Mỗi ngày khám phá kiến thức mới! Hôm nay, hãy cùng chúng tôi khám phá nguyên lý hoạt động của máy bay. Tại sao phương tiện hàng không nặng cả tấn này lại có thể vươn lên trên bầu trời? Hãy cùng xemboi365.com tìm hiểu về cách máy bay hoạt động và tại sao chúng có thể bay lên được. Bài viết dưới đây sẽ giải đáp những thắc mắc đó!
Nguyên lý hoạt động của máy bay dựa trên khả năng thắng trộm trọng lực và tạo ra lực nâng, còn được biết đến là lực nâng khí động học. Động cơ máy bay hoạt động như thế nào? Hẫy cùng tìm hiểu ngay qua các nội dung dưới đây.
Nguyên lý hoạt động của máy bay
Lực nâng xuất phát từ sự chênh lệch áp suất không khí giữa mặt trên và mặt dưới của vật thể, chẳng hạn như cánh máy bay, khi dòng khí chảy qua nó. Để tạo ra lực nâng khí động học, diện tích mặt trên của vật thể (cánh) cần phải lớn hơn diện tích mặt dưới và hình dạng của nó phải không đối xứng qua trục chính. Các vật thể có hình dạng này được gọi là có hình dạng khí động học.
Khi không khí chảy quanh hình khí động, lực nâng khí động học được tạo ra, nhưng đồng thời cũng xuất hiện lực cản. Để đạt được hiệu suất khí động học tốt, hình khí động học cần tạo ra hiệu ứng lực nâng cao mà lực cản lại ít. Điều này cũng áp dụng cho chất lỏng trong thuỷ động học.
Khi không khí chảy qua cánh máy bay, áp suất tại mặt dưới cao hơn so với mặt trên, dẫn đến sự tạo ra một lực tác động từ dưới lên vuông góc với cánh, được gọi là lực nâng. Độ lớn của lực nâng phụ thuộc vào diện tích cánh và chênh lệch áp suất giữa hai mặt của cánh. Chênh lệch áp suất này phụ thuộc vào hiệu suất khí động học của cánh, góc tấn (góc chảy của không khí tương đối với vật khí động) và vận tốc dòng chảy.
Để thắng trộng lực và cho phép máy bay bay lên, lực nâng cần đạt đến một giá trị nhất định, và điều này phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy. Để có đủ lực nâng, vận tốc và diện tích cánh cần được điều chỉnh: cánh rộng hơn giúp máy bay cất cánh ở vận tốc thấp hơn, ngược lại, cánh nhỏ đòi hỏi vận tốc cất cánh lớn hơn.
Trong máy bay có cánh cố định, vật thể khí động học để tạo lực nâng là đôi cánh được gắn cố định vào thân máy bay. Vận tốc ngang của máy bay, tương đương với vận tốc dòng chảy, được tạo ra bằng lực tác động ngang do động cơ sinh ra (thông qua cánh quạt hoặc dòng khí phản lực).
Động cơ quay cánh quạt hoặc phát dòng khí phản lực tạo ra phản lực đẩy máy bay chuyển động tương đối với không khí về phía trước. Khi máy bay di chuyển như vậy, cánh máy bay bị dòng khí chảy bao quanh, tạo ra hiệu ứng lực nâng khí động học từ dưới lên. Khi vận tốc đạt đến giá trị nào đó, lực nâng sẽ đủ để thắng trọng lực, cho phép máy bay bay lên.
Kết quả vật lý của hiện tượng này là sự xuất hiện của một lực nâng từ dưới mặt đất, đẩy máy bay lên trời. Mức độ gia tăng của lực này tăng theo tốc độ di chuyển của máy bay, đến một điểm nào đó, lực nâng này đủ lớn để thắng trọng lực Trái đất, giúp máy bay nâng lên khỏi mặt đất.
Trong trường hợp của máy bay trực thăng, cánh nâng được hình thành bởi cánh quạt nâng nằm ngang, đồng thời còn đóng vai trò trong việc tạo lực đẩy ngang để điều khiển chuyển động ngang của trực thăng.
Với máy bay có cánh cố định, lực nâng chỉ xuất hiện khi đạt đủ vận tốc, và nếu mất vận tốc (thất tốc), lực nâng cũng sẽ giảm đi, do đó, máy bay không thể bay ổn định ở một vị trí cố định. Trong khi đó, trực thăng, theo nguyên tắc lực nâng khí động học, sử dụng cánh quạt ngang quay xung quanh trục để đảm bảo chuyển động tương đối với không khí và duy trì lực nâng khi trực thăng đứng yên, cho phép nó bay ổn định ở một vị trí cố định.
Cơ cấu điều khiển bay của máy bay cố định bao gồm các cơ cấu để thực hiện các chuyển động bay như cất cánh, hạ cánh, vòng trái, phải, nghiêng cánh, nâng, hạ độ cao khi bay bằng, hướng mũi bay lên trên và xuống dưới. Các cơ cấu này bao gồm cánh nâng chính, cánh đuôi ngang, cánh đuôi đứng (bánh lái), cánh tà chính và cánh tà đuôi.
Nguyên tắc điều khiển bay dựa trên lực nâng khí động học và mô men cơ học. Các cánh đuôi như cánh đuôi ngang được sử dụng để tạo lực nâng ở phần đuôi của máy bay, cân bằng với lực nâng ở cánh chính, tạo mô men và tránh tình trạng lộn vòng của máy bay.
Cánh tà chính và cánh tà đuôi là phần đuôi của cánh ngang và có khả năng di chuyển. Cánh tà chính, đặt ở phía sau cánh nâng chính, có thể thu vào hoặc đẩy ra khỏi cánh chính, cũng như có thể nghiêng lên hoặc hạ xuống phía dưới. Cánh tà đuôi, nằm ở phần sau cánh ngang đuôi, chỉ có khả năng nghiêng lên hoặc hạ xuống, không thể thu vào hoặc duỗi ra được.
Chúng chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh lực nâng: khi cánh tà chính thu vào trong cánh chính, diện tích cánh giảm, làm giảm lực nâng; khi đẩy ra, lực nâng tăng. Cũng với cánh tà chính và tà đuôi, khi chúc lên hoặc hạ xuống, hình dạng thiết diện của cánh thay đổi, từ đó ảnh hưởng đến lực nâng: chúc lên giảm lực nâng, chúc xuống tăng lực nâng.
Cánh đuôi đứng có chức năng định hình và giữ cho thân máy bay ổn định theo hướng chuyển động thẳng về phía trước. Trên cánh đuôi đứng, có một phần cử động là cánh bánh lái đuôi, đóng vai trò như bánh lái thông thường. Khi cánh bánh lái đứng đối xứng, không có lực Zhukovski tác động ngang, nhưng khi nó quay về phải hoặc trái, nó sinh lực tác động ngang vào bánh lái đuôi, tạo mô men (khoảng cách từ bánh lái đến trọng tâm máy bay), làm máy bay hướng mũi về phải hoặc trái tương ứng.
Trong quá trình cất cánh và hạ cánh, khi vận tốc máy bay thấp và cần duy trì lực nâng, cánh cần có diện tích lớn nhất và hiệu suất khí động tốt để tạo ra lực nâng hiệu quả. Điều này thường được thực hiện bằng cách kéo dài cánh tà tối đa và khi cần thiết, hạ mũi cánh tà xuống phía dưới.
Nghiêng cánh và điều khiển hướng bay
Máy bay có khả năng nghiêng cánh để điều khiển hướng bay. Để thực hiện nghiêng cánh, chênh lệch lực nâng giữa hai cánh chính được áp dụng. Ví dụ, nếu cánh tà chính bên phải được chúc xuống, và cánh tà chính bên trái được nghiêng lên, lực nâng tại cánh phải sẽ lớn hơn, làm cho máy bay nghiêng cánh về phía trái.
Đổi hướng bay ngang
Để đổi hướng bay ngang, bánh lái đuôi được sử dụng để quay đầu máy bay về phía mong muốn. Đối với các góc ngoặt lớn, nghiêng cánh có thể được kết hợp với bánh lái để tăng cường hiệu suất.
Trong quá trình cất cánh và hạ cánh, cánh tà đuôi có thể được điều chỉnh bằng cách chĩa lên hoặc chúc xuống. Chĩa lên giảm lực nâng tại đuôi và tạo mô men đẩy đầu máy bay lên. Ngược lại, chúc xuống làm tăng lực nâng tại đuôi và đưa đầu máy bay xuống. Kết hợp với cánh tà chính, điều này có thể điều chỉnh tương quan lực nâng và tạo mô men thay đổi hướng.
Thay đổi độ cao trong chuyến bay
Điều chỉnh cánh tà (chính và đuôi) để tăng hoặc giảm lực nâng là cách để thay đổi độ cao của máy bay trong chuyến bay. Tăng lực nâng sẽ làm tăng độ cao lên mức mới, trong khi giảm lực nâng sẽ hạ độ cao xuống mức mới thấp hơn.
Hạ cánh và hiệu ứng mặt đất
Khi máy bay hạ cánh gần đường băng, áp suất không khí phía dưới cánh bị ép xuống, tạo ra những luồng xoáy và hiệu ứng mặt đất. Hiệu ứng này làm máy bay nâng lên trong thời gian ngắn trước khi chính thức tiếp đất trên đường băng.
Kết luận
Nhờ qua bài viết này, bạn có thể hiểu phần nào về nguyên lý hoạt động của máy bay và tự mình đưa ra câu trả lời cho những câu hỏi quan trọng như: “Tại sao máy bay có thể bay?Cấu tạo động cơ máy bay ra sao” hay “Làm thế nào máy bay có thể thực hiện chuyến bay?” Các kiến thức về cơ chế hoạt động của máy bay đã được trình bày để giúp bạn có cái nhìn tổng quan về lý do tại sao máy bay có khả năng thực hiện chuyến bay.
