Tóm tắt Cơ học và tính năng tàu bay - Cơ học và tính năng tàu bay | Học viện Hàng Không Việt Nam

22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
CHƯƠNG 1: KIỂM SOÁT VÀ ỔN ĐỊNH MÁY BAY
(AIRCRAFT CONTROL AND STABILITY)
I/ Characteristic quantities: 1, Không khí (Atmosphere):
- Gồm 78% Nito, 21% Oxy, 0.04% CO2
- Pt trạng thái khí lí tưởng: - Các thông số:
- Gồm 4 tầng khí quyển: Tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng giữa, tầng ngoại quyển
(Troposphere, stratosphere, mesosphere, exosphere)
- Máy bay dùng tầng đối lưu và bình lưu (Troposphere, stratosphere) 2, Áp suất (Pressure):
- Thay đổi theo độ cao
- Càng lên cao áp suất càng giảm - Sử dụng lưu tuyến
- Dùng hệ thống ống pitot đo AS toàn phần và AS tĩnh
- Độ cao (Height): khoảng cách từ mực nước biển (Mean sea level) đến tàu bay đang bay
- Mực cao (Flight Level - FL): khoảng cách từ tàu bay đang bay → 1013 hPa
- Chiều cao (Altitude): khoảng cách tàu bay đang bay → sân bay
- QNH: áp suất tại mực nước biển TB (mean sea level)
- QFE: áp suất tại sân bay
- FL: áp suất so với 1013 hPa
- Độ cao áp suất (Pressure Altitude):
+ Transition Altitude: tính từ QNH
+ Transition Layer: giữa Transition Altitude và Level
+ Transition Level: tính từ 1013
3, Nhiệt độ (Temperature)
- Thể hiện động năng trung bình của phần tử trong không khí
- Trong hàng không, dùng độ C và độ K (kelvin) - Tại VN, dùng độ C
4, Mật độ không khí (Density): 1 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
5, Độ nhớt (Viscosity): 6, Tốc độ (Speed):
- VIAS (indicated Airspeed):
- VCAS (Calibrated Airspeed): IAS hiệu chỉnh - VEAS (Equivalent Airspeed):
- VTAS (True airspeed): vận tốc thực của tàu bay đang bay
- VGS (Ground Speed): vận tốc tàu bay nhìn từ mặt đất
- Không nói gì thì mặc nhiên dùng VCAS
- Không thay đổi được gió - Tailwind: gió xuôi - Headwind: gió ngược
- Relative wind: hướng của chuyển động không khí ngược với moment động cơ sinh ra - Số Mach:
6, Trục của tàu bay (Axis): - 3 trục:
+ Trục dọc (Longitudinal axis): Đuôi tàu bay → Mũi tàu bay
+ Trục đứng (Vertical axis): Tâm tàu bay → đất
+ Trục ngang (Lateral axis): Tâm tàu bay → mũi cánh
- Theo hệ tọa độ, tính từ trái sang phải, 1 trước 2 7, Lực (Force):
- 4 lực: Lực nâng, Cản, Đẩy, Trọng lực (Lift, Drag, Thrust, Weight) 2 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
- Lực nâng, cản sinh ra do chênh lệch áp suất (Mặt trên ở cánh áp suất thấp, mặt dưới áp suất cao)
8, Góc tới (Angle of Attack - AoA):
- Góc hợp bởi chord cánh (dây cung cánh) và hướng của relative wind
9, Góc chếch của cánh (Dihedral):
- Độ chếch lên/xuống của cánh so với phương ngang của cánh
- Chếch lên (+); Chếch xuống (-) 10, Lực nâng (Lift): 11, Lực cản (Drag): 3 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh 12, Moment
- Pitching: quanh trục ngang (Lateral axis); thay đổi độ cao
- Rolling: quanh trục dọc (longitudinal axis); dùng để lượn
- Yawing: quanh trục đứng (Vertical axis), thay đổi trái phải
- Yaw và Roll luôn xuất hiện đồng thời
13, Công suất (Power):
14, Xoáy ở mũi cánh (Wing tip vortex (Wake turbulence)):
- Tạo ra do chênh lệch áp suất
- Trọng lượng càng lớn → Xoáy càng lớn
- Điểm rotation: bắt đầu xoáy
- ĐIểm touchdown: kết thúc xoáy
- Tạo ra phân cách tàu bay → đảm bảo an toàn - 4 loại tàu bay: + Light + Medium + Heavy + Super heavy
*Corse: đường mà tàu bay phải bay theo
Track: đường tàu bay bay lệch so với course
Heading: hướng mũi tàu bay
Để track trùng course thì thay đổi heading
II/ Khái niệm cơ bản (The basic concepts):
- Cơ học bay (Aircraft Flight Mechanics): điểm tàu bay hoạt động theo cơ học
- Tính năng tàu bay (Aircraft Performance): Năng lực hoạt động của tàu bay theo độ cao; là
một thành phần khoa học nghiên cứu về khả năng của tàu bay trong mỗi điều kiện nhất định
- Ổn định tàu bay (Aircraft Stability): xu hướng tàu bay có thể tự trở về đường bay ban đầu
mà không nhờ sự can thiệp của phi công
- Điều khiển tàu bay (Aircraft Flight Control): Thông qua điều khiển lực và momen sau nhiễu
động; tự tạo ra lực và momen đưa tàu bay rời khỏi vị trí
III/ Giới hạn khối lượng cơ bản (Basic Mass Limitations):
1, Hệ số tải (Load factor):
- Tỉ lệ lực nâng và trọng lực của tàu bay
- Có mối quan hệ lượng giác - Công thức: 4 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
- Là đại lượng vô hướng, không có đơn vị
- Trong Hàng không, sử dụng Gs như đơn bị
- Load factor có thể âm hoặc dương
- Giới hạn của load factor:
+ Limit load: tải trọng lớn nhất có thể đạt được
+ Ultimate load: tải trọng làm cho bộ phận của tàu bay biến đổi
- Trong thực tế, chỉ đo được Ultimate Load 2, Wind gust:
- Là gió mà tàu bay đang bay tăng lên đột ngột
- Tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định - Chia làm 2 phần:
+ GIó giật ngang (Horizon component)
+ Gió giật dọc (vertical component)
- Gió giật ngang (Horizon component) làm tăng relative Wind → Lực nâng tăng; gió giật lớn
làm tàu bay có thể tổn hại
- Gió giật dọc (Vertical component):
+ Làm thay đổi góc tới → CL thay đổi → L thay đổi
+ Gió dương → làm tăng góc tới
+ Ảnh hưởng đến load factor
IV/ Ổn định (Stability): - Các loại ổn định
1, Ổn định tĩnh (Static Stability): - Điểm cân bằng:
+ Tổng lực tác động = 0 + Không có moment sinh ra
+ Không cố định ở tàu bay, tùy thuộc vào trạng thái bay
- Ổn định tàu bay: xu hướng tàu bay có thể trở về vị trí ban đầu không nhờ phi công
- Ổn định tĩnh (Static stability): xu hướng ban đầu của tàu bay sau khi gặp nhiễu động có thể trở về không
- Có 3 loại ổn định tĩnh (Static stability):
+ Ổn định tĩnh dương (Positive Static Stability): xét xu hướng ban đầu của vật 5 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
+ Ổn định tự nhiên (Neutral Static Stability)
+ Ổn định tĩnh âm (Negative Static Stability)
2, Ổn định động (Dynamic stability): - 3 loại:
+ Ổn định động dương (Positive Dynamic Stability): Sau 1 thời gian, vật có xu hướng
trở về vị trí ban đầu
+ Ổn định động natural (Neutral Dynamic Stability)
+ Ổn định động âm (Negative Dynamic Stability)
3, Ổn định dọc, ngang, hướng (Longitudinal, Lateral and Directional Stability):
- 3 loại ổn định: Ổn định dọc (longitudinal stability); Ổn định ngang (Lateral Stability); ổn định
hướng (Directional Stability)
- Ổn định ngang và ổn định hướng (Lateral and Directional Stability) luôn xuất hiện đồng thời. Vì:
+ Ổn định ngang theo trục Roll
+ Ổn định hướng theo trục Yaw
+ Yaw và Roll luôn xuất hiện đồng thời → Lateral và Directional xuất hiện đồng thời
- Hiện tượng này gây ra Dutch Roll, Spiral Instability
- Phi công phải sử dụng đồng thời Ailerons và Rudder để điều chỉnh
a, Ổn định dọc (Longitudinal Stability): - Quay theo trục Pitch - 2 nhân tố ảnh hưởng
- Trọng tâm: trước tâm áp suất và tâm khí động
- Đuôi ngang cân bằng: càng xa trọng tâm → tàu bay càng ổn định
b, Ổn định ngang (Lateral Stability): - Quay theo trục Roll - 5 nhân tố ảnh hưởng - Dihedral angle:
+ Hướng lên → ổn định ngang
+ Hướng xuống (-) → không có ổn định ngang
- Wing position: đặt cánh cao hơn → ổn định + High wing → andiherdal + Low wing → dihedral
- Trọng tâm: gây ảnh hưởng đến tất cả các ổn định:
+ Nằm dưới cánh → ổn định ngang + Cánh sweep back
+ Gây ra keel effect: liên quan đến nhiễu động cánh + Distribution of Weight
c, Ổn định hướng (Directional Stability): - Quay theo trục Yaw - Yếu tố ảnh hưởng:
+ Trọng tâm: dưới bụng -> ổn định lớn + Đuôi (finn and rudder) + Cánh quét
4, Điều khiển máy bay (Aircraft Flight Control): 6 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh a, Flap/ Slat:
- Flap: liên quan đến TE + Hạ mũi cánh + Tăng lực nâng + Tăng góc tới
- Slat: liên quan đến Leading edge + Nâng mũi cánh + giảm góc tới + lực nâng giảm b, Ailerons:
- Thay đổi heading của tàu bay (Thay đổi roll)
- Tàu bay lượn về bên trái
→ Ailerons bên phải hạ, trái nâng
- Cánh nâng → Ailerons hạ c, Elevator (Đuôi ngang):
- Elevator bật xuống → giảm độ cao (Descent)
- Elevator bật lên → tăng độ cao (Climb) d, Rudder (đuôi đứng):
- Điều khiển trục Yaw (thay đổi trái phải) - Rẽ trái → rudder phải - Rẽ phái → Rudder trái
CHƯƠNG 2: TAKE OFF - LANDING
A. PHASE OF LIGHT (Các giai đoạn bay):
1, Preflight: kế hoạch bay 2. Take off: cất cánh 3, Climb: giai đoạn leo
4, En-route/ Cruise: Bay bằng 5, Descent: hạ độ cao 6, Approach: tiếp cận 7, Landing: hạ cánh B. Cất cánh (TAKE OFF): 1, Take off speed 7 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
- Các bước takeoff: Brake release-> ground acceleration-> start of rotation-> Lift off-> Airborne acceleration
- Take-off path: toàn bộ giai đoạn cất cánh của tàu bay, tính từ điểm xuất phát cho đến điểm
cách bề mặt đường CHC 1500ft
- Take-off line path: 35ft ở trên điểm cuối của Take-off distance (khoảng cách cất cánh)
- Flap hạ → CL hạ, nếu v tăng → Lift không thay đổi - Vstall lớn → dễ Stall
- Không đạt được Vstall → không đủ L sinh ra - Giây cảnh báo Stall
2, Vận tốc cất cánh (Take-off speed):
- One g - Stall speed (Vs1g): Tương ứng với hệ số lực nâng max; load factor = 1
- Stall speed (Vs): load factor < 1
- The reference stall speed (VSR): hiệu chỉnh của tốc độ không khí 8 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
- Minimum Control Speed on the Ground (Vmcg): khi máy bay bị hỏng động cơ, vận tốc bé
nhất trong quá trình cất cánh có thể khi chỉ sử dụng khí động lực học (rudder) để cho phép
cất cánh an toàn (an toàn là khi tính với bay với gia tốc với tất cả động cơ lệch về 2 phía độ
lệch tối đa 9,1m; lực max rudder 68kg)
- Hỏng động cơ bên trái → tàu bày nghiêng bên trái, dùng rudder đưa tàu bay về vị trí cũ
- Minimum Control Speed Airborne (Vmca): là vận tốc khi động cơ chính bị hỏng vẫn có thể
duy trì kiểm soát hướng với 1 góc lượn bé hơn bằng 5 độ.
- Engine Failure Speed (VEF ): là vận tốc tại đó động cơ giả bị hỏng và có thể tính toán được
tất cả tính năng tàu bay
- Minimum unstick speed (Vmu):là vận tốc lớn nhất tại đó tàu bay có thể lift off
cách tính Vmu : góc tới đạt cực đại -> CLmax-> Vmin ( dựa trên L =1/2pv2sCL)
+ Tất cả động cơ đều mở (VMU (N))
+ Một động cơ mở (VMU N-1) + VMU (N) <= VMU (N-1)
- Take-off action speed (V1): vận tốc khi tàu bày đạt được có thể tiếp tục cất cánh hoặc hủy bỏ cất cánh
V1 = VEF + tốc độ gia tốc trong 1s
-VEF : là vận tốc tại đó động cơ giả bị hỏng và có thể tính toán được tất cả tính năng tàu bay
- Rotation speed (Vr): vận tốc tại đó phi công thực hiện rotation VR > 1.05 Vmca
- Lift-off speed (VLOF): vận tốc tại tàu bay lift off
- Take -off safety speed (V2): vận tốc đạt được ở độ cao 35ft khi có 1 động cơ hoạt động
- Take-off final speed (VFS): vận tốc lúc tàu bay kết thúc cất cánh hoặc lúc máy bay đạt 1500ft 2, Take off distance Runway (RWY) = TORA TODA = TORA + CWY ASDA = TORA + SWY TODAmax = 3/2 RWY
- Take off Run (TOR) - wet runway (with clearway) :
+ TORN-1 wet: khoảng cachs từ nhả phanh đến điểm mà tàu bay cao hơn 15ft so với
bề mặt cất cánh, đạt V2 trước khi cao hơn 35ft
+ 1.15 TORN wet = 115% quãng đường đi được từ lúc nhả phanh đến điểm cách đều
giữa điểm đạt Vlof và ở độ cao 35ft . (ảnh 51)
- Take off Run (TOR)- dry runway ( with clearway)
+ TORN-1 dry : khoảng cách từ break release đến 35ft 9 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
+ 1.15 TORN dry = 115% khoảng cách an toàn từ lúc nhả phanh đến điểm 15% quãng
đường đi được từ lúc nhả phanh đến điểm cách đều giữa điểm đạt Vlof và ở độ cao 35ft . ( ảnh 50)
- Take off Distance (TOD) - Dry RWY
+ TORN-1: khoảng cách từ break release đến 35ft
+ 1.15 TODN dry = 115% khoảng cách an toàn từ lúc nhả phanh đến điểm
15% quãng đường đi được từ lúc nhả phanh đến điểm cách đều giữa điểm
đạt Vlof và ở độ cao 35ft
TOD dry = số lớn hơn ( ảnh54) - TOD- wet runway
+ TOD dry : hạ cánh trên dry runway
+ TORN-1 wet: 115% từ break release-> Air distance TOB wet = ( ảnh 55) => TODN-1 wet = TORN-1 wet
Đối với TOR, chỉ tính từ BR-> Air Distance } -> TOD> TOR TOD, tính thẳng đến 35ft
● TORA >= TOR . Dấu = xảy ra vì điểm 15ft và điểm air distance luôn ở sau điểm Vlof
-> luôn đảm bảo Vlof trên đường băng và đảm bảo điều kiện hoạt động tàu bay
3, Balanced/ Unbalanced Field Length
- Balance ⇔ TORA=TODA=ASDA
- unbalance: 1 trong TORA, TODA, ASDA ko bằng nhau 4, Obstacle Clearance
- Gross “take off” Flight path : độ cao max tàu bay có thể bay đến
- Net “take off” Flight path : giới hạn min độ cao tàu tàu bay
+ tàu bay 2 động cơ :giảm góc 0.8%
+ tàu bay 4 động cơ :giảm góc 1%
- Tàu bay cao hơn net nhưng phải thấp hơn Gross
+ nếu có chướng ngại vật thì Net= đỉnh cao chướng ngại vật + 35ft
+ nếu tàu bay lượn góc > 15 => NET= đỉnh CNV + 50ft
+ nếu tàu bay lượn góc <= thì NET= đỉnh CNV + 35ft
độ cao tàu bay lượn max sân bay đặc biệt sân bay tiêu chuẩn 200ft-400ft 20 15 400ft-cao hơn 30 25 dưới 200 ft 15 15
5, Take off turn procedure
Tàu bay không được rẽ ( track change) cho tới điểm của NET có độ cao = ½ sải
cánh nhưng không được thấp hơn 50ft từ mặt đất
6, Takeoff Performance on Wet and Contaminated RWY
7, Departure sector (Phân khu cất cánh)
- Là mặt phẳng phương ngang không có CNV, được chiếu theo đường Track (Luôn dựa
theo track vì CNV luôn trên mặt đất )
- To funnel begins at cuối TODA ( or cuối TOD nếu lượn trước khi cuối TODA) với CR=300ft 10 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh
( or CR=½ Cd sải cánh + 60m nếu sải cánh <60m) về mỗi phía của RWY và góc mở 7.1 độ
- Với TH tàu bay không lượn và cso track không lệch quá 15 độ so với tim đường CHC thì
CR tối đa theo phương ngang= 1000ft (300m) nếu pilot có thể kiểm soát CNV thấp hơn NET
flight path 35ft và 2000ft nếu ko thể. ( ảnh 87)
8, Factor affecting aircraft performance during take off
- Weight - Trọng lượng L=1/2pv2SCl
+ Nếu w tăng -> L tăng-> Vtb tăng -> distance tăng
+ Đối với tàu bay nhỏ w tăng 10% thì Distance tăng 25%
+ Tàu bay cất cánh càng nặng thì chiều dài cất cánh càng dài, vận tốc cất cánh càng tăng - Air density / Temperature
- Độ cao: càng lên cao -> rô giảm -> v tăng-> D tăng - Wind
+ head wind làm RW tăng -> TAS giảm -> D giảm
+ Tail wind -> RW giảm -> TAS tăng -> D tăng
- Runway condition - Slope ( Điều kiện đường băng- độ dốc)
+ up-slope -> take off distance tăng vì a tăng
+ Down slope -> takeoff distance giảm vì a giảm
+ Bề mặt cứng, bằng phẳng, dry-> ít ma sát -> TOD giảm
Long, Wet Grass -> ma sát nhiều hơn -> distance tăng
Mind, Sand -> distance tăng
+ độ dốc không quá 2% ( 1 độ) ảnh hưởng không đáng kể
- Cấu hình tàu bay- Flap/ Slat
+ mở Flat/Slat -> CL tăng -> V giảm -> distance giảm
+ Frost, Ice, snow -> distance tăng - Bleed Air
+ trích 1 phần năng lượng của tàu bay ra để anti-icing
+ Bleed on -> distance tăng
- Avoid wake turbulence ( tránh sự nhiễu động )
+ wake turbulence : xoáy ở mũi cánh, tạo ra do chênh lệch áp suất, tàu bay lớn thì
xoáy càng mạnh, được tạo ra từ thời điểm rotation-> touchdown
+ Tàu bay nhỏ cất cánh sau điểm hạ cánh của tàu bay lớn thì tránh được hoặc hoặc đợi khi hết xoáy
+ Để tránh xoáy, tàu bay nhỏ cất cánh trước điểm rotation của tàu bay lớn khi cất cánh song song C. Approach and Landing
- Giai đoạn hạ cánh tính từ 1500ft -> tàu bay dừng hẳn - Có 4 giai đoạn + approach descent :
+ Flare/ Round-out : tắt động cơ, duy trì lực nâng bé
+ Hold out : hướng mũi lên, gần đất
+ Touchdown : bánh chính chạm đất đầu + Roll- out
- Aiming point: Dùng cho phi công nhìn
- Touchdown zone: Phi công ĐK bánh chính chạm vào touchdown zone; sơn thành từng cặp 11 22ĐHKL02 - Trần Minh Hạnh (3,2,1) 1. Traffic pattern -
Chỉ sử dụng cho các tàu bay VER ( bay bằng mắt) -
các tàu bay IFR ( bay bằng thiết bị) sử dụng các thiết bị hiện đại RNP, ILS,.... ảnh 125 -
Tàu bay muốn hạ cánh = traffic pattern đều được dẫn đến cạnh Downwind -
tàu bay đang ở cạnh Final luôn được ưu tiên -
đối với sân bay có 2 đường RWY song song -> thiết bị hệ đối xứng và không ảnh hưởng nhau 2. Landing Speed a 12