Máy Bay - Cơ Chế Vận Hành
Trong chúng ta, không ít bạn đã,sắp hoặc sẽ một hoặc ... n lần đi máy bay. Máy bay là thiết bị tuyệt
vời nhất con người tạo ra ở thời điểm hiện nay, Chúng thoả mãn ước mơ của cha ông chúng ta về
cách làm chủ bầu trời từ thời mông muội xa xưa. Khi chúng ta bước lên chiếc 747 ?" một con chim
sắt khổng lồ đúng nghĩa có thể mang đến 500 - 600 hành khách.
Aerodynamic Forces
Trước khi chúng ta đi sâu vào nghiên cứu làm cách nào mà máy bay có thể giữ thăng bằng và bay
trên không trung. Chúng ta cùng nhìn vào 4 tác động cơ bản của khí động lực học: Lift, Weight,
Thrust, Drag. ( Lực nâng, Trọng Lực, Lực Kéo và Lực Cản )
Straight and Level Flight
Mục đích để máy bay bay thẳng và có độ cao, thì 4 tác động cơ bản của khí động lực học: Lift,
Weight, Thrust, Drag phải tuân theo mối quan hệ:
Thrust = Drag
Lift = Weight
Khi Drag > Thrust máy bay sẽ Slow Down ( Giảm tốc )
Khi Thrust > Drag máy bay sẽ Speed Up ( Tăng tốc )
Khi lực nâng ( Lift ) thấp hơn trọng lực ( Weight ), máy bay sẽ Descend ( Hạ Độ Cao ) , khi tăng dần
lực nâng ( Lift ), phi công có thể làm cho máy bay climb (Leo Độ Cao)
Thrust
Lực đẩy của không khí ( Thrust ) ?" Lực đẩy máy bay về phía trước tạo ra bởi động lượng của khối
không khí chuyển động phía sau nó, mục đích để khắc phục Drag (Thrust và Drag trong hình nằm ở
vị trí ngược chiều nhau). Lực đẩy phản lực: Lực đẩy phản lực đẩy máy bay tiến về phía trước, tạo ra
bởi tương tác phản lực ( Định luật III Newton ) giữa động lượng của khối khí cháy phụt ra từ sau
động cơ với máy bay hay bởi lực tương tác khí động giữa cánh quạt với môi trường không khí. Máy
bay tạo ra lực Thrust bằng cách sử dụng: Cánh quạt ( Propellers ), Động cơ phản lực ( Jet Engines )
hay Rocket.
Drag
Lực cản ?" Tác động lên máy bay, song song và ngược chiều với Vectơ vận tốc tương đương đối của
dòng khí. Có thể đo được lực cản này nhờ xác định tốc độ giảm của Mômen động lượng của dòng
khí phía trước và phía sau đối tượng nghiên cứu.
Sau khi cất cánh vì sao máy bay phải xếp bánh vào bên trong thân?
Câu trả lời rất đơn giản, đó là làm giảm lực cản ( Drag ), giống như người trượt tuyết trên một con
dốc, phi công cũng thế - Họ làm cho máy bay ?onhỏ? bằng mọi cách để hạn chế Drag. Giả sử khi
bay với tốc độ cao, bánh máy bay không được cất, lúc đó lực Drag tác động vào phần càng máy bay
là rất lớn, có thể dẫn đến xé tọac máy bay.
Weight
Trọng lực ?" Lực hút hướng tâm của trái đất tác dụng vào một vật thể nằm trong trọng trường của nó
gọi là trọng lực của vật thể đó. Trọng lượng bằng tích khối lượng vật thể và gia tốc trọng trường tại vị
trí đặt vật thể. Mọi vật trên trái đất đều có trọng lượng.
Lift
Lực nâng ?" Là một trong các lực khí động tác động lên máy bay, có hướng ngược với hướng trọng
lực và được tạo ra do sự chênh lệch áp suất dòng khí giữa phần trên và phần dưới cánh máy bay.
Basic Scientific Principles Behind Jet Propulsion
The Longer Path Explanation ( Also Known As The Bernoulli Or Equal Transit Time Explanation
)
Định Luật Bernoulli: nêu lên mối quan hệ giữa áp lực, vận tốc và các yếu tố trọng lực trong chuyển
động của chất lỏng và chất khí ( Gọi chung là chất dẫn lưu - Fluids ). Được phát biểu như sau: Đối
với một dòng ổn lập của chất dẫn lưu không ma sát không nén được, thì năng lượng của dòng ( Bao
gồm động năng, thế năng, và nội năng ) là không đổi dọc theo dòng chảy của nó. Có thể phát biểu
chính xác hơn như sau: Trong chuyển động dừng, không xóay của chất dẫn lưu lý tưởng thì tổng của
áp suất thủy tĩnh, áp suất động và áp suất do chiều cao là hằng số dọc theo một đường dòng nào đó.
Biểu thức của định luật:
Định luật này có thể tổng quát hóa cho cả dòng chảy của chất dẫn lưu chịu nén, và nó được dùng để
giải thích sự tạo thành lực nâng trên cánh.
Như trên hình vẽ bề mặt trên cánh cong hơn bề mặt dưới cánh. Khi các hạt không khí di chuyển đập
vào mép trước cánh ( Leading Edge Of The Wings ) sẽ chia thành hai dòng trên và dưới. Chúng ta
hãy hình dung 2 hạt không khí gần nhau khi đập vào Leading Edge chia thành hai hướng sau đó
chúng lại quay lại gần nhau tại mép sau cánh ( Trailing Edge Of the Wings ). Khi các hạt di chuyển
trên bề mặt cánh với khoảng cách xa hơn nhưng trong cùng khoảng thời gian so với các hạt di
chuyển dưới cánh, điều đó có nghĩa các hạt phía trện di chuyển với vận tốc cao hơn.
Định luật Bernoulli suy ra: Dòng không khí di chuyển nhanh hơn sẽ tạo ra một áp lực ( Áp Suất -
Pressure ) trên bề mặt cánh thấp hơn, trong khi dòng khí di chuyển chậm hơn sẽ tạo ra một áp lực
lớn hơn dưới bề mặt cánh. Chính sự chênh lệch áp suất này sẽ ?oSucks? cánh máy bay lên ( Hay
đẩy cánh máy bay lên ?)
The Newtonian Explanation ( Also Known As The Momentum Transfer Or Air Deflection
Explanation)
Newton?Ts Third Law Of Motion ( Đnh Lut III Newton V Chuyn Đng, Đnh Lut V Phn
Lc ): Định Luật III Newton nói về mối tương tác qua lại giữa hai đối tượng. Được phát biểu: Nếu
một vật bị vật khác tác dụng một lực, thì nó sẽ tác dụng trở lại vật đó với một lực tương tự ( cùng
phương, ngược chiều và cùng độ lớn ) và được gọi là phản lực.
Isaac Newton cho rằng các phân tử không khí giống như các hạt riêng lẻ, khi các hạt này va chạm
vào dưới bề mặt cánh giống như đạn khẩu Shot-Gun bắn vào một miếng kim lọai. Các hạt riêng lẻ
này khi va chạm bề mặt dưới cánh sẽ bị nảy và làm lệch hướng xuống dưới. Khi các hạt va chạm
dưới bề mặt cánh chúng đã truyền một số xung lượng cần thiết để nâng cánh lên.
Interesting Things About Wings
- Có rất nhiều thú vị xung quanh cánh: Wing Shape ( Hình Dạng Cánh), The Angle Of Attack ( Góc
Tấn), Flaps ( Cánh Tà ), Slats ( Cánh Tà Trước, Cánh Đệm Trước )
Wing Shape ?" Bề mặt dạng cánh tạo lực nâng khí động lực chính cho máy bay.
Như trong hình vẽ, dạng cánh phía trên dành cho các loại máy bay nhào lộn. Dạng cánh dưới dành
cho máy bay chiến đấu. Tuy nhiên cả hai dạng đều đối xứng trên và dưới.
Angle Of Attack ?" Góc tấn là góc nhọn tạo bởi hướng tới của dòng khí và dây cung khí động Profin
( Biên Dạng ) cánh.
+ Absolute Angle Of Attack ( Góc Tấn Tuyệt Đối) ?" Là góc tấn của Profin cánh khi lực nâng bằng
không.
+ Critical Angle Of Attack ( Góc Tấn Tới Hạn ) ?" Là góc tấn mà ở đó xảy ra sự biến đổi đột ngột dòng
khí chảy qua cánh và ứng với nó là sự biến đổi đột ngột của lực nâng và lực cản.
+ Effective Angle Of Attack ( Góc Tấn Tối Ưu ) ?" Là góc tấn mà ở đó cánh tạo ra lực nâng tối ưu ứng
với một dòng chảy hai hướng của không khí.
Zero Angle Of Attack
Shallow Angle Of Attack
Airplane Angle Steep
Flap ( Cánh Tà ) ?" Cánh tà điều khiển phụ, gắn trên cánh máy bay và nếu đựơc thả ra khi đang bay
sẽ làm tăng lực cản và lực nâng trên cánh. Do có thể điều chỉnh góc thả cánh tà nên có thể tận dụng
đựơc ưu thế của lực nâng, lực cản hoặc cả hai lực này ( Ứng với các góc thả khác nhau ) để điều
khiển máy bay trong những giai đọan khác nhau của chuyến bay. Việc thả cánh tà với góc thích hợp
có tác dụng làm tăng lực cản cho phép làm máy bay giảm nhanh độ cao, hoặc làm tăng lực nâng khi
cất cánh hoặc khi máy bay bay ở vận tốc nhỏ.