Tính toán lực đẩy của Rotor cho Máy bay lên thẳng - Công ty TNHH Tam Hùng

Tính toán lực đẩy của Rotor cho Máy bay lên thẳng

Thứ bảy - 20/04/2013 20:17
Để tính được sức đẩy của cánh quạt (Rotor chính) thì trước hết cần phài tuân thủ 1 công thức thực nghiệm đơn giản như sau: Để nâng được một vật có Khối lượng M lên khỏi mặt đất với tốc độ 1m/s thì đồng nghĩa với việc cánh quạt phải đẩy 1 khối lượng không khí xuống phía dưới cũng có khối lượng tương đương là M cũng với tốc độ 1m/s...

Để tính được sức đẩy của cánh quạt thì trước hết cần phài tuân thủ 1 công thức thực nghiệm đơn giản như sau:
Để nâng được một vật có Khối lượng M lên khỏi mặt đất với tốc độ 1m/s thì đồng nghĩa với việc cánh quạt phải đẩy 1 khối lượng không khí xuống phía dưới cũng có khối lượng tương đương là M với tốc độ 1m/s...
Khối lượng riêng của không khí trong điều kiện nhiệt độ thường và áp suất thường là khoảng 1,25 - 1,29kg/m3 nghĩa rằng 1 mét khối khí chỉ khoảng 1,25kg cho nến để nâng được máy bay có trọng lượng 500 kg thì cánh quạt phạt đẩy được 500 kg không khí xuống dưới với tốc độ tương đương 1m/s...
Và để đạt được một thông lượng khí tương đương 500kg tức là vào khoảng 400m3 không khí thì căn cứ vào tốc độ vòng quay, số cánh quạt và tiết diện của cánh quạt cũng như góc nghiêng của cánh quạt để tính ra được khả năng đẩy của cánh quạt.
 
Trước hết hãy tính lượng không khí do 1 cánh đơn của Rotor đẩy xuống dưới theo phương thẳng đứng (mỗi Rotor có thể được thiết kế từ 2 đến 6 cánh) với góc nghiêng cánh được xác định 20 độ (tương đương sin20 = 0.342), có độ dài đơn là R và độ rộng là L thì sẽ tạo ra một tiết diện phẳng là S = R x L và căn cứ vào độ nghiêng 20 độ mà nó sẽ tạo ra một tiết diện thẳng đứng là 
D = S.sin20 = 0,342S
Như vậy, mỗi cánh quạt đơn khi quay đủ một vòng nó sẽ dẩy được 1 lượng không khí xuống dưới là 
P = 3.14 x R x R x D
Nếu thiết kế Rotor có 4 cánh thì mỗi vòng quay sẽ tạo ra 
P4 = 4 x P
Với tốc độ vòng quay được dự kiến 2000RPM tương đương 33,33 vòng/s thì nó sẽ tạo khoảng 133,33 P không khí bị đẩy xuống dưới trong 1 giây đồng hồ. Như vậy, nhiệm vụ của nó là 133,33P khối khí này phải tương đương 500kg không khí hay nói cách khác là 1P không khí phải tương đương 3,75kg không khí/s tương đương với 3 met khối không khí/s cho nên mỗi cánh đơn sẽ phải quét được 3/4 mét khối khí xuống dưới trong vòng quay duy nhất...
Vì thế, để tạo được 0,75 mét khối khí trong 1 vòng quay thì tiết diện, độ nghiêng cánh phải được xác định tương đương khoảng 0,25 m khối.
Với độ nghiêng cánh 20 độ nên tiết diện ngang của cánh quạt sẽ phải là: 
0,25 m3/sin20 = 0,25/0,342 = 0,73m2
Nếu lấy bề rộng cánh là 300mm thì độ rộng cánh sẽ là 2,4 m nhưng vì sử dụng 2 hệ thống cánh quạt nên mỗi cánh đơn sẽ là 1,2m không tính độ rỗng của phần trục ghép cánh.
Do đó, để giảm chiều rộng cũng như chiều dài của cánh thì nên để vận tốc quay của cánh quạt là 4000RPM không cần qua hộp giảm tốc nữa thì sẽ giảm được chiều dài của cánh xuống vào khoảng 0,9m x 0,2 m không tính phần trục nối

Chú ý: Đối với các Máy bay thông dụng sử dụng Cánh tay đòn Bell - Hiller để làm thay đổi góc nghiêng cánh Rotor thì góc nghiêng lớn nhất của các cánh Rotor không được phép vượt quá 12 độ vì nếu góc nghiêng của cánh Rotor lớn hơn 12 độ thì một lượng lớn không khí sẽ không được đẩy xuống dưới theo chiều thẳng đứng (vuông góc với mặt phẳng của các cánh Rotor) mà sẽ thổi bạt ra xung quanh gây nên sự tổn thất lực đẩy một cách nghiêm trọng.
Thay vào đó, để làm giảm bớt sự phân tán lực của Rotor ra xung quanh thì nên tạo ra các cánh Rotor càng vào phía trong trục thì
góc nghiêng càng lớn, ngược lại, càng ra ngoài mép cánh thì góc nghiêng càng giảm dần.
Đồng thời, các cánh Rotor thường được thiết kế cụp lại sao cho có thể tạo ra lượng khí hướng tâm nhiều hơn.
Chính vì điều này mà ta thường thấy các cánh quạt Rotor của các Máy bay rũ xuống (khi Rotor quay càng nhanh thì các cánh sẽ càng uốn dần lên phía trên)
.



 

Tác giả bài viết: Dr TRẦN Phúc Ánh

Tổng số điểm của bài viết là: 39 trong 8 đánh giá
Click để đánh giá bài viết