Tại sao máy bay có thể bay được?

Từ xa xưa con người đã tìm nhiều cách để chinh phục giấc mơ bay lên bầu trời. Nhưng với khối lượng trung bình khoảng 50-60kg, việc con người có thể bay lên không trung không hề đơn giản. Tuy nhiên, ngày nay điều đó đã thành hiện thực, con người đã từng bước chinh phục bầu trời và tiến vào vũ trụ. Bạn có biết, một chiếc máy bay chở khách nặng khoảng bao nhiêu? Một chiếc máy bay A380 nặng khoảng 550 tấn; một chiếc máy bay Boeing 787 nặng khoảng  250 tấn. Vậy, tại sao một chiếc máy bay nặng vài trăm tấn có thể bay lên trên bầu trời và di chuyển từ nơi này đến nơi khác?

1. Tại sao máy bay có thể bay lên trên cao?

Đơn giản, đó là do có lực nâng lớn hơn trọng lượng máy bay. Nhưng lực nâng trên máy bay sinh ra từ đâu? Về cơ bản, khí cụ bay có thể phân thành hai loại chính: khí cụ bay nặng hơn không khí (như khinh khí cầu, bóng hơi) và khí cụ bay nặng hơn không khí (như các loại máy bay ta thường thấy).

Các loại khí cụ bay nhẹ hơn không khí (khí cầu, bóng hơi …) được bơm các loại khí rất nhẹ như Heli, Hydro để khối lượng riêng của chúng nhỏ hơn không khí (N2+O2). Nguyên lý tạo lực nâng của các thiết bị bay này là lực đẩy ác-si-met (Archimede) (Buoyancy).

Các khí cụ bay nặng hơn không khí có các lực nâng là các lực khí động học được tạo ra khi dòng khí chuyển động qua các kết cấu. Một cách tổng quát có thể sử dụng định luật Bernouli để giải thích.

Khi dòng khí chảy bao quanh vật rắn. Áp suất tổng gồm thế năng (phụ thuộc độ cao), áp suất động (tỉ lệ bình phương vận tốc dòng khí) và áp suất tĩnh là không đổi. Ở cùng độ cao, nếu vận tốc dòng khí là lớn thì áp suất trên bề mặt vật rắn là nhỏ và ngược lại. Vì vậy, để tạo ra lực nâng trên vật rắn, các nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm ra biên dạng vật thể sao cho vận tốc dòng khí ở trên lớn, ở dưới thấp khiến cho áp suất ở trên nhỏ và ở dưới lớn qua đó tạo ra lực nâng. Một số biên dạng cánh phổ biến như NACA, Juskovski; Gottingen …

Trên máy bay cánh cố định, lực nâng chủ yếu tạo ra ở trên cánh. Lực nâng trên cánh phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:

• Hình dạng cánh: Biên dạng cánh + Diện tích cánh …
• Vận tốc tương đối giữa máy bay và dòng khí bên ngoài: chính vì vậy máy bay cần chạy đà trước khi đủ lực nâng để bay lên.

Tương tự, trên máy bay trực thăng, lực nâng chủ yếu sinh ra trên cánh quạt. Ở đây vận tốc tương đối giữa dòng khí và cánh được tạo ra bằng cách cho động cơ dẫn động cánh quạt quay tròn.

2. Tại sao máy bay có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác?

Ở đây chúng ta chỉ xét cho loại máy bay cánh cố định (máy bay thương mại chở khách chúng ta vẫn thường thấy). Các loại máy bay này có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác là nhờ các bề mặt điều khiển hay còn gọi là các cánh lái (control surfaces).

Về cơ bản, động cơ máy bay chỉ tạo ra lực đẩy giúp máy bay chuyển động tiến về phía trước. Để máy bay có thể cơ động được thì cần có các cánh lái bao gồm: cánh liệng (Eleron), cánh lái hướng (Rudder), cánh lái độ cao (Elevator) và một số loại khác không đề cập đến ở đây.

Máy bay chuyển động (cơ động) trong không gian nhờ kết hợp 4 loại chuyển động sau:

• Chuyển động thẳng về phía trước (do lực đẩy động cơ)
• Chuyển động nghiêng quanh trục dọc thân (còn gọi là liệng quanh trục Roll): do cánh lái liệng điều khiển.

• Chuyển động chúc lên, ngóc xuống quanh trục dọc cánh (còn gọi là chuyển động chúc ngóc quanh trục pitch): do cánh lái độ cao điều khiển

• Chuyển động quay trái, quay phải quanh trục thẳng đứng (trục Yaw): do cánh lái hướng điều khiển.

(bkaero.vn)