Một số điều cần biết về máy bay trực thăng.
Một số điều cần biết về máy bay trực thăng.
Trước tiên, chúng ta sẽ xem tại sao máy bay bay được.
Chúng ta cùng nhìn vào mặt cắt (về cơ bản) của các loại cánh máy bay: (gân cánh)
Chúng ta có thể thấy đường đi của dòng khi ở mặt trên của cánh dài hơn đường đi của dòng khi phía dưới cánh. Và theo định luật BERNOULLI (của Daniel BERNOULLI) ta có thể nói áp suất bên dưới cánh cao hơn áp suất phía bên trên cánh, và nhờ vậy xuất hiện lực nâng, ta tạm gọi là Fb. Fb phụ thuộc vào vận tốc tương đối của cánh với dòng khí, khi đạt đến một vận tốc nhất định, Fb sẽ thắng được trọng lực P và hấp máy bay bay. Những chiếc trực thăng đầu tiên, có cánh quạt với gân cánh được cấu tạo với hình dạng cơ bản giống hình trên. Nhưng một vấn đề nảy sinh đó là lực nâng của cánh quá lớn, nên chỉ phù hợp cho máy bay bay chậm (hoặc trực thăng có cánh quạt quay chậm) trong khi ấy cánh quạt quay lại không thích hợp với trực thăng (Chúng ta sẽ tìm hiểu lý do ở phần sau) Vì vậy cánh trực thăng phần lớn có hai mặt cong đều nhau (symetrical profil) và để tạo lực nâng, ta làm thay đổi góc tấn của cánh (góc nghiêng tương đối của cánh với mặt phẳng quay). Không khí ở phía dưới cánh cũng sẽ bị tăng áp suất, tạo ra sự chênh áp và tạo ra lực nâng Fn, Fr là lực tác động của dòng khí vào cánh, như vậy ta có: Fn=F+Fr. F sẽ là thành phần tạo lực nâng trực thăng.
Thế tại sao lại có thêm một chiếc cánh quạt ở đuôi? Đó là do Fr sinh ra mô men quay Mc tại trục chính (Mc= Fr * L ; L là khoảng cách từ tâm nâng của cánh đến trục chính) khiến cho trực thăng quay quanh trục chính ngược lại chiều quay của cánh quạt chính. Lực đẩy Fd của cánh quạt đuôi dùng để cân bằng lại mô men này, Md=Fd * l (l: khoảng cách từ tâm quay cánh đuôi đến tâm quay trục chính) , giảm sự quay thân của trực thăng khi Mc+Md=0. Nhưng chính sự cân bằng này lại tạo sự bất ổn ở đuôi trực thăng, chỉ cần một ngọn gió nhỏ cũng có thể làm trực thăng quay thân. Vì vậy mới sinh ra chiếc gyro. Gyro dùng để tự động bù trừ sự quay thân của trực thăng bằng cách thay đổi góc tấn của cánh quạt đuôi :
Bây giờ chúng ta sẽ xem xem làm cách nào mà ta có thể điều khiển được trực thăng bay tiến bay lui.
Trong hình ở dưới mình phân tích lực đẩy của cánh quạt và lực nâng để tìm hiểu nguyên lý bay tiến của trực thăng (việc nghiêng trái phải, tiến lùi dựa trên cùng nguyên tắc)
Khi máy bay nghiêng đi một góc a, lực nâng F cũng nghiêng đi một góc a so với trọng lực, và tổng của F và P tạo Fv đẩy trực thăng bay về phía trước.
Để đẩy nghiêng được trực thăng ta sẽ lợi dụng lực sinh ra theo quy tắc con quay hồi chuyển. Mình sẽ không đi sâu vào phân tích và chứng minh quy tắc này, mình chỉ giới thiệu về kết quả của nó thôi.
Giả sử ta có một chiếc đĩa có khối lượng m và quay quay trục z với vận tốc Wr, khi ta tác dụng một lực Fs vào đĩa, ngay lập tức sẽ xuất hiện một lực Fg tại vị trí như trong hình. Để tạo ra lực Fs ta lợi dụng lực nâng của cánh quạt như đã nói ở trên ta sẽ làm thay đổi góc tấn của cánh quạt tương ứng để tạo ra được một lực Fg thích hợp tuỳ theo hướng bay.
Ví dụ như trong hình 1, mình muốn bay về phía trước, các bạn thấy đĩa chuyển hướng A (swashplate) nghiêng về phía trước, thông qua các thanh đẩy, ta sẽ làm tăng góc tấn của cánh quạt phía bên phải của trực thăng và giảm góc tấn cuả cánh phía bên trái B (các bạn có thể thấy trong hình cánh phía bên trái: chúi về phía trước) như vậy lực nâng bên phải tăng và bên trái giảm tạo ra Fg khiến trực thăng nghiêng về phía trước.
Hình 1:
Các bạn có thể thấy tay đòn Bell-Hiller (tên người phát minh) cũng nghiêng về phía trước (hình 2). Thực tế thì không phải đĩa servo tác động trực tiếp vào cánh quạt chính thông qua đĩa A mà tác động vào cánh B thông qua đĩa A. Và chính góc nghiêng của cánh B tạo ra góc nghiêng của cánh chính.
Hình 2:
Nhưng tại sao lại phải phức tạp như vậy? Nhờ có cánh B mà máy bay được ổn định. Bạn hãy tưởng tượng vì một lực ngoại vi nào đấy khiến trực thăng bị đẩy nghiêng về phía sau, lúc đấy do đang quay, mặt phẳng quay của cánh B sẽ không thay đổi suy ra mặt phẳng quay sẽ tạo ra một góc nghiêng với trục trực thăng, và ta sẽ rơi vào tình huống giống ở trên, sinh ra một lực Fg trên cánh chính có xu hướng đẩy máy bay nghiêng về phía trước tức là chống lại tác động làm nghiêng về phía sau từ bên ngoài, như vậy nhờ có cánh B mà trực thăng phần nào có thể tự lấy thăng bằng.
Như vậy ta đã tạm tìm hiểu sơ lược quy tắc bay, lái của trực thăng.
