Giáo trình máy bay trực thăng Hust

Máy bay trực thăng là loại khí cụ bay đã được sử dụng rất rộng rãi trong ngành hàng không dân dụng và trong quân sự. Do những tính năng đặc biệt của máy bay trực thăng (MBTT), có thể bay lên và hạ cánh theo phương thẳng đứng, có thể bay treo trong không trung và di chuyển với tốc độ rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp, cho phép ta thực hiện những nhiệm vụ mà các khí cụ bay khác không thể thực hiện được. Vì vậy lĩnh vực sử dụng MBTT ngày càng được mở rộng thêm và do đó môn học MÁY BAY TRỰC THĂNG là môn học không thể thiếu được trong chương trình đào tạo kỹ sư Hàng không. Để đáp ứng nhu cầu tài liệu tham khảo cơ bản cho sinh trên cơ sở bài giảng đã được giảng dạy cho các lớp chuyên ngành kỹ thuật hàng không và đề cương môn học máy bay trực thăng. Chúng tôi đã hoàn thiện và cho ra mắt bạn đọc tài liệu máy bay trực thăng làm giáo trình học tập cho sinh viên chuyên ngành kỹ thuật hàng không của trường ĐHBK Hà Nội và là tài liệu tham khảo cho những ai yêu thích tìm hiểu về MBTT. Do tài liệu tham khảo còn hạn chế và trình độ của người biên soạn, tài liệu này chắc không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



(Dùng cho sinh viên ngành kỹ huật hàng không)

Nhà xuất bản ĐHBK Hà Nội

Nguyễn Thế Mịch

Giáo trình

MÁY BAY TRỰC THĂNG

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA – HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU

Máy bay trực thăng là loại khí cụ bay đã được sử dụng rất rộng rãi trong ngành hàng không dân dụng và trong quân sự Do những tính năng đặc biệt của máy bay trực thăng (MBTT), có thể bay lên và hạ cánh theo phương thẳng đứng, có thể bay treo trong không trung và di chuyển với tốc độ rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp, cho phép ta thực hiện những nhiệm vụ mà các khí cụ bay khác không thể thực hiện được

Vì vậy lĩnh vực sử dụng MBTT ngày càng được mở rộng thêm và do đó môn học MÁY BAY TRỰC THĂNG là môn học không thể thiếu được trong chương trình đào tạo kỹ sư Hàng không

Để đáp ứng nhu cầu tài liệu tham khảo cơ bản cho sinh trên cơ sở bài giảng đã được giảng dạy cho các lớp chuyên ngành kỹ thuật hàng không và đề cương môn học máy bay trực thăng Chúng tôi đã hoàn thiện và cho ra mắt bạn đọc tài liệu máy bay trực thăng làm giáo trình học tập cho sinh viên chuyên ngành kỹ thuật hàng không của trường ĐHBK Hà Nội và là tài liệu tham khảo cho những ai yêu thích tìm hiểu về MBTT

Do tài liệu tham khảo còn hạn chế và trình độ của người biên soạn, tài liệu này chắc không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp

Chủ biên

Nguyễn Thế Mịch

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 2

BẢNG CÁC KÝ HIỆU……… 7

Chương I NGUYÊN LÝ CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 11

1.1.TÓM TẮT LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 11

1.2.MÁY BAY TRỰC THĂNG VÀ CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU CỦA NÓ 12

1.3 PHÂN LOẠI MÁY BAY TRỰC THĂNG 15

Chương II CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CHONG CHÓNG MANG 17

2.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG 17

2.2 CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC 17

2.3 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CHỦ YẾU CỦA CCM 22

2.4 HỆ SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CCM 24

Chương III CHONG CHÓNG MANG LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ CHẢY BAO DỌC TRỤC 25 3.1 LÝ THUYẾT XUNG CỦA CCM LÝ TƯỞNG 25

3.2 LÝ THUYẾT PHÂN TỐ CÁNH 27

3.3 LỰC CẢN QUAY CỦA CCM 29

3.4 CÔNG SUẤT VÀ MÔMEN XOẮN YÊU CẦU ĐỂ QUAY CHONG CHÓNG MANG 30 3.5 ĐIỀU KHIỂN SỐ VÒNG QUAY CỦA CCM 31

3.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG TÁC DỤNG CỦA MÔMEN CẢN Ở CCM 32

3.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN MÔMEN XOẮN TỪ ĐỘNG CƠ TỚI CCM 33

3.8 CÔNG SUẤT HIỆU DỤNG – SỬ DỤNG CỦA CCM 35

3.9 LỰC KÉO CỦA CCM KHI BAY LÊN VÀ KHI HẠ XUỐNG THẲNG ĐỨNG 36

3.10 CÁC TỔN THẤT Ở CHONG CHÓNG THỰC 39

3.11 ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA HỆ HAI CCM ĐỒNG TRỤC 40

Chương IV CHONG CHÓNG MANG LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ CHẢY BAO NGHIÊNG 43

4.1 ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA CCM Ở CHẾ ĐỘ CHẢY BAO NGHIÊNG 43

4.2 PHƯƠNG VỊ CỦA CÁNH VÀ TỐC ĐỘ TỔNG HỢP CỦA PHÂN TỐ CÁNH Ở CHẾ ĐỘ CHẢY BAO NGHIÊNG 45

4.3 SỰ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ VÒNG VÀ TỐC ĐỘ TỔNG HỢP THEO BÁN KÍNH CỦA CCM 47

4.4 LỰC KÉO CỦA CÁNH VÀ SỰ THAY ĐỔI CỦA NÓ THEO PHƯƠNG VỊ 48

4.5 NHƯỢC ĐIỂM CỦA CCM CÓ CÁNH GẮN CỨNG VÀ CÔNG DỤNG CỦA BẢN LỀ NGANG 49

4.6 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CÁNH SO VỚI BẢN LỀ NGANG (BLN) 50

4.7 HÌNH CÔN QUAY CỦA CCM 52

4.8 CHUYỂN ĐỘNG ĐÀ CỦA CÁNH 53

4.9 SỰ LỆCH TRỤC CÔN QUAY CỦA CCM 54

4.10 HẠN CHẾ CHUYỂN ĐỘNG ĐÀ CỦA CÁNH, BỘ PHẬN BÙ VẪY CÁNH 56

4.11 SỰ THAY ĐỔI GÓC VA CỦA PHÂN TỐ CÁNH DO CHUYỂN ĐỘNG ĐÀ 58

4.12 ẢNH HƯỞNG CỦA SỐ CÁNH ĐẾN ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA CCM 59

4.13 SỰ THAY ĐỔI LỰC CẢN QUAY VÀ MÔMEN CẢN THEO PHƯƠNG VỊ 60

4.14 CÁC LỰC QUÁN TÍNH TÁC DỤNG ĐẾN CÁNH CỦA CCM 60

4.16 LÀM GIẢM CHUYỂN ĐỘNG XOAY CÁNH XUNG QUANH BẢN LỀ THẲNG ĐỨNG 64

4.17 KHẢ NĂNG BỊ MẤT ỔN ĐỊNH TRONG CHUYỂN ĐỘNG ĐÀ CỦA CÁNH 66

Chương V CÁC CHẾ ĐỘ BAY THẲNG ĐỨNG CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 69

5.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CHẾ ĐỘ BAY TREO 69

5.2 SƠ ĐỒ CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY BAY VÀ ĐIỀU KHIỂN BAY TREO 70

5.3 LỰC KÉO VÀ CÔNG SUẤT TIÊU THỤ ĐỂ BAY TREO 72

5.4 BAY LÊN THẲNG ĐỨNG 77

5.5 HẠ CÁNH THẲNG ĐỨNG VỚI ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC 83

5.6 CHẾ ĐỘ VÒNG XOÁY 84

Chương VI SỰ BAY NGANG (BAY BẰNG) CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 86

6.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA SỰ BAY NGANG 86

6.2 LỰC KÉO VÀ CÔNG SUẤT YÊU CẦU ĐỂ BAY NGANG 86

6.3 CÁC TỐC ĐỘ ĐẶC TRƯNG KHI BAY NGANG 90

6.4 ẢNH HƯỞNG CỦA TRỌNG LƯỢNG BAY VÀ ĐỘ CAO BAY ĐẾN ĐẶC TÍNH BAY 92

6.5 NHỮNG NGUYÊN NHÂN HẠN CHẾ TỐC ĐỘ BAY NGANG LỚN NHẤT VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP ĐỂ TĂNG TỐC ĐỘ BAY NGANG 94

6.6 THỜI GIAN BAY VÀ TẦM BAY NGANG 95

Chương VII BAY LÊN THEO QUỸ ĐẠO NGHIÊNG 99

7.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CHẾ ĐỘ BAY LÊN THEO QUỸ ĐẠO NGHIÊNG 99

7.2 LỰC KÉO VÀ CÔNG SUẤT YÊU CẦU ĐỂ BAY LÊN THEO QUỸ ĐẠO NGHIÊNG 99

7.3 TỐC ĐỘ THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG KHI BAY LÊN THEO QUỸ ĐẠO NGHIÊNG 101

7.4 SỰ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG, THEO ĐỘ CAO 102

Chương VIII BAY XUỐNG THEO QUỸ ĐẠO NGHIÊNG 105

8.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CHẾ ĐỘ BAY XUỐNG 105

8.2 LỰC KÉO VÀ CÔNG SUẤT YÊU CẦU ĐỂ BAY XUỐNG THEO QUỸ ĐẠO NGHIÊNG 106

8.3 TỐC ĐỘ BAY XUỐNG VỚI ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC 108

Chương IX MÁY BAY TRỰC THĂNG BAY Ở CHẾ ĐỘ TỰ QUAY CỦA CHONG CHÓNG MANG 110

9.1 HẠ CÁNH THẲNG ĐỨNG 110

9.2 CÁC LỰC KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH 113

9.3 CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ CHẾ ĐỘ TỰ QUAY CỦA CHONG CHÓNG MANG 114

9.4 ĐIỀU KIỆN TỰ QUAY CỦA CÁC PHÂN TỐ CÁNH KHÁC NHAU TRÊN CÁNH 117 9.5 BAY LÀ 120

9.6 TỐC ĐỘ HẠ THẤP THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG KHI BAY LÀ ĐỒ THỊ CHỈ ĐỊNH QUỸ ĐẠO BAY LÀ 123

9.7 ĐỘ CAO BAY AN TOÀN 126

9.8 CHUYỂN TỪ BAY VỚI ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC SANG BAY Ở CHẾ ĐỘ TỰ QUAY CỦA CCM 127

9.9 CÁC ĐẶC ĐIỂM BAY LÀ CỦA MBTT CÓ HAI CHONG CHÓNG MANG 129

Chương X CẤT T CÁNH VÀ HẠ CÁNH 131

10.1 CẤT CÁNH 131

10.2 HẠ CÁNH 134

Chương XI SỰ CÂN BẰNG, TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 140

11.1 TRỌNG TÂM VÀ SỰ ĐỊNH TÂM CỦA MBTT 140

11.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ SỰ CÂN BẰNG CỦA MBTT 142

11.3 SỰ CÂN BẰNG CỦA MBTT Ở CHẾ ĐỘ BAY TREO 143

11.4 ĐỘ ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA MBTT 149

11.5 ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MBTT 153

11.6 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN MBTT 155

11.7 SỰ THAY ĐỔI BƯỚC CHUNG VÀ SỰ THAY ĐỔI BƯỚC THEO CHU KỲ CỦA CHONG CHÓNG 155

11.8 CÔNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA CƠ CẤU LÀM LỆCH CHONG CHÓNG MANG 156

11.9 CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN MBTT MỘT CHONG CHÓNG MANG 159

11.10 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN MBTT CÓ HAI CHONG CHÓNG MANG 161

11.11 KHÁI NIỆM VỀ TÍNH ĐIỀU KHIỂN ĐƢỢC CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 163

Chương XII SỰ RUNG ĐỘNG CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG 166

12.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA SỰ RUNG ĐỘNG 166

12.2 SỰU DAO ĐỘNG CƢỠNG BỨC CỦA MBTT 167

12.3 DAO ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH 169 12.4 SỰ DAO ĐỘNG UỐN VÀ UỐN –XOẮN CỦA CÁC CÁNH ĐƢỢC GẮN CỨNG 171

TÀI LIỆU THAM KHẢO………1 7

Chương I

NGUYÊN LÝ CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG

1.1.TÓM TẮT LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BAY TRỰC THĂNG

Ý tưởng tạo ra khí cụ bay có cánh quạt để tạo ra lực nâng đã được Lê-ô-na-đơ-vanh-xi đề xuất đầu tiên vào năm 1475 Nhưng kỹ thuật thời

đó chưa thể thực hiện được thiết kế như vậy, vả lại

với con mắt thù địch của tôn giáo thì ý tưởng đó là

quá lớn Nó đã bị chôn vùi trong kho tài liệu lưu

trữ

Các bản vẽ và thuyết minh về khí cụ bay này

đã được tìm thấy ở thư viện Milansk và đã được

công bố vào cuối thế kỷ XIX (H 1)

Năm 1754, M.V.Lơ-ma-nô-xốp đã lập luận

về khả năng tạo ra khí cụ bay nặng hơn không khí

và đã xây dựng mô hình máy bay trực thăng có hai

chong chóng mang (CCM) bố trí đồng trục

Ở thế kỷ XIX, nhiều nhà bác học và kĩ sư

người Nga đã nghiên cứu thiết kế các khí cụ bay có

CCM Năm 1869 kĩ sư điện A.N.Lô-đư-ghin đã đề

nghị thiết kế MBTT có động cơ điện

Năm 1870, nhà bác học nổi tiếng

M.A.Rư-ka-trép đã thiết kế cánh quạt không khí Nhà bác

học luyện kim D.K.Tre-rơ-nốp đã thiết kế các sơ

đồ MBTT có các CCM bố trí dọc, ngang và đồng trục

Vào cuối thể kỷ XIX, các nhà bác học lỗi lạc người Nga như D.I.Men-đê-lê-ép, kốp-ski, N.E.Giu-kốp-ski, S.A.Tráp-lư-ghin, đã thiết kế nhiều khí cụ bay Một thời kì mà những lập luận sấu sắc về ý tưởng bay lên các khí cụ bay nặng hơn không khí đã được bắt đầu

L.E.Xi-ôn-Vào năm 1911, người học trò gần gũi nhất của N.E.Giu-kốp-ski là B.N.Iuriep đã thiết kế máy bay trực thăng một CCM, có chong chóng lái (CCL) và đã thiết kế cơ cấu chủ yếu để điều khiển MBTT – cơ cấu làm lệch chong chóng mang

Sau cách mạng tháng 10, ở Nga đã phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp hàng không và tiếp tục các công trình nghiên cứu, thiết kế MBTT

Năm 1925, viện nghiên cứu khí thủy động học trung ương ЦАГИ đã thành lập một nhóm thực hiện các thiết kế đặc biệt, chuyên thiết kế MBTT, dưới sự lãnh đạo của B.N.Iuriep

Năm 1930 đã chế tạo thành công MBTT đầu tiên của Nga: ЦАГИ -17A (H 2) Năm 1932 kỹ

sư trưởng A.M.Trê-rê-mư-khin, trên chiếc máy bay này đã lập kỉ lục thế giới về độ cao lúc đó là

Năm 1952 đã chế tạo MBTT Mi-4, ở thời gian đó là MBTT có tải trọng hữu ích lớn nhất Cũng trong năm đó đã hoàn thành chuyến bay đầu tiên của MBTT có hai CCM bố trí theo sơ đồ dọc ЯK-24 , được mệnh danh là “toa xe bay” do A.S.Iakốplép thiết kế (H 3)

Năm 1958, đã chế tạo máy bay trực thăng hạng nặng Mi-6, đã lập một số kỷ lục thế giới về

tốc độ bay và khả năng mang tải

Hình 2 Trực thăng ЦАГИ -17A Hình 3 Trực thăng ЯK-24

Năm 1961, đã chế tạo MBTT có động cơ tuabin khí Mi-2 và Mi-8 (H 4a) Các máy bay này

đã được chế tạo hàng loạt để thay thế cho các máy bay Mi-1 và Mi-4

Hình 4a Trực thăng sử dụng động cơ tuabin Hình 4b Trực thăng khổng lồ năm 1971

Năm 1971, tại triển lãm hàng không vũ trụ của 29 nước trên thế giới tổ chức tại Paris, đã giới thiệu MBTT 2 chong chóng khổng lồ Mi-12 có khả năng chở hơn 40 tấn hàng (H 4b)

MBTT có thể bay lên, xuống thẳng đứng, có thể chuyển động theo phương bất kì, đã khiến cho nó trở thành khí cụ bay rất cơ động, không phụ thuộc vào sân bay và do đó mở rộng phạm vi

sử dụng của nó một cách đáng kể

Hiện nay, MBTT đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế quốc dân Chúng là phương tiện vận tải chủ yếu ở những chỗ không thể sử dụng được máy bay thường và phương tiện vận tải mặt đất MBTT được sử dụng trong công tác xây lắp, phục vụ cứu người và tài sản khi xảy

ra thiên tai MBTT cũng đã được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và đặc biệt là trong quân sự - quốc phòng

1.2.MÁY BAY TRỰC THĂNG VÀ CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU CỦA NÓ

MBTT – khí cụ bay nặng hơn không khí Ở MBTT lực kéo được tạo ra bởi CCM theo nguyên lý khí động

1.2.1 Các bộ phận chính của MBTT

Hình 5 Các bộ phận chính của máy bay trực thăng

Chong chóng mang (CCM): được truyền chuyển động từ động cơ

Thân máy bay: dùng để bố trí phi hành đoàn, hành khách, các trang thiết bị và hàng hóa

Càng: để đỗ hoặc di chuyển trên mặt đất

Chong chóng lái (CCL): đảm bảo sự cân bằng trên đường bay và điều khiển đường bay của máy

Tất cả các bộ phận của MBTT được bắt chặt với thân hoặc bố trí trong thân

1.2.2 Nguyên lí điều khiển của MBTT

MBTT cũng như các khí cụ bay khác, có thể bay được khi có lực kéo cân bằng với trọng lượng của nó Lực kéo ở MBTT được tạo ra bởi CCM Khi CCM quay trong không khí thì lực kéo

có phương vuông góc với mặt phẳng quay của CCM Nếu CCM quay trong mặt phẳng nằm ngang thì lực kéo T hướng thẳng đứng lên phía trên (hình 6a, 6b), nghĩa là có thể bay thẳng đứng

Đặc điểm bay được xác định bởi tỷ số giữa lực kéo của CCm và trọng lượng của MBTT Nếu lực kéo bằng trọng lượng của máy bay trực thăng thì nó bay treo tại chỗ trong không khí

H 6a Nếu lực kéo lớn hơn trọng lượng, máy bay chuyển từ bay treo sang bay lên thẳng đứng 

H 6b , khi lực kéo nhỏ hơn trọng lượng – máy bay hạ cánh thẳng đứng 

Mặt phẳng quay của CCM có thể nghiêng về phía bất kì so với mặt phẳng ngang (hình 1.6c, 1.6d) Trong trường hợp này, lực kéo thực hiện hai nhiệm vụ Thành phần thẳng đứng Y của nó là lực nâng còn thành phần nằm ngang P là lực gây ra chuyển động Dưới tác dụng của lực này máy bay chuyển động về phía trước (hình 6c) Khi mặt phẳng quay của CCM lệch về phía sau máy bay chuyển động về phía sau (hình 6d) Khi mặt phẳng quay lệch về phía bên phải hay bên trái gây ra

sự chuyển động của máy bay về phía tương ứng

Chong chóng mang

Động cơ Càng

Hệ thống truyền động

c)Bay ngang về phía trước d)Bay ngang về phía sau

Hình 1.6 Nguyên lý điều khiển bay của máy bay trực thăng

Trọng lƣợng (G) Lực cản (D)

1.3 PHÂN LOẠI MÁY BAY TRỰC THĂNG

Đặc điểm chủ yếu để phân loại MBTT là số CCM và việc bố trí chúng theo số CCM, MBTT

có thể chia ra loại có một, hai và nhiều CCM

1.3.1 Máy bay trực thăng có một chong chóng mang

Đây là loại MBTT phổ biến nhất Sơ đồ MBTT một chong chóng có CCM bố trí ở phần chính của thân và CCL ở phần đuôi Sơ đồ này đã được B.N.Iuriep thiết kế từ năm 1911 và có thể coi là sơ đồ cổ điển

Ưu điểm chính của MBTT một chong chóng là có cấu tạo và hệ thống điều khiển đơn giản Theo sơ đồ này, người ta đã có thể chế tạo MBTT loại nhẹ nhất (trọng lượng bay gần 500 KG) và loại nặng nhất (trọng lượng bay trên 40 tấn)

Nhược điểm của MBTT một chong chóng là chiều dài thân lớn, tổn thất công suất để truyền động cho chong chóng lái là đáng kể (vào khoảng 7-10% toàn bộ công suất của động cơ); mức độ rung động lớn (do có trục truyền động bố trí trong dầm đuôi dài là nguồn gây ra dao động phụ

MBTT sử dụng ống phụt ở đuôi MBTT sử dụng CCL ở đuôi

Hình 1.7 Các loại máy bay trực thăng một chong chóng mang

1.3.2.Máy bay trực thăng hai chong chóng mang

Có một số sơ đồ cấu tạo:

Có các CCM bố trí theo chiều dọc: (đây là sơ đồ phổ biến nhất hình 8a)

Có các CCM bố trí theo chiều ngang: (H 8b)

Ưu điểm chính của MBTT có các CCM bố trí ngang thân là tiện cho việc sử dụng toàn bộ dung tích của thân để chở hàng và hành khách, bởi vì động cơ được đặt ở bên ngoài thân, các chong chóng không có ảnh hưởng có hại đối với nhau, tăng được độ ổn định ngang và dễ điều khiển; có cánh phụ trên đó bố trí động cơ và CCM, cho phép MBTT tăng tốc độ lớn

Nhược điểm của MBTT loại này là hệ thống điều khiển và truyền động phức tạp, tăng kích thước cơ bản và trọng lượng kết cấu do có cánh phụ

MBTT có 2 CCM đặt chéo nhau có ưu điểm so với sơ đồ đặt ngang là không có cánh phụ nên giảm được kích thước cơ bản và trọng lượng kết cấu Nhưng có nhược điểm là truyền động và

hệ thống điều khiển phức tạp nên hầu như không được chế tạo

Ưu điểm chính của MBTT có hai chong chóng đồng trục là có kích thước cấu tạo nhỏ Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, độ ổn định bay kém; nguy hiểm do cánh của các CCM va chạm nhau

Theo sơ đồ này người ta đã chế tạo các MBTT hạng nhẹ

Các MBTT nhiều CCM không được áp dụng phổ biến do cấu tạo phức tạp

Ở tất cả các MBTT có hai CCM thì các CCM này đều quay trái chiều nhau để các mômen cản của chúng cân bằng lẫn nhau, không cần phải dùng CCL và giảm được lượng tiêu hao công suất phi sản suất của động cơ

Theo đặc điểm cấu tạo có thể chia CCM ra làm 3 loại Có cánh gắn cứng, có bản lề treo cánh

và có khớp các đăng Loại thứ nhất và thứ ba do có nhiều nhược điểm nay không sử dụng nữa CCM có cánh lắp trên các bản lề là loại được sử dụng phổ biến hơn cả Mỗi cánh được lắp trên may ơ bằng ba bản lề: dọc trục, nằm ngang và thẳng đứng (H 1.9)

Hình 9 Chong chóng mang có cánh lắp trên các bản lề

2.2 CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

CCM được đặc trưng bằng các thông số hình học nhất định: đường kính, dạng cánh trên mặt bằng, hình dạng của profil, góc đặt cánh, diện tích quét, phụ tải riêng và hệ số điền đầy

D

r

R

Tỷ số giữa bán kính của phân tố với bán kính của CCM gọi là bán kính tương đối, ký hiệu là

Cánh hình thang có sự phân bố lực khí động theo chiều dài đều hơn cả Cánh hình chữ nhật

có cấu tạo đơn giản hơn nhưng có đặc tính khí động xấu hơn một chút, các dạng cánh được dùng phổ biến hơn cả là hình thang hình chữ nhật

2.2.3.Profil của cánh

Là hình dạng tiết diện của cánh trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc

Profil của cánh CCM cũng giống như profil của cánh máy bay

Người ta thường dùng profil lồi hai bên nhưng



x

C -hệ số lực cản; C -hệ số lực nâng y

Tâm áp không dịch chuyển nhiều khi thay đổi góc va

Có khả năng tự quay trong phạm vi đáng kể của góc va

Profil cánh được đặc trưng bằng các thông số:

Dây cung b – đoạn nối của mép vào và mép ra của profil

Chiều dày lớn nhất của profil Cmax Chiều dày tương đối max

max

CC

b



Độ võng fmax là khoảng cách lớn nhất từ đường trung bình của profil tới dây cung

max

ff

Mỏng: Cmax8%

Trung bình: Cmax  8 12%

Dầy: Cmax 12% (tới 20%)

Ở đa số cánh CCM dùng profil loại dày, cho phép tăng độ bền của các chi tiết chịu lực và độ cứng của cánh Ngoài ra chất lượng khí động của profil loại này ít phụ thuộc vào góc va Đặc điểm này cải thiện được thuộc tính của cánh ở chế

độ tự quay Thường thì các phân tố ở đầu cánh có chiều dày tương đối lớn hơn ở gốc cánh

Độ cong tương đối lớn nhất của profil cánh fmax  2 3% làm cho hình dạng của profil gần như đối xứng nhằm làm giảm sự dịch chuyển của áp tâm khi thay đổi góc va

2.2.4.Góc đặt của phân tố cánh

Là góc  tạo bởi dây cung của phân tố

và mặt phẳng quay may ơ của CCM

Góc đặt thường gọi là bước của phân

tố cánh Đó là cách gọi quy ước Nếu định

nghĩa một cách chính xác hơn thì bước của

phân tố cánh H là khoảng cách mà phân tố

cánh đi qua sau một vòng quay của CCM,

nếu phân tố cánh chuyển động khi dây cung

Hình 12 Các thông số của profil cánh

song song thì H  2 rtg

Bởi vì ở phân tố nào đó của cánh thì bước chỉ phụ thuộc vào góc đặt cánh  nên từ nay về

sau ta sẽ đồng nhất hóa hai khái niệm góc đặt với bước của phân tố cánh

Ở các phân tố khác nhau thì góc đặt cũng khác nhau Để làm bước chung của cánh, người ta dùng góc đặt hoặc bước của phân tố cánh có bán kính tương đối r0,7 Góc đó được coi là góc đặt (bước) chung của CCM

Khi xoay cánh so với trục dọc của nó thì góc đặt bị thay đổi sự xoay cánh như vậy được thực hiện do có bản lề dọc trục Do đó bản lề dọc trục cánh của CCM dùng để thay đổi bước

2.2.5 Độ xoắn hình học của cánh

Là sự thay đổi góc đặt của các phân tố cánh theo bán kính của CCM

Ở gốc cánh góc đặt lớn nhất còn nhỏ nhất ở đầu cánh

Góc xoắn hình học cải thiện điều kiện làm việc của các phân tố cánh khác nhau, làm cho góc

va gần với góc va tối ưu Nhờ đó làm tăng được lực kéo của CCM lên 5 7% và làm tăng được tải trọng hữu ích của MBTT khi công suất khi công suất của động cơ không thay đổi

Được hiểu là khả năng cánh duy trì được hình dạng của nó

Khi độ cứng lớn thì ngay cả khi tải trọng mạnh cũng không làm cánh bị biến dạng

r Tại phân tố gốc cánh   max

Khi độ cứng nhỏ thì cánh mềm và dễ bị biến dạng, nghĩa là bị uốn và xoắn mạnh Nếu cánh quá mềm thì không đảm bảo được độ xoắn có lợi nhất và ảnh hưởng xấu đến đặc tính khí động của CCM

Để có độ cứng lớn cần tăng kích thước của các chi tiết chịu lực, do đó làm tăng trọng lượng của cánh Độ cứng lớn quá làm tăng sự chấn động của CCM

2.2.7 Diện tích quét của CCM

2.2.8 Phụ tải riêng trên diện tích quét

Là tỷ số giữa trọng lượng của máy bay với diện tích quét của CCM

Hệ số điền đầy  0,04 0,12 nghĩa là diện tích cánh chiếm 4 12% diện tích quét

Trong phạm vi nói trên, hệ số điền đầy càng lớn thì sức keo càng lớn, nhưng nếu vượt quá 0,1 thì lực cản quay tăng và hiệu suất của CCM giảm

M¸y bay NAVY MH-53E : 7 c¸nh M¸y bay MD-600: 6 c¸nh

M¸y bay US UH-60: 5 c¸nh M¸y bay Bell 407 : 4 c¸nh

M¸y bay Enstrom 480: 3 c¸nh M¸y bay Bell 206 L4: 2 c¸nh

Hình 15 Số cánh máy bay trực thăng

2.3 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CHỦ YẾU CỦA CCM

Điều kiện làm việc của CCM hay các chế độ làm việc của nó được xác định bằng vị trí của CCM trong dòng không khí Người ta phân biệt hai trường hợp chính: chảy bao dọc trục và chảy bao nghiêng

2.3.1 Chảy bao dọc trục

Là điều kiện làm việc của CCM khi đó trục may ơ của nó song song với dòng không khí không nhiễu chảy bao qua nó Ở chế độ chảy bao dọc trục, dòng không khí nhiễu chảy bao vuông góc với mặt phẳng quay của CCM Khi MBTT bay treo, bay lên hay hạ cánh theo phương thẳng đứng thì CCM làm việc ở chế độ chảy bao dọc trục

Đặc điểm cơ bản của chế độ chảy bao dọc trục là vị trí của cánh CCM quay so với dòng chảy bao qua chong chóng không thay đổi do đó lực khí động khi cánh chuyển động theo đường tròn không thay đổi

Hình 16 Các chế độ làm việc và góc va của CCM

2.3.2 Chế độ chảy bao nghiêng

Điều kiện làm việc của CCM khi đó dòng không khí chảy bao lên chong chóng không song song với trục may ơ Khi cánh chuyển động thì vị trí của nó so với dòng khí chảy bao qua chong chóng bị thay đổi liên tục Do đó tốc độ chảy bao đối với mỗi phân tố cánh và lực khí động của cánh cũng thay đổi Chế độ chảy bao nghiêng xảy ra khi MBTT bay ngang hoặc bay lên, bay xuống theo quỹ đạo nghiêng

Khi xác định chế độ làm việc thì vị trí của CCM trong dòng không khí rất có ý nghĩa Vị trí

đó được xác định bằng góc va của CCM

2.3.3 Góc va của CCM

Là góc A tạo bởi mặt phẳng quay của may ơ và véc tơ tốc độ bay hoặc của dòng không khí chảy bao qua chong chóng

Góc va dương nếu dòng chảy bao qua chong chóng từ dưới lên (H 16b) Nếu dòng chảy bao

từ trên xuống góc va âm (H 16c) Nếu dòng khí chảy bao lên chong chóng song song với mặt phẳng quay của may ơ – góc va bằng không (H 11d)

Có thể thấy sự liên hệ giữa chế độ làm việc của CCM và góc va như sau:

Ở chế độ chảy bao dọc trục, góc va của CCM o

A 90 , Ở chế độ chảy bao nghiêng

2.4 HỆ SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CCM

Để đặc trưng cho chế độ làm việc của

CCM người ta đưa ra đại lượng: Hệ số làm việc

của CCM , là tỷ số giữa hình chiếu của véc tơ

tốc độ bay lên mặt phẳng quay của may ơ và tốc

độ vòng của đầu cánh

V cos AR

 



Ở chế độ chảy bao dọc trục, khi V=0 (bay treo tại chỗ) hoặc CosA =0 (A 90o) có  0

do đó khi  0 thể hiện chế độ chảy bao dọc trục

Nếu  0 là chế độ chảy bao nghiêng Hệ số  càng lớn thì hiệu quả chảy bao nghiêng càng tăng

Hệ số  ở MBTT thay đổi từ 0 0, 4 Trong đa số các trường hợp góc va của CCM không quá 10 bởi vì o o

Cos10 1 nên có thể xác định  bằng công thức gần đúng  V / R

Hình 17 Hình chiếu véc tơ tốc độ bay trên

mặt phẳng quay của ống lót

V

Vấn đề về sự phát sinh lực kéo là vấn đề cơ bản khi nghiên cứu sự làm việc của CCM

Có một số lý thuyết giải thích sự phát sinh lực kéo Ta hãy xem xét bản chất vật lý của hai lý thuyết

3.1 LÝ THUYẾT XUNG CỦA CCM LÝ TƯỞNG

Ở lý thuyết này ta xem xét một CCM lý tưởng nghĩa là chong chóng làm việc không có tổn thất Năng lượng mà chong chóng thu được từ động cơ được chuyển hoàn toàn thành công vận chuyển khối lượng không khí dọc theo trục quay

Khi chong chóng quay ở CHẾ ĐỘ BAY TREO nghĩa là khi không có chuyển động tịnh tiến của MBTT và tốc độ của nó bằng 0, không khí bị CCM hút từ trên và xung quanh rồi đẩy xuống dưới tạo ra dòng không khí đi qua diện tích quét của CCM.(H.17)

Hình 17 Sự làm việc của chong chóng lý tưởng theo lý thuyết xung

Các thông số đặc trưng của dòng không khí này là tốc độ hút vi(tốc độ của dòng không khí

ở mặt phẳng quay của CCM), còn gọi là tốc độ cảm ứng; độ tăng áp suất trong dòng không khí P

và sự thay đổi tốc độ dọc theo trục quay

Khi không khí bị đẩy xuống phía dưới với lực T thì không khí tác dụng ngược trở lại chong chóng một lực trực đối T hướng lên phía trên Đó là lực kéo chong chóng

Theo cơ học, ta biết rằng lực bằng tích số giữa khối lượng của vật và gia tốc mà vật thu được dưới tác dụng của lực Do đó

đ

dVv

Từ đó, dùng các công thức (1) và (2) ta được:

Tm as m vs đ .F.v vi đ (3)

Để rút ra kết luận cuối cùng, cần xem xét quan hệ giữa tốc độ cảm ứng vi và tốc độ đẩy vđ

Vì ta xem xét sự làm việc của chong chóng lý tưởng nên có thể coi là công trong 1 giây (công suất) của động cơ tiêu thụ để quay CCM chuyển thành công trong 1 giây để CCM đẩy không khí:

đc i

Toàn bộ công này chuyển thành động năng của dòng không khí do CCM tạo ra:

2

s đ

m vE2

Cân bằng (4) và (5) :

2

s đ i

m vT.v

Cuối cùng vi vđ

2

Trong thực tế điều này xảy ra ở khoảng cách gần bằng bán kính của CCM

Kết luận: tốc độ đẩy bằng hai lần tốc độ cảm ứng

Đem thay vđ tìm được theo (6) vào (3) ta được:

 là phụ tải riêng trên diện tích quét, do ở chế độ bay treo T=G

Xu hướng hiện nay trong chế tạo MBTT là tăng trọng lượng bay của máy bay trong khi giữ cho các kích thước của CCM tương đối nhỏ, nghĩa là tăng phụ tải riêng trên diện tích quét Điều đó làm tăng tốc độ cảm ứng của dòng chảy qua CCM ở chế độ bay treo

Ví dụ: ở máy bay Mi-2 vi 10 m / s, ở máy bay Mi-8 là 12 m/s, còn máy bay Mi-26 là 16 m/s Chú ý rằng tốc độ đẩy gấp đôi các trị số kể trên nên bên dưới MBTT hạng nặng ở chế độ cất

- hạ cánh, tạo ra luồng không khí rất mạnh

Để làm sáng tỏ thêm quan hệ giữa lực kéo với tốc độ cảm ứng cần nghiên cứu lý thuyết khác giải thích sự phát sinh lực kéo của CCM

3.2 LÝ THUYẾT PHÂN TỐ CÁNH

2 i

T 2 .F.v

i

Tv

Theo lý thuyết này, mỗi phân tố cánh được xem như một cánh nhỏ chuyển động theo quỹ đạo cong với tốc độ u   r (H.18a)

Nếu profil cánh đối xứng và góc đặt cánh o

Độ lệch này và do đó tốc độ cảm ứng sẽ càng lớn nếu góc đặt phân tố cánh càng lớn và tốc

độ góc hay số vòng quay của CCM càng tăng (H.18b) Đem cộng véc tơ tốc độ vòng và tốc độ cảm ứng, ta thu được véc tơ tổng w u vi Góc  giữa dây cung của phân tố cánh và tốc độ tổng hợp gọi là góc va của phân tố cánh Các lực khí động xuất hiện trên CCM phụ thuộc vào góc va này (H.18c)

Nghiên cứu phổ chảy bao của phân tố cánh người ta thấy rằng nó hoàn toàn giống phổ chảy bao qua cánh máy bay thường Trên cơ sở đó có thể nhận thấy rằng áp suất của không khí tác dụng lên cánh từ dưới lên lớn hơn từ trên xuống Do hiệu số áp suất làm phát sinh lực kéo của toàn bộ chong chóng (H.18d) Tc T ; TT kc (k – số cánh; T - lực kéo của cánh.) c

Kết luận: Lực kéo của CCM tỷ lệ với hệ số lực kéo, diện tích quét của CCM, mật độ của

không khí và bình phương tốc độ vòng của đầu cánh

Ở một CCM nào đó, khi mật độ không khí không thay đổi, lực kéo được xác định bởi số vòng quay và hệ số lực kéo Hệ số lực kéo phụ thuộc vào bước của CCM (H.19)

Do đó, để tăng lực kéo của CCM cần tăng bước của nó hoặc tăng số vòng quay hay kết hợp

3.3 LỰC CẢN QUAY CỦA CCM

Các lực khí động tác dụng trong mặt phẳng quay của may ơ và có hướng ngược chiều quay gọi là lực cản quay

Trên mọi phân tố cánh đều xuất hiện lực cản quay phân tố

Cũng giống như lực cản chính diện của cánh , lực cản quay phân tố gần lực cản profil và lực cản cảm ứng

3.3.1 Lực cản profil Qp

Là lực khí động suất hiện do hiệu số áp suất của không khí ở phần trước và phần sau của cánh và do ma sát của không khí ở lớp biên (H.20a) Lực cản này phụ thuộc chủ yếu vào số vòng quay của CCM, trạng thái bề mặt cánh và dạng của profil Nó ít bị thay đổi khi thay đổi bước của chong chóng mang

3.3.3 Mô men cản của CCM

Trên mỗi phân tố cánh đều xuất hiện lực cản quay phân tố Sau khi đem cộng các lực cản quay phân tố của một cánh ta thu được tổng hợp lực của chúng: Qc Q (H.20c)

Trong đó:   Q Qp Qi

Bởi vì lực cản quay có hướng ngược chiều quay của chong chóng nên tổng hình học của chúng bằng không và không gây ra chuyển động tịnh tiến của chong chóng Nhưng các lực cản quay tạo ra mômen cản so với trục may ơ, gọi là mômen cản quay, M c

M Q r k

Ở đây rQ- bán kính áp tâm của cánh

Mômen cản phụ thuộc vào nguyên nhân gây ra nó, tức là nguyên nhân gây lực cản quay: nghĩa là phụ thuộc vào bước của chong chóng, số vòng quay, trạng thái bề mặt và dạng cánh, mật

mxi- Phần hệ số mô men xoắn do lực cản cảm ứng, phụ thuộc chủ

yếu vào bước của CCM

Từ công thức mômen xoắn yêu cầu và đồ thị quan hệ giữa hệ số mômen xoắn với bước có

thể rút ra kết luận: Mô men xoắn yêu cầu của CCM tăng khi bước, số vòng quay và mật độ không khí tăng

3.4.2 Công suất yêu cầu để quay CCM

Có thể tính được từ công để khắc phục lực cản quay của một cánh và công để khắc phục mômen cản của toàn bộ chong chóng (H.22)

Công để khắc phục lực cản quay của một cánh sau một vòng quay của CCM:

Sự cân bằng này là điều kiện để số vòng quay không thay đổi

Nếu Ntđ Nyc thì số vòng quay của CCM tăng, còn

Nếu NtđNyc thì số vòng quay giảm

3.5 ĐIỀU KHIỂN SỐ VÕNG QUAY CỦA CCM

Số vòng quay của CCM bị thay đổi cả khi thay đổi công suất truyền động lẫn khi thay đổi

mô men cản của CCM Khi số vòng quay thay đổi thì lực kéo do CCM tạo ra cũng thay đổi

Vấn đề đặt ra là:

1- Để tăng lực kéo thì bằng cách tăng số vòng quay hay tăng lưới có lợi hơn?

2- Làm thế nào để duy trì số vòng quay tối ưu của CCM khi thay đổi trị số lực kéo của nó

Để trả lời câu hỏi 1, ta hãy nghiên cứu “sức kéo riêng” của CCM

“Sức kéo riêng” của CCM là tỷ số giữa lực kéo do CCM tạo ra và công suất yêu cầu để quay nó

yc

TqN

Sức kéo riêng càng lớn thì CCM càng hoàn hảo

Thay vào (12) trị số của lực kéo từ công thức (9) và công suất yêu cầu (10) và (11) ta có :

2 2 T

T

3 3 xx

2q

Kết luận này rất quan trọng, giải thích tại sao trên MBTT người ta lại dùng hộp giảm tốc của CCM một cách nặng nề và phức tạp như vậy Hộp giảm tốc này cho phép nối trục của CCM quay với tốc độ nhỏ với trục của động cơ quay với tốc độ lớn hơn 10-15 lần tốc độ của CCM

Như vậy ta đã xác định rằng CCM nên quay với số vòng quay nhỏ, còn để tăng lực kéo thì nên tăng bước

Nhưng khi tăng bước thì lại làm tăng mômen cản và công suất yêu cầu Điều đó có nghĩa là

để số vòng quay của CCM không thay đổi thì khi thay đổi bước cần đồng thời thay đổi công suất truyền động cho chong chóng (thay đổi Nđc bằng cách nào khi Nđc thay đổi?)

CCM và động cơ cần được điều khiển đồng thời Việc điều khiển như vậy được thực hiện nhờ một tay đòn chuyên dùng, gọi là tay “bước-ga” Tay đòn này được đặt nghiêng, bên trái chỗ ngồi của phi công Nếu tay đòn “bước-ga” được đẩy lên phía trên thì bước của CCM và công suất của động cơ tăng đồng thời, số vòng quay của CCM không thay đổi Ở trên đầu tay đòn này có đặt một tay quay nhỏ để dịch chỉnh ga Bằng cách xoay tay quay này có thể chỉ thay đổi công suất của động cơ và do đó số vòng quay của CCM

3.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG TÁC DỤNG CỦA MÔMEN CẢN Ở CCM

Mômen cản kìm hãm chuyển động quay của CCM và làm cho MBTT bị xoay về phía ngược chiều quay của CCM Có nhiều phương pháp khác nhau để cân bằng tác dụng của mômen cản

Ở MBTT một chong chóng mang thì mômen cản được cân bằng bởi mômen do lực kéo của chong chóng lái (CCL) tạo ra

Bởi vì MBTT xoay xung quanh trọng tâm nên mômen lực kéo của CCL được xác định so với trục thẳng đứng của MBTT

MBTT sẽ không quay xung quanh trục thẳng đứng nếu mômen cản bằng mômen lực kéo của CCL, xác định theo công thức Mccl  T lccl ccl

Ở đây lccl là khoảng cách từ trọng tâm của MBTT đến CCL

Hình 23 Cân bằng mômen cản của CCM ở MBTT một chong chóng

Từ công thức NycM c có thể xác định trị số mômen của CCM và cho cân bằng với mômen lực kéo của CCL:

ccl

M T

l



Bây giờ ta đã thấy rõ tác dụng của CCL ở MBTT một chong chóng mang dùng để tạo ra mômen của lực kéo cân bằng với mômen cản của CCM, giữ cho MBTT không bị xoay xung quanh trục thẳng đứng Bằng cách thay đổi lực kéo của CCL và mômen của nó so với trục thẳng đứng của MBTT mà thực hiện được việc điều khiển đường bay của MBTT

Ở MBTT có hai CCM thì tác dụng xoay của các mômen cản được tự động khắc phục Các CCM quay trái chiều nhau và các mômen cản của chúng sẽ cân bằng lẫn nhau

3.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN MÔMEN XOẮN TỪ ĐỘNG CƠ TỚI CCM

Theo phương pháp tạo và truyền mômen xoắn, các MBTT hiện đại có thể chia thành hai nhóm:

1-Cánh quay 7-Khớp các đăng

3.7.1 Ở Máy bay trực thăng có truyền động phản lực

Các động cơ được bố trí trên các đầu cánh của CCM Khi đó trị số của mômen xoắn bằng tích số giữa lực đẩy của động cơ phản lực với bán kính của CCM và số cánh

x đc

Mômen xoắn cân bằng trực tiếp với mômen cản quay nên MBTT không bị xoay MBTT có truyền động phản lực có đặc điểm là có cấu tạo đơn giản và có trọng lượng nhỏ, không phải tiêu hao công suất để quay CCL, độ rung động nhỏ và có khả năng thu được lực kéo của CCM lớn khi lực đẩy của động cơ phản lực nhỏ

Để làm động cơ trên đầu cánh có thể dùng bất cứ loại động cơ phản lực nào Nhưng hiện nay người ta thường dùng truyền động khí nén, nghĩa là trên các đầu mút cánh đặt các vòi phản lực được cung cấp khí nén từ động cơ tuabin khí hoặc từ máy nén khí chuyên dùng

Máy bay có truyền động phản lực có những nhược điểm cơ bản: lượng tiêu hao nhiên liệu cao, hiệu suất truyền động phản lực nhỏ (2-3%) Cấu tạo của may ơ và cánh phức tạp vì phải bố trí ống dẫn trong đó Việc chế tạo các động cơ phản lực làm việc chắc chắn khi có lực li tâm lớn tác dụng lên nó và khi chiều của dòng không khí thay đổi là rất phức tạp Và cuối cùng – do có các động cơ bố trí trên các cánh nên các đặc tính khí động của CCM bị xấu đi

Hình 24 Các phương pháp truyền công suất cho CCM

3.7.2 Các máy bay có truyền động cơ khí

Mômen xoắn từ động cơ đƣợc truyền tới CCM và CCL nhờ cơ cấu dẫn động (H.24b)

Cơ cấu dẫn động bao gồm những bộ phận chính: các hộp giảm tốc, các trục, gối đỡ và các loại khớp nối trục, khung bệ của các hộp giảm tốc, phanh hãm CCM

Hình 25 Các cơ cấu truyền mômen xoắn của MBTT MD5 loại dùng ống phụt ở đuôi

Nhóm các hộp giảm tốc gồm có: Hộp giảm tốc của CCM, hộp giảm tốc trung gian, hộp giảm tốc của động cơ MBTT, hộp giảm tốc của CCL

Bộ phận truyền động của MBTT có trọng lƣợng đáng kể, vì vậy việc làm giảm trọng lƣợng của từng bộ phận có ý nghĩa quan trọng

3.8 CÔNG SUẤT HIỆU DỤNG – SỬ DỤNG CỦA CCM

3.8.1.Các tổn thất công suất từ động cơ tới CCM

Công suất tiêu thụ để quay CCM đƣợc truyền từ động cơ qua hệ thống truyền động tới chong chóng Nhƣng CCM không thế nhận đƣợc từ động cơ toàn bộ công suất do nó tạo ra, bởi vì một phần công suất đó đƣợc tiêu thụ vào những mục đích khác và không đƣợc truyền tới CCM

Tổng các tổn thất công suất bao gồm: để quay CCL, để quay quạt gió làm mát cho động cơ,

để khắc phục ma sát trong các bộ phận truyền động, để truyền động cho các thiết bị phụ, để thông thoáng thân máy bay và các bộ phận khác của MBTT

Ta hãy nghiên cứu trị số của các tổn thất này hay sự cân bằng năng lƣợng của MBTT: Công suất tiêu thụ

- Để quay CCL :N - trung bình khoảng 8% công suất động cơ ccl

- Để quay quạt gió: N - trung bình khoảng 5% công suất động cơ q

- Do ma sát trong bộ truyền: N - trung bình khoảng 7% công suất động cơ ms

- Truyền động cho các cơ cấu phụ: Nccp- trung bình khoảng 1% công suất động cơ

- Để thông thoáng các bộ phận: N - trung bình khoảng 2% công suất động cơ th

3.8.2.Công suất sử dụng của MBTT

Phần công suất của động cơ đƣợc truyền đến CCM gọi là công suất sử dụng N Nó đƣợc sdxác định nhƣ hiệu số giữa công suất có ích của động cơ N và tổng các tổn thất công suất đc 

  ; do đó Nsd .Nđc Hiệu số 1   tt gọi là hệ số tổn thất công suất

Công suất có ích của động

cơ hầu nhƣ không phụ thuộc vào

tốc độ bay

Tổng các tổn thất giảm khi

tăng tốc độ bay đến 80 100 km / h và lại tăng khi tốc độ bay tăng

Công suất sử dụng tăng khi tốc độ bay tăng tới 80 100 km / h nhƣng sau đó giảm

Với đa số MBTT, công suất sử dụng của CCM đạt trị số tối đa khi tốc độ bay từ

cclN

q

N

msN

ccp

N

sd maxN

Hình 26 Quan hệ giữa công suất sử dụng

của CCM với tốc độ bay của MBTT

Hình 27 Sự làm việc của CCM khi bay lên thẳng đứng

Chong chóng mang chuyển động lên phía trên với tốc độ v Theo nguyên lý thuận nghịch y

có thể nói rằng dòng không nhiễu chảy bao lên chong chóng mang với tốc độ của dòng v1 vi vyNếu lưu lượng khối của không khí, ms .F.v1 thì lực kéo Tm vs đ hoặc T .F.v vi đ Nhưng vì đẳng thức vđ 2.vi cũng đúng theo trường hợp bay lên thẳng đứng nên lực kéo

Theo mức độ tăng của tốc độ thẳng đứng mà tốc độ cảm ứng giảm Vì vậy lực kéo của CCM lại bị giảm tới trị số mà CCM đã có khi bay treo, trước khi tăng bước chung: TblcTtreo

Tóm lại, có thể nói rằng để chuyển từ bay treo sang bay lên thẳng đứng phi công cần tăng bước chung đồng thời tăng công suất truyền động cho CCM nhưng giữ cho lực kéo của CCM không thay đổi

Sự giảm lực kéo của CCM khi MBTT đã bay lên cao với tốc độ v nào đó có thể giải thích yvới quan điểm cánh phân tố: Khi MBTT bay treo, góc va của cánh phân tố phụ thuộc vào bước và tốc độ cảm ứng của dòng chảy (H.18b) Khi tăng tốc độ bay lên cao v thì góc va của phân tố cánh y

ở CCM bị giảm, do đó hệ số lực kéo và chính lực kéo của CCM bị giảm, bởi vì

3.9.2.Lực kéo của CCM khi hạ cánh thẳng đứng

Khi hạ cánh thẳng đứng (H.28a) dòng không nhiễu chảy bao qua CCM từ dưới lên với tốc độ

Hình 28 Sự làm việc của CCM khi hạ cánh thẳng đứng

Nhỏ hơn so với khi bay treo do v1vi

Để chuyển từ bay treo sang chế độ hạ cánh thẳng đứng phi công cần giảm bước của CCM Khi đó lực kéo của CCM giảm và công suất truyền động cho CCM cũng giảm dù số vòng quay của CCM không thay đổi

Nhưng khi MBTT chuyển sang chế độ hạ thấp theo phương thẳng đứng thì tốc độ cảm ứng lại tăng khiến cho lực kéo tăng tới trị số đã có trước khi giảm bước: ThcTtreo

Sự tăng lực kéo của CCM khi MBTT đã chuyển sang hạ thấp thẳng đứng với tốc độ v nào y

đó cũng có thể giải thích bởi quan điểm cánh phân tố (H.28b) Do có tốc độ hạ thấp thẳng đứng mà góc va của các phân tố cánh lại tăng, làm tăng hệ số C và lực kéo của CCM T

Bên dưới CCM có hai dòng chảy Dòng cảm ứng do CCM đẩy ra và dòng không khí nhiễu tạo ra do sự hạ thấp của MBTT Sự gặp nhau của hai dòng này làm xuất hiện chuyển động xoáy không ổn định, làm rung giật CCM và làm xấu tính điều khiển



Giải phương trình này ta được:

Toàn bộ diện tích quét của chong chóng mang đều tham gia vào việc tạo ra lực kéo;

Chong chóng mang lý tưởng đẩy dòng không khí xuống phía dưới với tốc độ cảm ứng như nhau đối với tất cả các phân tố cánh

Ở chong chóng thực:

Có lực cản quay profil, để khắc phục lực cản quay này công suất yêu cầu

để tạo ra lực kéo ở chong chóng mang thực lớn hơn ở chong chóng mang lý tưởng khoảng 25%;

Không phải toàn bộ diện tích quét của CCM đều tham gia vào việc tạo ra lực kéo do ở may ơ và gốc cánh không có mặt mang Không khí chảy ngược từ vùng tăng áp bên dưới chong chóng mang vào vùng hạ áp ở bên trên nó Ở đầu cánh cũng xảy ra hiện tượng tương tự, gây ra tổn thất ở gốc và đầu cánh (H.29a)

2

y y i

Hình 29 Các tổn thất ở chong chóng thực