KHÍ ĐỘNG HỌC ĐỐI VỚI MÁY BAY
Máy bay loại phương tiện giao thông sử dụng những tác động của khí động lực học để thắng
được chính trọng lượng của nó. Đẻ đáp ứng cho việc nâng một vật có khối lượng lớn như vậy lên
không trung, các nhà thiết kế đã phải đưa ra những hình dạng để tận dụng tối đa lực nâng khí
động lực học (hay còn gọi là lực nâng Joukowski).
Định lý Kutta-Joukowski còn gọi là định lý Joukowski hay định lý Giu-cốp-ski là định lý về
lực nâng vật thể khi có sự chảy bao quanh của một dòng chất lỏng (khí) lý tưởng song phẳng.
Định lý này được xây dựng nên bởi N.E.Joukowski (Н. Е. Жуковский) vào năm 1904.
Phát biểu định lý
"Lực nâng cánh máy bay ( có độ sải cánh giới hạn ) bằng tích của khối lượng riêng chất lỏng
(khí), vận tốc chất lỏng (khí),lưu số của vận tốc dòng chất lỏng (khí) và độ dài đoạn cánh đang
xét. Hướng của lực nâng xác định bởi phép quay vec-tơ vận tốc của dòng chất lỏng (khí) ngược
với hướng hoàn lưu một góc vuông"
Ở dạng công thức :

•
•
•
•

•

- lực nâng
- khối lượng riêng chất lỏng (khí)
- vận tốc của dòng chất lỏng (khí) ở vô cùng
- lưu số (hoàn lưu) vận tốc (vec-tơ có hướng vuông góc với mặt cắt của cánh, hướng của vectơ phụ thuộc vào hướng của lưu số )
- độ dài đoạn cánh (vuông góc với mặt cắt cánh)

TÓM LẠI: nguyên tắc chung cho việc bay lên của máy bay 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 vật thể.

Để có lực nâng khí động lực 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 lực học. Khi không khí chảy bao quanh hình khí động sẽ
có lực nâng khí động lực và đồng thời xuất hiện lực cản. Hình khí động lực 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.


Mô hình khí trôi qua cánh của cánh máy bay
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.

Dựa vào sự tác động của khí động học, chia ra 2 loại máy bay cơ bản:
1. Máy bay phản lực.
2. Máy bay lên thẳng.

MÁY BAY PHẢN LỰC.


Trong máy bay phản lực, cánh được gắn cố định vào thân chính là vật thể khí động học tạo lực nâng cho
máy bay. Vận tốc ngang của máy bay (cũng đồng nghĩa với vận tốc dòng chảy bao máy bay nếu xét trong
hệ quy chiếu gắn với máy bay) có được nhờ lực tác động ngang sinh ra nhờ động cơ. Động cơ 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 lực 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.

Nguyên tắc chung của dòng khí tác động lên cánh máy bay:

Các cơ cấu điều khiển bay của máy bay để thực hiện các chuyển động bay: cất cánh, hạ cánh; vòng trái,
phải; nghiêng cánh; nâng, hạ độ cao khi bay bằng; hướng mũi bay lên trên, xuống dưới.

CẤU TẠO, CHỨC NĂNG:
Để thực hiện điều khiển bay có các cơ cấu cánh là:


Cánh nâng chính: cánh tà trước, cánh tà sau, cánh liệng, các cánh tà lưng, slats (phanh khí động).
Có chức năng tạo lực nâng chính nâng máy bay, phối hợp cùng với bánh lái độ cao, cánh đuôi
đứng giúp máy bay liệng sáng trái sang phải và cũng để giúp máy bay hạ cánh.
Cánh đuôi ngang : tạo lực nâng ở phần đuôi máy bay, lực này sẽ cùng lực nâng ở cánh chính cân
bằng mô men với trọng lực tại trọng tâm máy bay cho phép máy bay không bị lộn vòng
Bánh lái độ cao : nằm ở phía mép sau đuôi ngang. Có thể vểnh lên hoặc cụp xuống để thay đổi
lực nâng cánh đuôi, tạo môment xoay quanh trục cánh (moment chúc ngóc-pitching). Hai bánh
lái độ cao luôn được điều khiển chuyển động cùng chiều, cùng góc lệch.
Cánh đuôi đứng : có chức năng định hướng, giữ cho thân máy bay ổn định theo chuyển động
thẳng về phía trước. Trên cánh đuôi đứng có bộ phận cử động được là cánh bánh lái, khi nó quay
sang phải hoặc trái sẽ sinh lực tác dụng ngang vào bánh lái đuôi sang trái hoặc sang phải tương
ứng. Lực này tạo mô men làm máy bay hướng mũi sang phải hoặc trái tương ứng.

Các hoạt động bay:
•

Cất cánh, hạ cánh: khi cất cánh, hạ cánh vận tốc máy bay thấp mà cần duy trì lực nâng
nên cánh cần có diện tích lớn nhất và có hiệu suất khí động cho lực nâng tốt nhất việc này

được thực hiện bằng cách kéo dài tối đa cánh tà và chúc cánh tà xuống hêt cỡ về phía
dưới. Khi tiếp đất có thể bật các slat vểnh lên để tăng lực cản.

•

Nghiêng cánh: Để nghiêng cánh thì cần tạo chênh lệch lực nâng tại hai cánh chính ví dụ
cánh liệng phải thì chúc xuống, cánh liệng trái thì quay lên, khi đó lực nâng tại cánh phải
lớn hơn lực nâng tại cánh trái làm máy bay nghiêng cánh sang trái. Để hỗ trợ thêm, người
ta bật spoiler bên trái vểnh lên để giảm thêm lực nâng bênt rái

•

Đổi hướng bay ngang sang phải, trái: Để đổi hướng thì dùng bánh lái đuôi cho quay về
phía nào thì đầu máy bay rẽ về hướng bên đó. Để đổi hướng gấp (góc ngoặt lớn) thì còn


có thể kết hợp bánh lái với nghiêng cánh muốn rẽ về phía nào thì nghiêng cánh về phía
đó.
•

•

Bay lên, bay xuống: Để máy bay chúc đầu lên – xuống (bay lên, bay xuống) thì hiệu
chỉnh bánh lái độ cao bằng cách chĩa lên hoặc chúc xuống: Nếu cánh lái độ cao chĩa lên
thì lực nâng tại đuôi giảm mà lực nâng tại cánh chính giữ nguyên sẽ tạo nên mô men làm
đầu máy bay hướng lên phía trên, nếu cánh lái độ cao chúc xuống thì ngược lại máy bay
sẽ chúí đầu xuống. Có thể kết hợp cùng cánh tà sao cho có sự thay đổi tương quan lực
nâng tại cánh chính và cánh đuôi và sẽ tạo nên mô men làm đầu máy bay lên hay xuống
Thay đổi độ cao khi bay bằng: bằng cách hiệu chỉnh cánh tà và cánh lái độ cao để tăng
hoặc giảm lực nâng. Khi tăng lực nâng máy bay sẽ tăng độ cao lên một mức cân bằng

mới, nếu giảm lực nâng máy bay sẽ hạ độ cao xuống mức cân bằng mới thấp hơn.

MÁY BAY LÊN THẲNG.

Máy bay trực thăng hay máy bay lên thẳng là một loại phương tiện bay có động cơ, hoạt động
bay bằng cánh quạt, có thể cất cánh, hạ cánh thẳng đứng, có thể bay đứng trong không khí và
thậm chí bay lùi. Máy bay trực thăng là khí cụ bay nặng hơn không khí, bay được nhờ lực nâng
khí động học (lực nâng Zhukovsky) được tạo bởi cánh quạt nâng nằm ngang. Cũng như đối với
máy bay thông thường, lực nâng khí động học được tạo thành khi có chuyển động tương đối của
cánh nâng đối với không khí, nhưng khác với máy bay thông thường là cánh nâng gắn cố định


với thân máy bay, trực thăng có cánh nâng là loại cánh quạt quay ngang (thường có từ 2 đến 6
cánh quay trong mặt phẳng nằm ngang, cánh quạt này còn gọi là cánh quạt nâng). Với đặc điểm
của cánh nâng như vậy, khi cánh quạt nâng quay vẫn bảo đảm được sự chuyển động tương đối
của không khí đối với cánh nâng và tạo lực nâng khí động học trong khi bản thân máy bay không
cần chuyển động. Vì vậy máy bay trực thăng có thể bay đứng treo một chỗ và thậm chí bay lùi.
Như vậy đối với máy bay có cánh cố định thì chuyển động tương đối của cánh nâng đối với không khí là
chuyển động của chính máy bay, nên lực nâng chỉ có khi máy bay có đủ vận tốc, mất vận tốc sẽ mất lực
nâng (thất tốc) nên máy bay cánh cố định 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

Sự tác động của dòng khí lên cánh quạt máy bay trực thăng cũng tương tự như với cánh
máy bay phản lực. (áp suất phía dưới cánh lớn hơn phía trên cánh quạt dẫn đến lực nâng)
Lực nâng của máy bay có độ lớn bằng tổng diện tích các 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, và vận tốc dòng chảy.


CẤU TẠO, CHỨC NĂNG:
•

Cánh quạt chính: khá lớn, nằm phía trên buồng lái, có chức năng giúp máy bay tăng,
giảm độ cao; bay tiến, bay lùi; bay ngang sang trái, sang phải. Bộ cánh này nằm song
song với mặt đất, nhưng mỗi cánh quạt có thể điều chỉnh độ nghiêng, nằm chếch lên trên
hoặc nghiêng xuống dưới để tạo góc đón lực đẩy của không khí.

•

Cánh quạt phụ: nhỏ hơn, nằm ở phía đuôi máy bay, vuông góc với mặt đất, có chức
năng xoay máy bay sang trái, phải hoặc xoay tại chỗ. Cánh quạt phụ này còn giúp máy
bay ổn định trong lúc bay, không bị xoay vòng vòng do tác động xoay liên tục của cánh
quạt chính. Mỗi cánh quạt phụ cũng có thể điều chỉnh độ nghiêng giống cánh quạt chính.

Tuy nhiên 1 số máy bay trực thăng được thiết kế đẻ không cân cánh quạt qhụ.

2 cánh đồng trục, triệt
tiêu momen của hệ,
không cần cánh quạt sau.


thiết kế có hệ thống
dẫn và bơm khí chạy
ra đuôi và được phụt
ra theo van phun tiết
lưu. Nó có xu hướng
bám dính vào thành vật
thể cứng và tạo lực và
mô men chống lại

mômen quay thân máy
bay.

Đây là phương án
máy bay có hai cánh
quạt nâng không
đồng trục thường gắn
ở đầu và đuôi máy
bay, quay ngược
chiều nhau để triệt
tiêu mô men tự quay
thân.

CÁCH DI CHUYỂN TRONG KHÔNG GIAN CỦA TRỰC THĂNG:
•

Bay lên, hạ xuống: Độ nghiêng của toàn bộ cánh quạt bị thay đổi để tăng, giảm độ cao.

•

Bay tới: Cánh quạt khi quay sang phía sau trực thăng sẽ có độ nghiêng dốc hơn so với độ
nghiêng của cánh quạt phía trước, làm cho lực nâng phía sau mạnh hơn lực nâng ở phía
trước máy bay. Kết quả là máy bay được đẩy đi về phía trước.


•

Bay lùi: Tương tự như trên, chỉ khác chỗ độ nghiêng cánh quạt phía trước sẽ dốc hơn, lực
nâng phía trước mạnh hơn nên trực thăng sẽ bay lùi.


•

Bay ngang sang phải: Cũng giống như nguyên lý trên, cánh quạt khi quay sang phía bên
trái trực thăng sẽ được làm nghiêng đi để tạo ra lực nâng mạnh hơn so với cánh quạt phía
bên phải. Kết quả là trực thăng sẽ bay ngang sang phải.

•

Bay ngang sang trái: Tương tự như trên, nhưng cánh quạt bên phải sẽ được làm nghiêng
hơn.