Trong mỗi phòng thiết kế hàng không đều có một câu chuyện về một tuyên bố của người thiết kế trưởng. Chỉ có tác giả của tuyên bố thay đổi. Và nó giống như thế này: “Tôi đã làm việc với máy bay cả đời, nhưng tôi vẫn không hiểu làm thế nào mà miếng sắt này bay!”. Thật vậy, sau tất cả, định luật đầu tiên của Newton vẫn chưa bị hủy bỏ, và chiếc máy bay rõ ràng là nặng hơn không khí. Cần phải tìm ra lực nào để chiếc máy nặng nhiều tấn rơi xuống đất.
Phương thức đi máy bay
Có ba cách để đi du lịch:
- Khí tĩnh, khi nâng lên khỏi mặt đất được thực hiện với sự trợ giúp của một vật có trọng lượng riêng thấp hơn tỷ trọng của không khí. Đây là khinh khí cầu, khí cầu, tàu thăm dò và các cấu trúc tương tự khác.
- Phản lực, là lực thô bạo của một luồng phản lực từ nhiên liệu dễ cháy, cho phép vượt qua lực hấp dẫn.
- Và, cuối cùng, phương pháp khí động học tạo ra lực nâng, khi bầu khí quyển của Trái đất được sử dụng làm chất hỗ trợ cho các phương tiện giao thông nặng hơn không khí. Máy bay, trực thăng, con quay hồi chuyển, tàu lượn và nhân tiện, chim di chuyển bằng phương pháp cụ thể này.
Lực khí động học
Một chiếc máy bay di chuyển trong không khí chịu tác dụng của bốn lực đa hướng chính. Thông thường, các vectơ của các lực này hướng về phía trước, phía sau, hướng xuống và hướng lên. Đó gần như là một con thiên nga, ung thư và pike. Lực đẩy máy bay về phía trước là do động cơ tạo ra, phía sau là lực cản tự nhiên của không khí và hướng xuống là lực hấp dẫn. Chà, thay vì để máy bay rơi - lực nâng do luồng không khí tạo ra do dòng chảy xung quanh cánh.
Bầu không khí chuẩn
Trạng thái của không khí, nhiệt độ và áp suất của nó có thể thay đổi đáng kể ở các phần khác nhau của bề mặt trái đất. Theo đó, tất cả các đặc điểm của máy bay cũng sẽ khác nhau khi bay ở nơi này hay nơi khác. Vì vậy, để thuận tiện và đưa tất cả các đặc điểm và tính toán về một mẫu số chung, chúng tôi thống nhất xác định cái gọi là khí quyển tiêu chuẩn với các thông số chính sau: áp suất 760 mm Hg trên mực nước biển, mật độ không khí 1.188 kg trên mét khối, tốc độ âm thanh 340,17 mét mỗi giây, nhiệt độ +15 ℃. Khi độ cao tăng lên, các thông số này thay đổi. Có những bảng đặc biệt tiết lộ giá trị của các tham số cho các độ cao khác nhau. Tất cả các tính toán khí động học, cũng như xác định các đặc tính hoạt động của máy bay, được thực hiện bằng cách sử dụng các chỉ số này.
Nguyên tắc tạo lực nâng đơn giản nhất
Nếu trong luồng không khí tớiđể đặt một vật phẳng, chẳng hạn bằng cách thò lòng bàn tay ra ngoài cửa sổ của một chiếc ô tô đang chuyển động, bạn có thể cảm nhận được lực này, như người ta nói, “trên ngón tay của bạn”. Khi xoay lòng bàn tay một góc nhỏ so với luồng không khí, ngay lập tức cảm nhận được rằng ngoài lực cản của không khí, một lực khác đã xuất hiện, kéo lên hoặc xuống, tùy thuộc vào hướng của góc quay. Góc giữa mặt phẳng của cơ thể (trong trường hợp này là lòng bàn tay) và hướng của luồng không khí được gọi là góc tấn công. Bằng cách kiểm soát góc tấn, bạn có thể kiểm soát lực nâng. Có thể dễ dàng nhận thấy rằng với việc tăng góc tấn, lực đẩy lòng bàn tay lên sẽ tăng lên, nhưng đến một thời điểm nhất định. Và khi nó đạt đến một góc gần 70-90 độ, nó sẽ biến mất hoàn toàn.
Cánh máy bay
Bề mặt chịu lực chính tạo ra lực nâng là cánh của máy bay. Mặt cắt cánh thường cong hình giọt nước như hình.
Khi không khí lưu thông quanh cánh, tốc độ của không khí đi dọc theo phần trên của cánh sẽ vượt quá tốc độ của luồng bên dưới. Trong trường hợp này, áp suất không khí tĩnh ở phía trên sẽ thấp hơn ở phía dưới cánh. Sự chênh lệch áp suất đẩy cánh lên, tạo lực nâng. Do đó, để đảm bảo sự chênh lệch áp suất, tất cả các biên dạng cánh được làm không đối xứng. Đối với cánh có mặt cắt đối xứng ở góc tấn bằng không, lực nâng khi bay ngang bằng không. Với một cánh như vậy, cách duy nhất để tạo ra nó là thay đổi góc tấn công. Có một thành phần khác của lực nâng - cảm ứng. Cô ấy làđược hình thành do sự nghiêng xuống của luồng không khí bởi mặt dưới cong của cánh, điều này tự nhiên dẫn đến lực ngược hướng lên tác động lên cánh.
Tính
Công thức tính lực nâng của cánh máy bay như sau:
Y=CyS(PV2) / 2
Ở đâu:
- Cy - hệ số nâng.
- S - vùng cánh.
- V - vận tốc dòng chảy tự do.
- P - mật độ không khí.
Nếu mọi thứ đều rõ ràng với mật độ không khí, diện tích cánh và tốc độ, thì hệ số nâng là một giá trị thu được bằng thực nghiệm và không phải là một hằng số. Nó thay đổi tùy thuộc vào hình dạng cánh, tỷ lệ khung hình, góc tấn và các giá trị khác. Như bạn có thể thấy, các yếu tố phụ thuộc chủ yếu là tuyến tính, ngoại trừ tốc độ.
Hệ số bí ẩn này
Hệ số nâng cánh là một giá trị không rõ ràng. Các phép tính nhiều giai đoạn phức tạp vẫn được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Điều này thường được thực hiện trong một đường hầm gió. Với mỗi cấu tạo cánh và mỗi góc tấn, giá trị của nó sẽ khác nhau. Và vì bản thân cánh không bay mà là một phần của máy bay, các cuộc thử nghiệm như vậy được thực hiện trên các bản sao giảm tương ứng của các mẫu máy bay. Đôi cánh hiếm khi được kiểm tra riêng biệt. Theo kết quả của nhiều phép đo của từng cánh cụ thể, có thể vẽ biểu đồ sự phụ thuộc của hệ số vào góc tấn, cũng như các đồ thị khác nhau phản ánh sự phụ thuộcnâng từ tốc độ và biên dạng của một cánh cụ thể, cũng như từ quá trình cơ giới hóa cánh được giải phóng. Biểu đồ mẫu được hiển thị bên dưới.
Trên thực tế, hệ số này đặc trưng cho khả năng biến đổi áp suất của không khí đi vào thành lực nâng của cánh. Giá trị thông thường của nó là từ 0 đến 2. Kỷ lục là 6. Cho đến nay, một người còn rất xa so với sự hoàn hảo tự nhiên. Ví dụ, hệ số này đối với một con đại bàng, khi nó nhô lên khỏi mặt đất với một con gopher bị bắt, đạt giá trị là 14. Từ biểu đồ trên, rõ ràng là sự gia tăng góc tấn gây ra sự gia tăng lực nâng đến một số giá trị góc nhất định.. Sau đó, tác dụng bị mất và thậm chí đi theo hướng ngược lại.
Luồng gian hàng
Như họ nói, mọi thứ đều tốt trong chừng mực. Mỗi cánh có giới hạn riêng về góc tấn. Cái gọi là góc tấn công siêu tới hạn dẫn đến tình trạng dừng ở bề mặt trên của cánh, làm mất lực nâng của nó. Hiện tượng đơ máy xảy ra không đều trên toàn bộ diện tích của cánh và kèm theo các hiện tượng tương ứng, cực kỳ khó chịu như rung lắc, mất kiểm soát. Lạ lùng thay, hiện tượng này không phụ thuộc nhiều vào tốc độ, tuy cũng ảnh hưởng nhưng nguyên nhân chính dẫn đến việc xảy ra hiện tượng đơ máy là do cơ động chuyên sâu, kèm theo góc tấn công siêu tới hạn. Chính vì vậy mà vụ tai nạn duy nhất của chiếc máy bay Il-86 đã xảy ra, khi phi công vì muốn "thể hiện" trên một chiếc máy bay trống không không có hành khách đã đột ngột leo lên và kết thúc một cách bi thảm.
Kháng
Tay trong tay với lực nâng và lực kéo,ngăn máy bay di chuyển về phía trước. Nó bao gồm ba yếu tố. Đây là lực ma sát do tác dụng của không khí lên máy bay, lực do sự chênh lệch áp suất ở các khu vực phía trước cánh và phía sau cánh, và thành phần cảm ứng đã thảo luận ở trên, vì vectơ tác dụng của nó là hướng. không chỉ hướng lên, góp phần tăng lực nâng, mà còn trở lại, trở thành đồng minh của quân kháng chiến. Ngoài ra, một trong những thành phần của điện trở cảm ứng là lực xuất hiện do dòng không khí đi qua các đầu của cánh, gây ra các dòng xoáy làm tăng độ xiên của hướng chuyển động của không khí. Công thức lực cản khí động học hoàn toàn giống với công thức lực nâng, ngoại trừ hệ số Su. Nó thay đổi thành hệ số Cx và cũng được xác định bằng thực nghiệm. Giá trị của nó hiếm khi vượt quá 1/10.
Tỷ lệ thả để kéo
Tỷ lệ giữa lực nâng và lực cản được gọi là chất lượng khí động học. Một tính năng phải được tính đến ở đây. Vì các công thức của lực nâng và lực cản, ngoại trừ các hệ số, đều giống nhau, nên có thể giả định rằng chất lượng khí động học của máy bay được xác định bằng tỷ số của các hệ số Cy và Cx. Biểu đồ của tỷ lệ này cho các góc tấn công nhất định được gọi là cực của cánh. Ví dụ về biểu đồ như vậy được hiển thị bên dưới.
Máy bay hiện đại có giá trị chất lượng khí động học khoảng 17-21 và tàu lượn - lên đến 50. Điều này có nghĩa là trên máy bay, lực nâng của cánh ở điều kiện tối ưuLớn hơn lực cản từ 17-21 lần. So với máy bay của anh em nhà Wright, đạt 6,5 điểm, thì sự tiến bộ về mặt thiết kế là rõ ràng, nhưng con đại bàng với con chuột chũi kém may mắn trên bàn chân của nó vẫn còn một chặng đường dài.
Chế độ máy bay
Các chế độ bay khác nhau yêu cầu tỷ lệ lực kéo khác nhau. Trong chuyến bay cấp hành trình, tốc độ của máy bay khá cao và hệ số nâng, tỷ lệ với bình phương tốc độ, ở giá trị cao. Điều chính ở đây là giảm thiểu sức đề kháng. Trong quá trình cất cánh và đặc biệt là hạ cánh, hệ số lực nâng đóng vai trò quyết định. Tốc độ của máy bay thấp nhưng cần có vị trí ổn định trên không. Một giải pháp lý tưởng cho vấn đề này là tạo ra cái gọi là cánh thích ứng, có thể thay đổi độ cong và thậm chí diện tích của nó tùy thuộc vào điều kiện bay, gần giống như cách của loài chim. Cho đến khi các nhà thiết kế thành công, sự thay đổi trong hệ số nâng được thực hiện bằng cách sử dụng cơ giới hóa cánh, làm tăng cả diện tích và độ cong của biên dạng, bằng cách tăng lực cản, tăng đáng kể lực nâng. Đối với máy bay chiến đấu, sự thay đổi về độ quét của cánh đã được sử dụng. Sự đổi mới giúp giảm lực cản ở tốc độ cao và tăng lực nâng ở tốc độ thấp. Tuy nhiên, thiết kế này hóa ra không đáng tin cậy, và gần đây máy bay tiền tuyến đã được sản xuất với một cánh cố định. Một cách khác để tăng lực nâng của cánh máy bay là thổi thêm cánh bằng luồng từ động cơ. Điều này đã được thực hiện trong quân độiMáy bay vận tải An-70 và A-400M, do đặc tính này, được phân biệt bằng khoảng cách cất cánh và hạ cánh rút ngắn.
