Tại sao máy bay có thể bay được ?

[Kuin Sukoagoa]

Tại sao máy bay có thể bay được ?
​

Hiện nay các máy bay có thể chia làm 2 loại căn bản:

1- Máy bay phản lực: Ở loại máy bay này tác nhân chính để máy bay có thể bay được chính là phản lực của dòng khí thải thoát ra từ động cơ turbin phản lực gắn trên máy bay (nếu đã từng đi hoặc đã nhìn thấy máy bay khách trên hình, Bạn sẽ thấy rất rõ 2 động cơ này được gắn trên 2 cánh máy bay). Động cơ turbin phản lực thường được dùng làm động cơ đẩy cho máy bay: không khí được nén ở áp suất cao trước khi đưa vào buồng đốt. Ở đây không khí được trộn với nhiên liệu và được đốt cháy. Sản phẩm khí sau quá trình cháy có nhiệt độ và áp suất khá cao và khi thoát ra ngoài theo ống thoát khí nó sẽ tạo 1 lực đẩy giúp máy bay tiến về phía trước. Ngoài ra 2 cánh máy bay được thiết kế theo 1 hình dạng đặc biệt sao cho khi máy bay lướt về phía trước thì tốc độ dòng không khí lướt bên trên cánh lớn hơn nhiều so với tốc độ dòng khí lướt bên dưới cánh (biên dạng mặt trên cánh lớn hơn mặt dưới) . Chính sự chênh lệch về tốc độ dòng khí này là nguyên nhân khiến cho áp suất bên trên và bên dưới cánh khác nhau (nguyên lý Becnuli) để tạo lực nâng cho máy bay. Lưc nâng này tỉ lệ với bình phương vận tốc và diện tích cánh máy bay. Khi máy bay muốn cất cánh, nó cần phải chạy trước 1 quãng đường nhằm đạt được vận tốc cần thiết thì mới có thể cất cánh được. Khi cất cánh, 2 cánh máy bay được điều khiển để thay đổi góc nâng nhằm thay đổi lực nâng.

2- Máy bây trực thăng: về nguyên lý tạo lực nâng thì máy bay trực thặng hoàn toàn giống với máy bay phản lực, nghĩa là lực nâng máy bay cũng chính là lực nâng khi động học (còn gọi là lực nâng Zhukovski). Điều khác nhau ở đây là: với máy máy phản lực (máy bay có cánh cố định) sự chuyển động tương đối giữa không khí và cánh nâng là do chuyển động của chính bản thân máy bay, như đã trình bày ở trên. Khi máy bay phản lực không đủ vận tốc thì lực nâng sẽ giảm và máy bay sẽ rơi (nên máy bay phản lực không thể đứng 1 chỗ như máy bay trực thăng). Còn ở máy bay trực thăng thì cánh nâng chính là những cánh quạt (6 hoặc 8 cánh) quay quanh 1 trục cố định. Sự chuyển động tương đối giữa không khì và cánh nâng có được nhờ sự chuyển động quay tròn của cánh quạt và nó tạo lực nâng cho máy bay (nếu chú ý, Bạn sẽ thấy trên máy bay trực thăng còn có thêm 1 cánh quạt ở phía sau đuôi. Nhưng thực ra cánh quạt này không đóng góp gì vào lực nâng của máy bay. Khi trục cánh quạt chính quay sẽ tạo ra một phản lực ngược chiều lên máy bay trực thăng, cánh quạt đuôi này nhằm chống lại phản lực đó và góp phần vào sự chuyển hướng của máy bay. Nếu gãy cánh quạt này, lập tực máy bay sẽ bị quay mòng mòng ngay. Một số máy bay trực thăng không có cánh quạt đuôi, nhưng thực tế nó có 1 van tiết lưu ở đuôi và dòng khí phụt ra từ nó sẽ có tác dụng chống xoay). Muốn di chuyển về phía trước hay lui về phía sau, phi công phải thay đổi góc nâng của cánh quạt nhằm tạo lực đẩy về phía trước (hay phía sau).

Ở đây Bạn đã thấy rằng sự tạo lực nâng của máy bay phản lực và máy bay trực thăng rất khác nhau. Ở máy bay phản lực, trừ lúc cất cánh, thì chỉ 1 phần nhỏ công suất được dùng vào việc tạo lực nâng, còn phần lớn được sử dụng vào việc đẩy máy bay tiến về phía trước, và do đó máy bay có thể di chuyển với vận tốc khá lớn. Còn với máy bay phản lực thì ngược lại, phần lớn công suất của nó được sử dụng vào việc tạo lực nâng và chỉ 1 phần nhỏ được sử dụng vào việc tạo lực đẩy. Vì vậy máy bay trực thăng có thể chở rất nặng nhưng vận tốc thì kém xa. Dây chính là sự khác nhau về công suất và tính năng của 2 loại máy bay này. Tuy hiệu suất khí động học của máy bay trực thăng kém hơn nhiều so với máy bay phản lực dẫn đến chi phí nhiên liệu cao hơn, nhưng chính khả năng cơ động linh hoạt, có thể bay với vận tốc thấp, thậm chí đứng yên và khả năng cất cánh, hạ cánh không cần đường băng của máy bay trực thăng lại là cái mà máy bay phản lực hoàn toàn không thể thay thế được.

3- Một số máy bay được thiết kế tích hợp tính năng của cả 2 loại máy bay này. Hồi còn nhỏ tôi có được đọc 1 tài liệu (lâu quá rồi nên không nhớ chi tiết) rằng trong thế chiến thứ 2, phát - xít Đức đã từng phát minh ra 1 loại máy bay chiến đấu có khả năng cất cánh, hạ cánh như 1 máy bay trực thăng, nhưng sau khi cất cánh nó lại có khả năng bay như 1 máy bay phản lực. Loại máy bay này đã gây bất ngờ và gây khá nhiều thiệt hại cho phe Đồng minh)
Tĩnh học:

1. Vật cân bằng khi tổng lực tác động vào vật bằng 0,
2. Khi tổng lực bằng 0 thì hoặc là vật đứng yên hoặc chuyển động đều mãi mãi,
3. Vật tự do trong không gian thì có 6 bậc tự do nói cách khác là nó có 6 chuyển động

Động lực học:

• Lực sinh ra chuyển động và chuyển động là kết quả của lực tác dụng

Xét sơ bộ về máy bay:

• Theo phương thẳng đứng gần như không có chuyển động ==> Tổng lực tác động = 0 có nghĩa là phải có một lực nào đó sinh ra để cân bằng với trọng lượng của máy bay.
• Theo phương bay có chuyển động ==> 2 trường hợp có thể xảy ra:

[blockquote]

1. Chuyển động đều --> Có một lực cân bằng với lực theo phương máy bay (chủ yếu là lực cản)
2. Chuyển động có gia tốc --> lực sinh ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn lực cản

[/blockquote]
Tóm lại máy bay bay được có nghĩa là có chuyển động, mà theo các định luật cơ học chuyển động là kết quả của lực tác động như vậy máy bay bay được là do có lực tác động và nó.

Đối với máy bay cánh bằng:

1. Lực theo phương thẳng đứng sinh ra là lực khí động
2. Lực theo phương bay sinh ra là do sức đẩy của động cơ

Đối với máy bay trực thăng:

• Lực theo phương thẳng đứng cũng như theo phương bay đều do cánh quạt sinh ra

Đây là giải thích sơ lược về tại sao máy bay lại bay được. Nếu muốn hiểu sâu hơn thì phải tìm hiểu xem lực khí động là gì tại sao lại có lực khí động, động cơ có thể sinh ra lực đẩy bằng cách nào, chong chóng quay tại sao lại sinh ra lực
Tất cả các yếu tố trên nếu ai học về hàng không sẽ biết rõ. Nếu ai chưa hiểu thì sẽ thắc mắc thêm

Máy bay thắng được trọng lực và bay lên được là nhờ lực nâng khí động động học hay còn gọi là lực nâng Zhukovski. Là kết quả của sự chênh lệch áp suất không khí tại mặt trên và mặt dưới của vật thể (cánh máy bay) khi dòng khí chuyển động chảy bao bọc qua vật thể. Để có lực nâng khí động học thì thiết diện vật thể (cánh) phải không đối xứng qua trục chính và đường biên của mặt trên phải lớn hơn của mặt dưới, những vật thể có hình dạng thiết diện như vậy được gọi là có hình dạng khí động học. Khi không khí chảy bao quanh hình khí động sẽ có lực nâng khí động học và đồng thời xuất hiện lực cản. Hình khí động học nào cho hiệu ứng lực nâng càng cao mà lực cản càng ít thì được coi là có hiệu suất khí động học càng tốt. Đối với chất lỏng hiệu ứng cũng tương tự (thuỷ động học).

Khi không khí chảy qua hình khí động là cánh, tại mặt dưới sẽ có áp suất cao hơn so với mặt trên và hệ quả là sẽ xuất hiện một lực tác động từ dưới lên vuông góc với cánh. Lực nâng có độ lớn bằng diện tích cánh nhân với chênh lệch áp suất hai mặt. Độ chênh lệch áp suất phụ thuộc vào hình dạng thiết diện cánh tức là phụ thuộc vào hiệu suất khí động học của cánh, góc tấn (góc chảy của không khí tương đối với vật khí động – tiếng Pháp: (Incidence aérodynamique) và vận tốc dòng chảy. Như vậy khi vận tốc dòng chảy đạt đến độ lớn nào đó thì chênh lệch áp suất (đồng nghĩa với lực nâng) sẽ đủ để thắng trọng lực và vật thể có thể bay lên được. Muốn có lực nâng đủ thì vận tốc và diện tích cánh phải đủ: cánh càng rộng thì máy bay có thể cất cánh với vận tốc nhỏ hơn, ngược lại cánh càng nhỏ thì đòi hỏi vận tốc càng lớn để cất cánh.

Trong máy bay có cánh cố định vật thể khí động học để tạo lực nâng là đôi cánh của máy bay được gắn cố định vào thân. Vận tốc ngang của máy bay (cũng đồng nghĩa với vận tốc dòng chảy) có được nhờ lực tác động ngang sinh ra nhờ động cơ (có thể thông qua cánh quạt hoặc dòng khí phản lực). Động cơ quay cánh quạt (hoặc phụt dòng khí phản lực) sẽ tạo phản lực đẩy máy bay chuyển động tương đối với không khí về phía trước, khi chuyển động tương đối như vậy cánh máy bay sẽ bị dòng khí chảy bao bọc xung quanh và tạo hiệu ứng lực nâng khí động học tác động từ dưới lên, khi vận tốc máy bay đạt đến giá trị nào đó lực nâng sẽ đủ lớn để thắng trọng lực và máy bay sẽ bay được.

Còn đối với máy bay trực thăng cánh nâng là cánh quạt nâng nằm ngang, nó đồng thời còn để tạo lực đẩy ngang làm trực thăng chuyển động ngang.

Như vậy đối với máy bay có cánh cố định thì lực nâng chỉ có khi có đủ vận tốc, mất vận tốc sẽ mất lực nâng (thất tốc) nên máy bay không thể bay đứng một chỗ. Trực thăng cũng theo nguyên tắc lực nâng khí động học nhưng các cánh nâng là cánh quạt ngang quay xung quanh trục nên vẫn đảm bảo chuyển động tương đối với không khí và có lực nâng khi trực thăng vẫn đứng yên nên trực thăng có thể bay đứng một chỗ.​

Tại nó có cánh quạt đủ mạnh để bứt khỏi lực hút trái đất ?

Nguyên lý cơ bản nhất (cơ bản của cơ bản): chênh lệch áp suất do dòng không khí lưu thông qua mặt cong khác với mặt phẳng.
Ví dụ: mũ lưỡi trai dễ bị bay khỏi đầu cho dù đội thuận hay xoay ngược ra sau.

Sưu tầm.
​