BÁO cáo môn học cơ học BAY – TR3001 chủ đề PHÂN TÍCH TÍNH NĂNG của máy BAY PA 28 180

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Kỹ Thuật Giao Thông BÁO CÁO Môn học: CƠ HỌC BAY – TR3001 Chủ đề : PHÂN TÍCH TÍNH NĂNG CỦA MÁY BAY PA-28-180 (Phần 8) GVHD: Ngơ Khánh Hiếu Tên MSSV Ngô Anh Quyền 1914883 Trần Công Phong 1914638 Nguyễn Văn Công 1912807 Nguyễn Thanh Tuấn 1915780 Ngày 25 tháng 10 năm 2021 Trên sở kiến thức tài liệu giảng dạy môn học, báo cáo phân tích mẫu máy bay Piper Cherokee PA-28-180, với video clip liên quan, nhóm phân tích đặc trưng q trình cất cánh/hạ cánh mẫu máy bay Từ đưa phương pháp đánh giá định lượng cho trình cất cánh/hạ cánh máy bay Piper Cherokee PA-28-180 Theo tìm hiểu, cất hạ cánh chế độ bay phức tạp đặc biệt nguy hiểm trình bay máy bay Theo thống kê, lấy thời gian bay Boeing 1,5 giờ, trình cất cánh chiếm 2% thời gian lại chiếm đến 14% số vụ tai nạn chết người Tỉ lệ tai nạn xảy trình cất cánh lớn nhiều so với trình bay bẳng ( chiếm 57% thời gian bay có 11% vụ tai nạn) Và người chưa tìm hiểu kỹ học bay khó tin q trình hạ cánh chiếm 4% thời gian bay lại có tỉ lệ xảy tai nạn khổng lồ 49% Sở dĩ có số lúc máy bay có độ cao thấp bay chậm dẫn đến việc khơng có đủ thời gian cho phi cơng xử lý kịp cố xảy tai nạn Bởi vậy, nhiều nhà nghiên cứu tin rằng: Cất cánh hạ cánh trình nguy hiểm chuyến bay Hình 1: Thống kê giai đoạn trình bay Khi máy bay độ cao 10.000m, xảy cố, phi cơng có khoảng thời gian dài để giải Trong trường hợp động dừng hoạt động máy bay có khoảng thời gian để bay lượn theo luồng khơng khí Theo ước tính phi cơng có khoảng phút để tìm vị trí hạ cánh tối ưu an tồn Ngược lại q trình cất hạ cánh, điều kiện máy bay độ cao thấp vận tốc nhỏ, máy bay thương mại phổ biến có khoảng từ 30 đến 35 giây cho việc cất cánh, điều dường vô nghĩa cho yêu cầu thời gian giải cố phi công Trường hợp hầu hết phi công định tiếp tục cất cánh, lẽ việc ngừng cất cánh di chuyển đường băng với vận tốc 160 km/h khó khăn Và khơng tiếp tục cất cánh máy bay hết đường băng tiếp tục bay viên đạn sắt tìm kiếm va chạm kinh hồng Q trình hạ cánh nguy hiểm nhiều so với cất cánh đơn giản máy bay có xu hướng di chuyển chậm lại trình đáp xuống đường băng dễ bị tác động lúc cất cánh Trong q trình hạ cánh thơng thường, phi cơng liên lạc với kiểm sốt khơng lưu, xếp hàng chờ theo đường băng thích hợp thơng báo cho phi hành đồn Q trình cất cánh diễn tương tự Nhưng hạ cánh tất thứ diễn máy bay hướng đường băng thay rời khỏi đường băng  Tuy nhiên, đến máy bay xem loại phương tiện an toàn Theo ước tính khoảng 2,5 triệu chuyến bay xảy vụ tai nạn Và theo thống kê vui xác suất bạn gặp tai nạn máy bay thấp xác suất bạn bị tử vong ăn thịt bị Mục tiêu báo cáo tìm hiểu ước tính khoảng cách cần thiết để máy bay cất hạ cánh Đây thao tác đơn lẻ mà loạt thao tác phân chia thành trình đơn giản 1 Chế độ cất cánh: Hình 2: Các giai đoạn trình cất cánh Trong suốt q trình cất cánh, ngồi khối lượng khơng tải hàng hố, hành khách cố định, máy bay chịu tải trọng lượng nhiên liệu cần thiết cho chuyến bay Khi đó, động phải làm việc hiệu suất cao để máy bay cất cánh khoảng thời gian ngắn Đối với máy bay dân dụng cịn có nhiều điều kiện phức tạp yêu cầu giảm tiếng ồn đến mức tối thiểu - Quá trình cất cánh chia thành giai đoạn:  Giai đoạn 1: chạy đà mặt đất (Ground run): Trong giai đoạn này, máy bay tăng tốc đến “vận tốc ngóc”, VTO Độ cao máy bay không đổi CL,CD khơng đổi Ta có phương trình chuyển động: 𝑇 − 𝐷 − 𝜇𝑅 = 𝑊 𝑑𝑉 (1) 𝑔 𝑑𝑡 Trong đó: 𝑅 =𝑊−𝐿 + Tại điều kiện mặt biển tiêu chuẩn: BHP = Const = 135 kW với 2700 rpm  𝑇ℎ𝑟𝑢𝑠𝑡 = 𝑉 𝑆1 = ∫0 𝑇𝑂  𝐹= 𝑊𝑉 𝑔𝐹 𝑑𝑉 𝐵𝐻𝑃×𝜂𝑝 𝑉 𝐵𝐻𝑃×𝜂𝑝 𝑉 (2) − 𝐷 − 𝜇(𝑊 − 𝐿 ) 𝑉𝑇𝑂 = 1.2𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 Ta có: 2𝑊 𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 = √ 𝜌𝑆𝐶 Mà 𝐿𝑚𝑎𝑥 + 𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1.42 Với : + 𝑊 = 10673.28 (𝑁) + 𝑆 = 14.86 𝑚2 + 𝜌𝑠𝑙 = 1.225 𝑘𝑔/𝑚3 => 𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 = 28.73 𝑚/𝑠 𝑚 => 𝑉𝑇𝑂 = 1.2 ∗ 𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 = 34.4775 ( ) 𝑠 𝑇ừ (2) 𝑡𝑎 𝑡í𝑛ℎ đượ𝑐 ∶ 𝑆1 = 286 𝑚 Cách khác: + 𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1.42 + 𝑊 = 1030 ∗ 9.806 = 10100.8 (𝑁) + 𝑆 = 14.86 𝑚2 + 𝜌𝑠𝑙 = 1.225 𝑘𝑔/𝑚3 1.22 mg V   33.5377m / s  SCL max 2 R Tại điều kiện mặt biển tiêu chuẩn: BHP = Const = 135 kW với 2700 rpm ta có J= 0.396427 tìm hiệu suất đẩy =0.619183 Tmean  BHPseal p VR  2492.4 N 1.22  mg  s1   232.4387m   g  CL max  S  (Tmean / mg )  Giai đoạn 2: chuẩn bị ngóc lên (Rotation): Giai đoạn xảy nhanh, máy bay bắt đầu trình bay lên ( tức xoay quanh trục y ) tín hiệu điều khiển từ phi cơng, đến cuối giai đoạn lực nâng lớn trọng lực máy bay bắt đầu rời đường băng  Giai đoạn 3: ngóc lên hoàn toàn (Flare): Trong giai đoạn này, đường bay thay đổi để phù hợp với góc chế độ lên dần cuối Trọng tâm máy bay di chuyển theo quỹ đạo gần tròn ** Trong thực tế, để đơn giản người ta giả định giai đoạn (rotation) giai đoạn (Flare) xem diễn nhanh tức khắc + Tại trình ta xét vận tốc: 𝑉2 = 1.1𝑉𝑇𝑂 *Lưu ý trình này, chiều cao đạt bị bỏ qua Phương trình chuyển động: 𝑊 𝑑𝑉 𝑊 𝑉2 − 𝑉𝑇𝑂 𝑇−𝐷 = = ×( ) 𝑔 𝑑𝑡 𝑔 2𝑠2 ( 𝑉2 − 𝑉1 = 2𝑎𝑠 ) 𝑊 𝑉2 − 𝑉𝑇𝑂 => 𝑆2 = × ( ) 𝑔 𝑇−𝐷 + Trong giai đoạn này, T = 2443.3 N D =1846.24 N tính vận tốc trung bình cộng V2 VTO Từ VTO tính giai đoạn 1: 𝑉2 = 1.1 × 34.4775 = 37.9253 𝑚/𝑠 => 𝑠2 = 95.28 𝑚  Giai đoạn 4: bay lên dần (Initial climb): Trong chế độ này, máy bay lên dần với góc leo vận tốc leo khơng đổi đạt dần đến độ cao cất cánh h ( khoảng 15 m ) Lực đẩy, CL, CD coi khơng đổi  𝐺ó𝑐 𝑙ấ𝑦 𝑐𝑎𝑜 độ (𝐶𝑙𝑖𝑚𝑏 𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒): 𝑇−𝐷 𝛾=( 𝑊 ) Với T D tính V2, ta tính được: 𝛾 = 7.5 𝑑𝑒𝑔 => 𝑆3 = 𝑠𝑐𝑟𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 𝛾 = 15 7.5∗ 𝜋/180 = 114.6 (𝑚) Tổng quãng đường cất cánh: 𝑺 = 𝑺𝟏 + 𝑺𝟐 + 𝑺𝟑 = 𝟐𝟖𝟔 + 𝟗𝟓 𝟐𝟖 + 𝟏𝟏𝟒 𝟔 = 𝟒𝟗𝟓 𝟖𝟖 (𝒎) Ta thấy rằng, quãng đường cất cánh tỉ lệ với trọng lượng Ngoài ra, chiều dài cất cánh cịn nhiều chịu ảnh hưởng bới yếu tố như: Tỉ trọng khơng khí (ảnh hưởng tới lực đẩy), nhiệt độ mơi trường, gió, đường băng, điều khiển phi công, + Nhiệt độ, tỉ trọng, độ ẩm khơng khí ảnh hưởng đến lực đẩy máy bay Nhiệt độ cao làm giảm lực đẩy + Trong trường hợp đường băng khơng hồn tồn nằm ngang đường chân trời, vectơ trọng lượng máy bay khơng vng góc với đường băng + Trong điều kiện gió thổi chiều hay ngược chiều ảnh hưởng nhiều đến vận tốc cất cánh quãng đường cất cánh Chế độ hạ cánh: Ta chia chế độ hạ cánh thành bốn giai đoạn cất cánh (hình bên dưới), trường hợp đơn giản hố coi gồm hai giai đoạn Hình 3: Các giai đoạn q trình hạ cánh Ta có cơng thức tính qng đường hạ cánh: 𝑆𝑙𝑎𝑛𝑑 𝑉ớ𝑖 𝑉𝑎 =− 2𝑎 𝑉𝑎 = 1.3𝑉𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙 Được biết hạ cánh máy bay có: + CLmax + Landing flap setting : 1.86 + Stalling speed: 25.1 (m/s)  𝑉 = 32.63 𝑚/𝑠 + 𝑎 = −1.22 𝑚/𝑠 (xét với hệ thống phanh đơn giản)  𝑺𝒍𝒂𝒏𝒅 = 𝟒 𝟑𝟔 𝒎 Ngồi thơng số tính tốn cơng thức trên, thực tế qng đường hạ cánh phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: Gió, kỹ thuật điều khiển phi công, điều kiện thời tiết, hệ thống phanh, đường băng,… + Theo tìm hiểu, máy bay gần tiếp đất, người phi cơng thường điều khiển máy bay ngóc đầu lên để tăng lực cản, giảm vận tốc tiếp đất hệ thống sau sau cải máy bay vị trí nằm ngang Những phi cơng kinh nghiệm thường có xu hướng kết thúc chế độ kéo ngóc máy bay chưa chạm đất máy bay gần “trôi” mặt đất, giảm ga máy bay chạy thất tốc đường băng Cịn người phi cơng kinh nghiệm thường tiếp đất hết chế độ kéo ngóc với vận tốc máy bay lớn vận tốc thất tốc chiều dài yêu cầu Quá trình “cải máy bay” diễn nhanh sau tiếp đất + Khi máy bay hạ cánh, vận tốc giảm => động giảm bắt đầu chạm đất hệ thống phanh hoạt động, vậy, hệ số ma sát lúc tổng hợp hệ số ma sát lăn, phanh ảnh hưởng lớn vận tốc điều kiện đường băng khơ hay ướt Hình 4: Sự thay đổi lực ma sát bánh xe đường băng theo vận tốc     Tìm hiểu thêm ảnh hưởng số yếu tố đến việc cất hạ cánh máy bay: Gió: Gió thổi ngược chiều (Headwind): + Làm cho thời gian cất cánh ngắn + Tốc độ hạ cánh thấp thời gian hạ cánh ngắn Gió thổi chiều (Tailwind): + Quãng đường cất cánh lớn nhiều giảm góc lấy cao độ đáng kể => Điều đáng giá khơng tốt cho q trình cất cánh máy bay + Quãng đường hạ cánh tăng lên tương tự + Việc định cất hạ cánh điều kiện gió chiều cần phải đánh giá an tồn cách xác để chắn chắn ta có đủ quãng đường để thể cất hạ cánh Gió thổi ngang (Crosswind): Làm ảnh hưởng đến hiệu suất cất cánh hạ cánh Gió giật (Gusting winds): + Cất cánh: Tình gió giật mạnh yêu cầu bạn giữ máy bay mặt đất khoảng thời gian dài chút tăng tốc độ cất cánh tổng thể bạn + Hạ cánh: Điều kiện gió giật đòi hỏi tốc độ hạ cánh cao hơn, dẫn đến việc hạ cánh lâu 2 Điều kiện đường băng (bề mặt cất hạ cánh): a Cất cánh - Cỏ, đất mềm tuyết làm tăng lực cản lăn q trình cất cánh mặt đất dài so với đường băng xây kín lát đá - Cỏ khơ tăng khoảng cách cất cánh lên đến 15 phần trăm Cỏ ướt dài tăng thêm khoảng cách tùy thuộc vào độ dài độ ướt cỏ trọng lượng kích thước bánh xe máy bay - Máy bay thường cất cánh bãi cỏ dài ẩm ướt - Các vũng nước đường băng làm chậm khả lấy vận tốc đáng kể b Hạ cánh: - Khi hạ cánh, cỏ tuyết khiến mặt đất tăng lên, dù lực cản lăn tăng lên lại làm hệ thống phanh trở nên hiệu - Cỏ ướt dài đồng nghĩa với việc tăng nhiều lần chạy tiếp đất Bề mặt điều khiển phụ - Cánh cản: sử dụng lúc cánh chính, giúp tăng lực cản thất lực nâng, kiểm soát tốc độ lúc hạ cánh nâng cao hiệu phanh Vì hạ cánh phi cơng thiết lập cánh cản thích hợp để hạ cánh -Cánh tà sau (Flaps): Khi gập xuống làm tăng độ cong cánh, tăng lực nâng tác dụng lên cánh giảm tốc độ thất tốc (Stall speed), đồng thời làm tăng lực cản cảm ứng (Induced drag) Vì thế, cánh tà sau sử dụng máy bay bay vận tốc thấp, góc lớn -Cánh tà trước (Slats) bề mặt điều khiển tạo hệ số lực nâng lớn lắp mép trước cánh Khi bay góc lớn cần dùng để uốn dịng khơng khí thổi qua cánh nhằm đẩy lùi điểm tách rời lớp biên phía sau để tăng góc tới, đồng nghĩa với việc máy bay bay với vận tốc thấp hơn, góc lớn bình thường Như cất cánh, hay hạ cánh máy bay đang trạng thái vận tốc thấp, hiệu chỉnh góc lớn nên trước cất cánh hay hạ cánh phi công bắt đầu thiết lập bung Flaps hay Slats vận tốc thích hợp để nhầm tạo lực nâng đủ thể thực trình.( thường trước cất cánh Flaps thiết lập độ), ( máy bay A321 vận tốc khoảng 350 knot Flaps bung mức bảng điều khiển phi cơng, thường lúc hạ cánh bung full Flaps hay tuỳ điều kiện) 4 Hiệu ứng mặt đất: - Khi bay gần mặt đất, cánh tạo lực cản so với cánh bay khỏi mặt đất Do đó, cánh hoạt động hiệu tác dụng mặt đất - Mặc dù điều hữu ích trường hợp, khiến người điều khiển không cẩn thận mong đợi hiệu suất leo cao so với khả trì máy bay - Khi hạ cánh, hiệu ứng mặt đất tạo tượng "lơ lửng" dẫn đến lộn vòng (hoặc chạy tốc độ, bỏ qua dấu hiệu nguy hiểm), đặc biệt tốc độ tiếp cận nhanh - Máy bay cánh thấp nhạy cảm với hiệu ứng mặt đất máy bay cánh cao - Hiệu ứng mặt đất làm cho nâng lên góc nghiêng cao sớm so với tải nặng Cất cánh dốc (hoặc sớm) làm cho góc có lực cản lực đẩy gần nhau, khơng có hội tăng tốc - Nếu bạn vơ tình để lại hiệu ứng mặt đất sớm máy bay khơng thể tăng tốc đến tốc độ leo thích hợp nó, cách để xử lý tình hạ mũi xuống, cho phép máy bay tăng tốc, lên cao Bề mặt cánh: Các chất lắng đọng bề mặt cánh, chẳng hạn hạt mưa trùng, có ảnh hưởng đáng kể đến loại tàu bay có dịng chảy tầng, chẳng hạn sử dụng số tàu lượn có động tự phóng máy bay tự chế tạo hiệu suất cao Sự diện sương giá bề mặt, băng tuyết ảnh hưởng đến hiệu suất cánh Vết rạn vết lõm nhỏ bề mặt nâng cánh quạt làm giảm hiệu suất  Giữ cho tất bề mặt nâng không bị hư hại để đảm bảo hiệu suất tối đa Áp suất bánh xe: Áp suất lốp thấp làm tăng thời gian cất cánh Đây điều cần kiểm tra trình kiểm tra sơ kỹ sư bảo dưỡng trước chuyến bay Tài liệu tham khảo: https://mobitool.net/tai-sao-qua-trinh-may-bay-cat-canh-va-ha-canh-lainguy-hiem-nhat.html “Cơ học vật bay” – PGS Lê Quang (report) Piper Cherokee PA-28-180 “Take-off and Landing” - Good Aviation Practice ... thức tài liệu giảng dạy mơn học, báo cáo phân tích mẫu máy bay Piper Cherokee PA- 28- 180, với video clip liên quan, nhóm phân tích đặc trưng trình cất cánh/hạ cánh mẫu máy bay Từ đưa phương pháp đánh... trình cất cánh/hạ cánh máy bay Piper Cherokee PA- 28- 180 Theo tìm hiểu, cất hạ cánh chế độ bay phức tạp đặc biệt nguy hiểm trình bay máy bay Theo thống kê, lấy thời gian bay Boeing 1,5 giờ, trình... kéo ngóc máy bay chưa chạm đất máy bay gần “trôi” mặt đất, giảm ga máy bay chạy thất tốc đường băng Còn người phi cơng kinh nghiệm thường tiếp đất hết chế độ kéo ngóc với vận tốc máy bay lớn vận