Nguyên lý hoạt động và điều khiển

[sửa]

Lực nâng khí động lực học

Máy bay thắng đượctrọng lựcvà bay lên được là nhờlực nâng khí động động lực họchay còn gọi là lực nâng Joukowski.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 thìthiết diệnvật 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 cóhình 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 hiệnlực cản. Hình khí động lực nào cho hiệu ứng lực nâng càng cao mà lực cản càng ít thì được coi là cóhiệu suấtkhí động họccàng tốt. Đối với chất lỏng hiệu ứng cũng tương tự (thuỷ động học).mô hình khí trôi qua cánh của cánh máy bay‎Sử dụng định lý Bernoulli (Théorème de Bernoulli) ...

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 vàohiệu suất khí động họccủa cánh,góc tấn(góc chảy của không khí tương đối với vật khí động–tiếng Pháp: (Incidence aérodynamique) vàvận 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 thìvận tốcvàdiện tích cánhphải 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.

Trong máy bay có cánh cố định vật thể khí động học để tạo lực nâng là đôi cánh của máy bay được gắn cố định vào thân. 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 nhờđộng cơ(có thể thông quacánh quạthoặc dòng khíphản lực). Động cơ quay cánh quạt (hoặc phụt dòng khí phản lực) sẽ tạophản lựcđẩy 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.

Còn đối vớimáy bay trực thăngcánh nâng làcánh quạt nângnằm ngang, nó đồng thời còn để tạo lực đẩy ngang làm trực thăng chuyển động ngang.

Như vậy đối với máy bay có cánh cố định thìlực nâng chỉ có khi có đủ vận tốc, mất vận tốc sẽ mất lực nâng (thất tốc) nên máy bay không thể bay đứng một chỗ.Trực thăngcũng theo nguyên tắc lực nâng khí động lực 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 nêntrực thăng có thể bay đứng một chỗ.

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.

Để thực hiện điều khiển bay có các cơ cấu cánh là:cánh nâng chính(wing),cánh đuôi ngang(taol wing), bánh lái độ cao (elevator), đuôi đứng (vertical fin) (Cánh đuôi đứng(rudder)),cánh tà trước(leading-edge flap),cánh tà sau(flap),cánh liệng(aileron), các cánh tà lưng (spoiler),phanh khí động(Leading edge slats). Nguyên tắc điều khiển bay sử dụng cơ học cổ điển để cân đối lực nâng khí động lực học vàmô mencơ học. Các cánh đuôi (cánh ngang, cánh đứng) chỉ cần có kích thước nhỏ vẫn đủ mô men vìcánh tay đònmô menlà khoảng cách khá lớn từ đuôi đến trọng tâm máy bay.

Đuôi ngangđể 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 (nếu không có cánh đuôi ngang thì lực nâng tại đôi cánh và trọng lực tại trọng tâm máy bay sẽ tạo thành mô men làm máy bay bị lộn vòng).

Cáccánh tà sauvàcánh liệng" là bộ phận cử động được ở phía sau của các cánh ngang. Các cánh tà nằm ở phía sau cánh nâng chính, phía gần thân máy bay có thể thu vào trong cánh chính hoặc đẩy dài ra, ngoài ra còn có thể chúc xuống phía dưới.Chuyển động chúc xuống hoặc kéo dài ra của cánh tà nhằm tăng lực nâng (đồng thời làm tămg lục cản) khi máy bay cất hạ cánh. Chuyển động của cánh tà 2 bên có thể giống nhau hoặc khác nhau tùy loại máy bay và điều kiện bay.

Cánh liệng (aileron)cũng nằm mép sau cánh nhưng ở phía xa thân (đầu mút cánh) chỉ có thể cụp xuống hoặc vểnh lên. Cánh liệng 2 bên khi chuyển động thì sẽ chuyển động ngược chiều nhau nhằm tạo ra một moment xoay làm máy bay xoay quanh trục dọc (rolling) vì khi đó lực nâng 2 bên cánh khác nhau

Cánh 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.

Đuôi đứngcó 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 làcánh bánh láiđuôi sẽ đóng vai trò bánh lái thông thường: Khi cánh bánh lái đứng đối xứng sẽ không có lực tác dụng theo chiều ngang nhưng 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 (với tay đòn là khoảng cách từ bánh lái đến trọng tâm báy bay) làm máy bay hướng mũi sang phải hoặc trái tương ứng (yawing).

Các cánh lưng (spoiler) nằm trên lưng cánh chính về phía sau, chỉ có thể ngóc lên, hướng về phía sau. Khi spoiler bên nào ngóc lên, lực nâng cánh đó giảm xuống, máy bay nghiêng về phía đó. Spoiler có tác dụng hỗ trợ cánh liệng (aileron) trong quá trình nghiêng máy bay. Thông thường chỉ spoiler một phía hoạt động, phía kia nằm im.

Slats là các tấm cánh nhỏ nằm ở trên lưng cánh nhưng ở phía trước, khi hoạt động thì vểnh lên, hướng về phía trước có tác dụng như phanh khía động, làm tăng lực cản của máy bay khi máy bay hạ cánh. Thông thường slat của cả 2 phía cùng vểnh lên một lúc

Số lượng các aileron, flap, spoiler, slat có thể khác nhau ở các loại máy bay. Nhiều loại máy bay không có slat

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 (rudder) 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.

Đối với trực thăngĐối với trực thăngBay lên, bay xuống:Để máy bay chúc đầu lên– xuống (bay lên, bay xuống) thì hiệu chỉnh bánh lái độ cao (elevator) 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 (xem hình minh hoạ).

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.

[sửa]

Máy bay có cánh cố định khi bay bản thân đã là mộthệ cân bằng bền: bất cứ tác nhân nào đưa nó ra khỏi trạng thái cân bằng thì đều làm phát sinh cáclựcvàmô menkhác đưa máy bay vào trạng thái cân bằng mới. Ngược lại trực thăng là mộthệ cân bằng không bền, điều khiển nó là rất phức tạp và tất cả sự điều khiển đều thông qua cánh quạt nâng.

Để tạolực đẩy ngangcho chuyển động ngang, mặt phẳng cánh quạt nâng sẽ nghiêng đi một góc so với mặt phẳng ngang. Lực nâng khí động học vuông góc với mặt phẳng cánh quạt nâng khi đó sẽ phân tích thành haivectorlực: một theo phương thẳng đứng để tạo lực nâng thắngtrọng lực, một theo phương ngang để trực thăng chuyển động ngang. Cánh quạt nâng nghiêng thấp về bên nào trực thăng bay về bên đó.

Cơ cấu nghiêng cánh quạt nâng được thực hiện thông qua hệ thống thay đổigóc tấncủa từng cánhtheo chu kỳtùy theo vị trí của cánh so với thân máy bay trực thăng, điều này tạo sựchênh lệch lực nâng tại các phía khác nhau của đĩa cánh quạt nângvà làm phát sinh mô men làm nghiêng đĩa cánh quạt nâng và thân máy bay. Đây là một cơ cấu rất phức tạp (xemcơ chế điều khiển máy bay trực thăng)

[sửa]

Lịch sử phát triển

Bài chi tiết:Lịch sử hàng không

[sửa]

Trước thế kỷ 19

Ước mơ được như chim bay lên bầu trời đã ấp ủ trong lòng nhân loại ở mọi dân tộc, tôn giáo kể từ khi con người biết ước mơ mà điển hình được văn học hình tượng hoá rõ nhất là câu chuyện của cha conDaedalusvàIcarusvới đôi cánh bằng lông chim gắn sáp trongthần thoại Hy Lạp, hoặc như hình tượngTề thiên đại thánhcủaTrung Hoa"cân đẩu vân" đi vạn dặm trong chớp mắt... Nhưng trong hàng nghìn năm đối với con người ước mơ đó chỉ dừng lại ở ước mơ xa: có một vài người có các thí nghiệm bay nhưng rất tiếc đều thất bại và không gây được tiếng vang nào, và con người đã an phận là không thể bay được như chim... Mãi cho đếnthời kỳ Phục hưng: trong các ghi chép củaLeonardo da Vinciởthế kỷ 15,thế kỉ 16người ta tìm thấy các bản vẽ về thiết bị bay có nguyên tắc giống nhưmáy bay trực thăngngày nay với cơ cấu quay cánh quạt bằng dây chun xoắn lại và có cả bản vẽ ngườinhảy dù. Từ thời gian đó một số người táo bạo không chỉ ước mơ mà đã tin tưởng là có thể bay được: một loạt các nhà tiên phong hàng không đã có các thực nghiệm để bay vào không trung. Nhưng tất cả họ cho đến thế kỷ 19 đều thực hiện việc bay bằng cơ chế"vỗ cánh"mô phỏng động tác bay của chim và tất cả đều thực hiện việc bay bằng"sức mạnh cơ bắp"(dùng tay vẫy cánh hoặc dùng chân đạp cơ cấu truyền lực như khi đạp xe đạp), khi đó con người chưa có động cơ để thực hiện bay... Chỉ với sức mạnh cơ bắp con người lại gần như tin rằng không thể bay được.

[sửa]

Thế kỷ 19

Vàothế kỷ 19vớicách mạng khoa học kỹ thuậtbùng nổ ởchâu ÂuvàMỹcon người đã có các nền tảng để bay vào không khí: đó là lý thuyết về thuỷ khí động lực học với các nhà khoa học đi đầu nhưDaniel Bernoulli,George Cayley, và ở Nga cóNikolai Yegorovich Joukowski(Николай Егорович Жуковский)...trong đó liên quan trực tiếp để bay được là các lý thuyết và tính toán vềlực nâng khí động lực họchay còn gọi làlực nâng Joukowskiđã được Joukowski trình bày rất rõ ràng khi sáng lập ngànhkhoa họcthuỷ khí động lực học. Sự ra đời của các thế hệđộng cơcócông suấtlớn gấp nhiều lần sức người mở ra triển vọng thắng trọng lực để bay thực sự vào không khíTừ đầu đến cuối thế kỷ 19 một loạt các nhà tiên phong hàng không đã tiến hành các thí nghiệm bay thành công với lực nâng khí động học bằngtàu lượnnhưOtto LilientalngườiĐứcđã bay được bằng thiết bị với các cơ cấu bay và lái giống như diều Delta (Deltaplane) mà ngày nay là một ngành thể thao rất phát triển; Huân tướcGeorge CayleyngườiAnhđã dùng thiết bị cóđộng cơbay được nhưng vẫn không thể tự cất cánh mà vẫn phải dùng ngựa kéo. Một ngườiPháplàJean-Marie Le Brisvới máy bayL'Albatros artificialcó động cơ với trợ lực sức ngựa kéo đã cất cánh và bay lên được độ cao 100 m và xa 200 m... Tất cả các nguyên nhân chính ngăn cản phát triển của hàng không trong thời kỳ này là chưa có một động cơ tốt vừa nhỏ nhẹ vừa phát huy được công suất lớn vì thời kỳ đó con người vẫn chỉ dùngđộng cơ hơi nướcrất nặng nề, có chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) thấp và chưa có nghiên cứu chuyên ngành vềkhí động lực họcnên các nhà tiên phong của Hàng không chỉ làm theo kinh nghiệm mò mẫm, hiệu suất lực nâng không cao đòi hỏi diện tích cánh phải rất lớn, nặng nề và chưa có hình dạng thích hợp để bảo đảm vừa có lực nâng tốt vừa có độ vững chắc của kết cấu cánh.

[sửa]

Thế kỷ 20

[sửa]

Trước thế chiến thứ nhất

Đầuthế kỷ 20với sự xuất hiện củaô tôvớiđộng cơ đốt trongchạyxăngmạnh, lại gọn nhẹ thì việc bay được đã trở thành hiện thực trước mắt.

Năm1903đánh dấu cho lịch sử Hàng không bằng chuyến bay củaanh em nhà Wrightngười Mỹ, máy bay của họ có động cơ khả dĩ duy trì bay trong một khoảng cách vài trăm mét, tuy rằng chưa thể tự cất cánh mà vẫn phải bằngthiết bị phóngbằng vật nặng cho thả rơi và khi cất cánh, hạ cánh phải lựa theo chiều gió, nhưng thành công của họ cho thấy máy bay là hoàn toàn hiện thực và đã gây tiếng vang lớn trong dư luận, tạo động lực cho việc nghiên cứu phát triển ngành Hàng không.

Ngày13 tháng 11năm 1907 nhà sáng chế ngườiPhápPaul Cornutự chếmáy bay trực thăngbay lên được độ cao nửa mét và giữ được trong không khí 20 giây.Ngày13 tháng 9năm1906Alberto Santos-DumonttạiParisđã thực hiện chuyến bay trình diễn của máy bay14 Bis, máy bay này đã tự cất cánh, tự bay và tự hạ cánh không cần thiết bị phóng, chiều gió hoặc các phương tiện phụ trợ từ bên ngoài, nhiều người coi đây thật sự là chuyến bay đầu tiên của máy bay theo đúng nghĩa. Sau đó các cá nhân tiên phong đua nhau sản xuất máy bay, tăng kích thước, tăng công suất, hoàn thiện kết cấu: thời kỳ này máy bay chưa có thân vỏ chỉ có khung xương bằng gỗ, cánh là khung gỗ căng vải,cánh quạtđẩy đặt sau cánh và người lái, thổi gió về phía sau.

Trong khi máy bay thông thường từ đây phát triển rất nhanh mạnh thì máy bay trực thăng tiến bộ chậm chạp hơn rất nhiều vì sự phức tạp kỹ thuật của nó. Chỉ đến sauthế chiến IIcác khó khăn này mới được giải quyết và trực thăng mới có cơ hội phát triển mạnh.

Tuy nhiên phải kể đến một nền tảng đóng vai trò quyết định cho sự phát triển đồ sộ sau này của ngành hàng không vũ trụ, đó chính là sự ra đời của lý thuyếtlực nâng cánh máy bay. Lý thuyết này đã được ông tổ của ngành hàng không Liên-Xô Joukowski xây dựng vào những năm đầu thế kỉ XX, được công bố lần đầu tiên tại hội nghị khoa học diễn ra vào năm 1909. Trong tài liệu khoa học hiện đại ngày nay chúng ta được biết đến với tên gọi định lýKutta–Joukowski theorem. Để chứng minh định lý này, Joukowski đã sử dụng giả thuyết Joukowski-Chaplygin để tính toán giá trị lưu số vector vận tốc[1].

[sửa]

Thế chiến thứ nhất

Liên tiếp trong các năm trướcthế chiến thứ nhấtviệc chế tạo máy bay được đẩy mạnh bởi các con người nhiệt huyết và các công ty. Người ta tổ chức các giải thưởng rất lớn cho nhiều cuộc thi hàng năm bay xuyên biểnLa ManchegiữaParisvàLondon, các cuộc thi này đã góp phần rất lớn cho việc hoàn thiện công nghệ máy bay. Việc nghiên cứu máy bay bây giờ đã không còn là việc của những người nhiệt huyết tiên phong nữa mà đã là cạnh tranh của các quốc gia và các hãng lớn.

Cũng như mọi ngành tiên phong khác máy bay được ứng dụng đầu tiên cho mục đíchquân sựvà ở thế chiến thứ nhất lần đầu tiên máy bay tham chiến như một lực lượng quân sự mới và sau này trở thành lực lượngkhông quâncủa các quốc gia. Và chiến tranh là động lực rất mạnh để hoàn thiện máy bay. Máy bay của thời kỳ này tất cả đã có thân vỏ hình dạng thích hợp để tăng hiệu suất khí động học, vỏ căng bằng vải hoặc ốp bằng gỗ, vẫn chưa cócabinkín chophi công. Cũng như trước kia lực đẩy vẫn bằng cánh quạt, nhưng để hợp lý cấu trúc máy bay và tăng hiệu suất khí động học và cơ học, các cánh quạt đều là loại kéo tải thay vì đẩy tải như một số các mẫu cũ ở đầu thế kỷ. Do vận tốc còn thấp nên để tăng lực nâng cần diện tích cánh lớn, máy bay có 2 tầng cánh nâng (Biplane). Về vũ trang:súng máylắp trên cánh hoặc trước mặt phi công hoặc nếu máy bay có hai chỗ ngồi thì người ngồi sau bắn súng máy, hết đạn thì phi công rút súng lục ra bắn nhau. Máy bay có thểkhông chiếnbằng súng hoặc tấn công quân bộ bằng súng hoặc bằng cách thảlựu đạn, ngoài ra còn để tiến công khinh khí cầu của đối phương, tiến hànhtrinh sátvàliên lạcđưa thư. Mẫu máy bay nổi tiếng nhất thời kỳ này là máy baySopwith CamelcủaAnhvới các thông số chính như sau: kích thước dài× sải cánh× cao: 5,7× 8,5× 2,5m; Khối lượng rỗng/có tải: 430/672 kg; Vận tốc Max/thiết kế: 180/92 km/h; trần bay 6.400 m; động cơ: 9 xi lanh 150 mã lực.

[sửa]

Những năm 1920 đến cuối Thế chiến thứ hai

Thời kỳ giữa hai đại chiến là thời kỳ nở rộ của kỹ thuật máy bay. Yếu tố quan trọng nhất của kỹ thuật máy bay là động cơ được quan tâm đặc biệt, không còn là động cơ tự chế hoặc cải tiến từ động cơ thông thường, mà động cơ máy bay đã được các hãng lớn chuyên sản xuất động cơ máy bay nên đã có công suất rất lớn, có sức lai cánh quạt đường kính lớn, lực đẩy mạnh cho phép nâng sức nặng, kích thước và tốc độ máy bay. Thời kỳ này vẫn là động cơ đốt trong chạy bằng xăng, thường là nhiều xi lanh bố trí hình sao. Các cơ cấu điều khiển của máy bay đã hoàn chỉnh: máy bay đã có thể thực hiện được các hình nhào lộnpilotagephức tạp. Việc tăng kích thước và các thông số của máy bay đòi hỏi kết cấu vững chắc nhưng vẫn phải nhẹ nên thân vỏ gỗ chỉ còn tồn tại trên những máy bay nhẹ loại nhỏ biplane (hai tầng cánh) mà thôi, còn hầu hết máy bay đã có thân hợp kim nhôm vừa nhẹ vừa có độ bền vững kết cấu tốt. Vì tốc độ đã cao (đến 500–700 km/h) nên không cần diện tích cánh lớn nên máy bay chỉ còn một tầng cánh nângmonoplaneđiều này làm tăng tính cơ động linh hoạt của máy bay lên rất nhiều. Tất cả máy bay đều đã cócabinkín bằngthuỷ tinh hữu cơ. Ngoài những thiết bị bay, máy bay được trang bị thêm rất nhiều các thiết bị phụ trợ khác nhưradioliên lạc, các hệvũ khí:súng máy,pháo,bom,đạncác loại. Đặc biệt thời kỳ này người ta đã sử dụngdùnhư phương tiện cứu sinh cho phi công và để tạo ra một binh chủng mới làquân nhảy dù. Sự phát triển của máy bay thời kỳ trước và trong đại chiến gắn liền với sự phát triển không quân của các nước.

Lực lượngmáy bay ném bomchuyên mangbom,ngư lôiđể đánh phá các mục tiêu lớn trên mặt đất và trên biển của đối phương theo phương thức ném bom diện rộng theo toạ độ, Các máy bay ném bom có nhiều loại, loại lớn đã có kích thước rất to và có tầm bay cao, xa vượt được đại dương. Các loại máy bay lớn này có thể có nhiều động cơ lắp tại mũi và ở hai cánh (mỗi động cơ có một cánh quạt). Điển hình nhất của loại máy bay này làsiêu pháo đài bayB-29rất nổi tiếng củaHoa Kỳloại này chính là loại máy bay đã némbom nguyên tửxuốngNhật Bản(tháng 8 năm1945).Trước đại chiến không quân các nước đã phát triển chuyên môn hoá ra các nhánh trong không quân là:

Lực lượngmáy bay tiêm kíchhaymáy bay khu trụcchuyên đểkhông chiếntiêu diệt máy bay đối phương, máy bay tiêm kích thường có kích thước nhỏ, có tốc độ cao cơ động tốt, mang pháo và súng máy. Máy bay thường chỉ có một động cơ tại mũi điển hình của loại này là tiêm kíchMesserschmitt ME-109củaĐức,YAK-3củaLiên Xô,SpitfirecủaAnh, vàMustangcủaHoa Kỳ.

Ngoài việc xây dựng lực lượng không quân đóng căn cứ trên bộ, các cường quốc quân sự nhất là Hoa Kỳ,Nhật bảnphát triển lực lượng không quân củaHải quântrên cáctàu sân baymở ra một loại binh chủng rất mới làm thay đổi hoàn toàn cách thức tiến hànhchiến tranh trên biểncủa nhân loại trong đại chiến và sau này đến tận ngày nay. Các máy bay trên tàu sân bay là loại được thiết kế đặc biệt: có khả năng cất cánh, hạ cánh trên đường băng ngắn. Trên tàu sân bay chỉ chở loại máy bay tiêm kích và tấn công.Lực lượngmáy bay cường kíchlà các máy bay nhỏ đến trung bình vũ trang mạnh thường mang súng máy, pháo, vài quả bom, bom nhỏ chuyên dụng chống tăng và cuối đại chiến có thể lắpdàn hoả tiễn, chuyên để tiến công chính xác các mục tiêu nhỏ, di động trên mặt đất, trên biển để hỗ trợ bộ binh và tiến công truy đuổi độc lập. Điển hình của loại này làJunker Ju87của Đức Quốc xã vàIlyushin Il-2"xe tăng bay" của Liên Xô.

Lực lượngmáy bay vận tải: Kích thước, sức chở lớn để chở quân, thiết bị quân sự, thả dù. Điển hình là "Big Douglas"Douglas DC-3(Dakota C-47) rất nổi tiếng trong đại chiến và các năm 1960– 1960 sau này của Hoa Kỳ.

Từ trong đại chiến II đến sau này Hoa Kỳ đã vươn lên thành cường quốc không có đối thủ trong ngành Hàng không và nước này luôn coi Hàng không là ưu tiên số một của quốc gia và là xương sống của chính sách quốc phòng của mình. Tại Hoa Kỳ đã sản xuất ra các loại máy bay mà sau này tồn tại hàng chục năm và là mẫu mực để các nước khác hướng đến để tham chiếu khi xây dựng không quân.

Với sự lớn mạnh của không quân, tính chất chiến tranh đã thay đổi rất nhiều: có thể mang tàn phá vào rất sâu trong hậu phương quân địch và đòn tấn công từ trên không rất bất ngờ và mãnh liệt. Hầu hết sự tàn phá tiềm lực các thành phố của Đức cũng như của các nước tham chiến là do không quân gây nên. Đối với chiến tranh trên biển với sự xuất hiện của máy bay và tàu sân bay đã chấm hết thời đại của cácpháo hạm, các trậnhải chiếndiễn ra ở rất xa ngoài tầm bắn pháo và tầm quan sát của các bên và các hạm đội tàu sân bay có thể mang máy bay tới tận sát bờ biển của địch. Với bài học về vai trò của không quân, sau chiến tranh thế giới các cường quốc tăng cườngchạy đua vũ trangmà mũi nhọn là ở lực lượng không quân vàtên lửa chiến lược.

[sửa]

Sau đại chiến II, chiến tranh lạnh và hiện nay

Sau đại chiến, kỹ thuật máy bay phát triển rất mạnh theo nhiều hướng khác nhau nhưng có thể thấy vài điểm chính đặc trưng cho giai đoạn này là: phát triển động cơ, phát triển cấu trúc máy bay, phát triển các công năng đặc dụng, phát triển theo công nghệ cao và phát triển trực thăng.

[sửa]

Động cơ

Khi vận tốc máy bay đạt đến gầntốc độ âm thanhcánh quạt sẽ chuyển động tương đối trong không khí vớivận tốc gần âm thanhvàvượt âm thanhđiều đó sẽ làm thụt giảm hiệu suất cánh quạt rất mạnh. Vì vậy với cánh quạt cổ điển máy bay không thể đạt được vận tốc âm thanh, Để có vận tốc vượt tốc độ âm thanh máy bay cần phải có cơ chế chuyển động mới đó là cơ chế chuyển động nhờphản lựclà khi động cơ phụt thẳng luồng khí năng lượng cao về phía sau tạo lực đẩy cho máy bay chuyển động về phía trước.

Đầu tiên là các máy bay chiến đấu dùng loại động cơ này để biến thành máy bay phản lực. Sau đó các loại khác như vận tải, hành khách, trực thăng cũng lắp động cơ mới để tăng mạnh công suất. Ngày nay hầu hết các loại máy bay đã lắp động cơ tuốc bin khí, động cơ piston chỉ còn lại trên các máy bay dân dụng loại nhỏ như máy bay gia đìnhCessna, máy baythể thao,nông nghiệp...Đây là sự phát triển bao trùm sau đại chiến trong cả hàng không dân dụng và quân dụng. Với sự phát triển này có thể nói sau chiến tranh là thời đại củamáy bay phản lực: ngay cuối đại chiến nướcĐức Quốc xãđã cho ra đời máy bay phản lực đầu tiên với vận tốc vượt rất xa tất cả các loại tiêm kích đương thời. Ngay sau chiến tranh các cường quốc dẫn đầu cạnh tranh trongchiến tranh Lạnhmà điển hình là Hoa Kỳ và Liên Xô chạy đua quyết liệt để chế tạo máy bay phản lực mà vấn đề chìa khóa của nó là động cơ.Động cơ pistonđến cuối đại chiến đã hết tiềm năng, xuất hiện loạiđộng cơ nhiệtmới với nguyên tắc hoạt động hoàn toàn khác đó làđộng cơ tuốc bin khí(tiếng Anh:gas turbine engine). Đây là động cơ rất gọn, nhưng có công suất cực lớn nếu so với động cơ piston: chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) của nó cao gấp hàng chục lần. Máy bay giờ đây có công suất rất mạnh mà khối lượng, thể tích thậm chí còn giảm nhiều.

Để tạo lực đẩy ngang, động cơ tuốc bin khí được lắp trên máy bay theo ba phương án như sau:

Động cơ tuốc bin cánh quạt(turbopropeller, viết tắtturboprop): động cơ tuốc bin khí mà toàn bộ công suất để lai cánh quạt kiểu cổ điển (động cơ kiểu mới nhưng lực đẩy ngang được tạo ra theo kiểu cánh quạt cổ điển). Được dùng cho cácmáy bay vận tảikhỏe, cầntính kinh tế caonhưng không cần tốc độ cao như loạiAntonov AH-12,AH-24của Liên Xô, và đặc biệt là loạiLockheed C-130 Herculescủa Hoa Kỳ là loại máy bay vận tải tốt nhất mọi thời đại, hoặc lắp cho trực thăng cần công suất khỏe.

Động cơ tuốc bin phản lực: lực đẩy ngang chỉ do từ luồng khí phản lực phụt mạnh từ động cơ, loại này lắp cho các máy bay cầntốc độ caonhư các máy bay chiến đấu, nhưnghiệu suất kinh tếkhông cao bằng loại cánh quạt. Chỉ có loại này phát triển đượctốc độ siêu thanh.

Động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt(turbopropeller jetviết tắtPropJet): kết hợp trung gian giữa hai loại trên. Lực đẩy ngang của máy bay vừa từ luồng khí phụt phản lực từ động cơ, vừa từ gió cánh quạt thổi không qua buồng đốt động cơ nên loại này còn được gọi là động cơ tuốc bin hai viền khí (two-contour aviation engine). Ngày nay hầu hết các máy bay hành khách, vận tải của dân dụng điển hình nhưBoeing,Airbusdùng loại này để đảm bảo tính kinh tế và vận tốc cao hợp lý.

Cấu trúc máy bayVới động cơ tuốc bin khí công suất cao và phương thức tạo lực đẩy phản lực đến giữanhững năm 1960máy bay chiến đấu phản lực đã có thể có vận tốc vượt tốc độ âm thanh (siêu thanh khoảng 1000 km/h) và ngày càng cao hơn nữa. Từ giữanhững năm 1970đã có các máy bay hành khách khổng lồ siêu thanh làTupolev Tu-144của Liên Xô vàConcordecủa hợp tác Pháp– Anh. Các mark máy bay chiến đấu hiện đại ngày nay cósố Machkhoảng 2,5– 3 (vận tốc gấp tốc độ âm thanh).

[sửa]

Các công năng đặc dụngSự thay đổi cấu trúc máy bay chủ yếu diễn ra ở máy bay chiến đấu, đi liền với sự thay đổi tốc độ và các thay đổi về công nghệ khác. Dạng khí động học hợp lý cho siêu thanh khác xa với mức dưới âm thanh nên hình thù cánh và thân thay đổi rất nhiều và dần dần có dạng "delta" (mũi tên). Và như loại máy bay ném bomB-2 spirittàng hình của Hoa Kỳ hiện nay thì đã không còn ranh giới giữa cánh và thân: máy bay có hình dạng nhưcá đuối. Một số loại máy bay có dạng "cánh cụp cánh xòe" nhưB1,F-111của Hoa Kỳ,MIG-23của Liên Xô là loại có hình dạng và diện tích cánh có thể thay đổi tùy theo yêu cầu tốc độ và tải trọng. Các loại cao tốc nhưMIG-25của Liên Xô, RaptorF/A-22của Mỹ có 2 đuôi, và một số loại khác nhưEurofightercủa Châu Âu có cánh phụ nhỏ (canard) ở phía trước.

[sửa]

Các công năng đặc dụng chỉ phát triển cho một số loại đặc dụng nhưmáy bay phản lực cất cánh, hạ cánh thẳng đứngđể bố trí tại nơi không có đường băng, loại này có cửa phụt phản lực theo chiều thẳng đứng cho phép máy bay hạ cánh, cất cánh thẳng đứng như một số loại của Anh, Mỹ, Liên Xô điển hình nhất là loạiHarrier Jump JetvàF-35 Lightning IIcủa Anh.Thủy phi cơ: cất cánh, hạ cánh trên mặt nước...

[sửa]

Công nghệ cao

Phát triển trực thăngCác máy bay của thời kỳ này có những công nghệ rất cao, nhất làcông nghệ vật liệuvà thiết bị điện tử, viễn thông, máy tính tự động hoá... Trên máy bay có rất nhiều hệ thốngradarvàchống radar, hệ thống nhận biết địch– ta, hệ thống định vị, dẫn đường... và các phương tiện đấu tranh điện tử. Đặc biệt đến cuốithế kỷ 20Hoa Kỳ cho ra đời các loại máy bay vớicông nghệ tàng hìnhkhông bị phát hiện bằng sóng radar làB-2vàF-117.

Máy bay trực thăngcủa thời kỳ này được trang bị động cơ tuốc bin khí vớicông suấtrất lớn, tải trọng rất mạnh, với đầy đủ cơ cấu điều khiển cho phép loại máy bay này cótính cơ độngrất cao và rất đa dạng theo các phương án thiết kế. Và đến những năm 1970– 1980 thì trực thăng dường như đã đạt đến độ hoàn thiện của nó.Ngay từ đầuthế kỷ 20song hành cùng máy bay cánh cố định, trực thăng cũng đã được nghiên cứu phát triển, nhưng vì những khó khăn về kỹ thuật trong vấn đềcộng hưởng,độ ổ định,vật liệu,điều khiển...nên trực thăng phát triển rất chậm chạp so với máy bay cánh cố định. Chỉ sauthế chiến IIcác vấn đề kỹ thuật rất phức tạp trên mới được giải quyết tạo sự ứng dụng đại trà cho trực thăng vào các lĩnh vực cuộc sống, kinh tế và đặc biệt trong quân sự. Vì các ưu việt rất độc đáo là khả năng cất cánh, hạ cánh thẳng đứng không cầnđường băngvà khả năng bay đứng treo một chỗ của loại máy bay này mà Trong các năm 1950, 1960 đã sảy ra sự bùng nổ của trực thăng và tiếp diễn đến bây giờ.

[sửa]

Tương lai phát triển

Vào năm 2006,động cơ tuốc bin khíchưa sử dụng hết tiềm năng của nó nên trong tương lai gần chưa thấy có xu hướng loại bỏ động cơ này cho máy bay thông thường, mà chỉ hoàn thiện nó và kết hợp với các loại động cơ khác.

Hướng nghiên cứu lắp thêmđộng cơ tên lửa đẩycho máy bay thương mại và quân sự cũng đã được triển khai để tăng tốc và đặc biệt quan trọng để phóng máy bay giảm độ dàiđường băng, tuy nhiên có vẻ như hướng này đang bị từ chối cho máy bay thương mại trong thời gian trước mắt.Một trong những hướng phát triển rất tiềm năng của máy bay và động cơ máy bay trong tương lai là kết hợp tính chất của máy bay với tính chất củatên lửađể phục vụ chodu lịch vũ trụ thương mại. Hướng này thực ra đã bắt đầu từ những năm 1980 của thế kỷ 20 vớichương trình tàu vũ trụ con thoi(space shuttle) củaNASAHoa Kỳ. Nhiệm vụ của hướng này ngày nay là làm sao có chi phí rẻ hơn để có thể thương mại hoá. Để giảm bớt trọng lượng phóng và gia tốc ban đầu và tất nhiên là chi phí, NASA đang cùng một số công ty lớn của Hoa Kỳ đang thử nghiệm một số loại máy bay– tên lửa phóng từmáy bay mẹtrên cáctầng khí quyểncao nhất, loại tàu như vậy có thể thâm nhậpvũ trụvà trở về trái đất bằng phương thức máy bay với một chi phí chấp nhận được.

Đối với máy bay phản lực chiến đấu ngoài yếu tốphát triển theo công nghệ caovới mức độ tối đa vũ trang điện tử, viễn thông, tự động hoá, công nghệ tàng hình... còn có hướng kết hợp lực nâng khí động học cổ điển của máy bay vàlực nâng phản lựccủa động cơ (mà máy bay phản lực cất cánh, hạ cánh thẳng đứng là một ví dụ).

Đối với máy bay dân dụng thương mại thì ưu tiên hàng đầu trong hướng nghiên cứu là tăng tính an toàn và tính kinh tế: hiện nay đang có các phương án nghiên cứu hệ thống dù cho cả khoang hành khách của máy bay và đã có dự án "tàu cứu hộ trên khoang" để sơ tán hành khách khi gặp nạn. Để chống cháy nổ máy bay sẽ sử dụng các nguyên vật liệu không thể cháy, hiện nay các việc này sẽ làm tăng chi phí hàng không lên quá nhiều, đây đang là đề tài cho các công nghệ nhất là công nghệ vật liệu áp dụng cho máy bay... Để tăng tính kinh tế, xu hướng chế tạo máy bay hành khách thương mại là tăng kích thước, số ghế hành khách và trong tương lai rất gần sẽ là thời đại của các loạimáy bay thân lớnkhổng lồ, chở trên 1000 người, có thể bay "nonstop" vòng quanh thế giới không cần tiếp nhiên liệu...Trong các thiết kế của Nga, Hoa Kỳ cho các mẫu máy bay chiến đấu sau cùng của họ ví dụF-22 Raptorvà đặc biệt là máy baySukhoi Su-27và các đời SU cuối của Nga đã phát triển các cơ cấu dẫn hướng luồng khí phản lực cho phép máy bay có các động tác "trượt", "trườn", "lắc", "vặn" rất tinh xảo, tính cơ động linh hoạt cực tốt, máy bay dường như "không cònquán tính". Tính năng này sẽ cực kỳ lợi hại khi cơ động tránh tên lửa và luôn chiếm ưu thế vị trí khi không chiến. Xu hướng này là tất yếu cho chế tạo các dòng máy bay chiến đấu sau này và sẽ dần dần dẫn đến khả năng máy bay có thể biểu diễn "kung fu", lộn vòng trên không mà vẫn đứng yên một chỗ, hiện nay xu hướng này đang gặp khó khăn về yếu tố tính kinh tế, nhưng khó khăn này không phải là quá lớn.

Cácmáy bay siêu thanhConcordevàTupolev Tu-144trong thế kỷ 20 nói chung không được thị trường hàng không tiếp đón nồng nhiệt ngoài yếu tố giá cả còn có yếu tố tiếng ồn đối với thành phố. Một trong những hướng nghiên cứu khí động thân và động cơ máy bay chothế kỷ 21là làm sao triệt tiêu được tiếng ồn của máy bay mà vẫn duy trì tốc độ siêu thanh...

Đó mới chỉ là những điều rõ ràng trong sự phát triển trong tương lai rất gần còn các nghiên cứu thì vẫn còn là bí mật của các nhà sản xuất máy bay, mà chính những nghiên cứu đó quyết định xu hướng phát triển của máy bay trên thế giới.

[sửa]

Phân loại

Sự phân loại máy bay là rất phong phú tùy theo tiêu chuẩn phân loại:

[sửa]

Theo hình thức cánh nâng

Máy bay có cánh cố định.

Máy bay trực thăng

[sửa]

Theo chức năng sử dụng

Máy bay quân sự

Tiêm kích: không chiến chống máy bay địch

Cường kích: tấn công các mục tiêu nhỏ di động trên mặt đất, truy kích

Tiêm kích– cường kích: vừa có chức năng không chiến vừa có chức năng tấn công

Ném bom: tầm gần; tầm xa

Mang tên lửa

Trinh sát

Hiệu chỉnh hỏa lực

Đa năng/ chuyên dụng

Vận tải

Đổ bộ đường không

Máy bay dân dụng

Hành khách: để chởhành khách

Vận tải: chở hàng hoá

Bưu chính– liên lạc

Nông nghiệp: bón phân, gieo hạt

Huấn luyện: đào tạo phi công

Thể thao: nhảy dù, bay lượn

Máy bay chuyên dụng

Thí nghiệm: để thực hiện các thử nghiệm bay

Y tế: cứu hộ y tế khẩn cấp

Địa vật lý: nghiên cứuđịa vật lý

...

[sửa]

Theo trọng lượng cất cánh

Có 4 hạng nhu sau:

Trên 75tấn

Từ 30 đến 75 tấn

Từ 10 đến 30 tấn

Dưới 10 tấn

[sửa]

Theo thể loại và số lượng động cơ

Theo thể loại động cơ:

Động cơ piston

Tuốc bin cánh quạt

Phản lực

Theo số lượng động cơ:

Một động cơ

Hai động cơ

Ba/bốn/sáu/tám động cơ

[sửa]

Theo sơ đồ cấu trúc

Theo độ cao cánh so với thân:

Cánh cao

Cánh giữa

Cánh thấp

Theo số lượng tầng cánh:

Monoplane: một tầng cánh

Biplane: hai tầng cánh

Theo vị trí bánh lái:

Kiểu cổ điển: bánh lái ở đuôi

Không đuôi

Loại con vịt: Bánh lái đằng trước

Theo thể loại và kích thước thân máy bay:

Thân rộng / thân hẹp: đối với loại 1 thân

Hai thân

Khung bay: không có thân chỉ có cánh và khung

[sửa]

Theo tốc độ bay

Dưới âm thanh

Siêu thanh

[sửa]

Theo chế độ hạ cánh

Hạ cánh sân bay

Hạ cánh tàu sân bay: đậu trên tàu sân bay của hải quân

Thủy phi cơ: hạ cánh, cất cánh trên mặt nước

[sửa]

Theo cơ chế tạo lực đẩy

Cánh quạt: lực đẩy ngang nhờ cánh quạt

Phản lực: lực đẩy ngang nhờ động cơ phản lực

Phản lực– cánh quạt: lực đẩy ngang nhờ động cơ "PropJet"