làm 2 chế độ Đường

đặc tính tổng hợp cho trường hợp động cơ thuộc nhóm Turbo - cánh quạt :

Hình 2.24: Đường đặc tính tổng hợp động cơ Turbo-cánh quạt

Thí dụ máy bay trang bị động cơ Piston - cánh quạt ở chế độ bay lên đều có thể sử

dụng các đồ thị trên để xác định các đặc trưng của chuyển động ( tính Vz )

Hình 2.25 : Vận tốc lên thẳng đứng Vz

2.8 Chế độ bay cận âm và trên âm

Giá trị lớn nhất của hệ số Cz là hàm của số Mach( M )

Cz max = f( M )

Hình 2.26: Đường cong Cz max bay cận âm và trên âm

2

1

P Z

p

p m RT

m a m

V     

2

7