Cánh khí động: cánh máy bay tạo lực nâng như thế nào
(ciechanow.ski)- Bay là kết quả của lực và phân bố áp suất do luồng không khí quanh cánh tạo ra; cánh khí động là hình dạng mặt cắt của cánh tạo nên lực đó
- Luồng không khí nên được hiểu bằng vận tốc trung bình trong các vùng nhỏ, thay vì chuyển động ngẫu nhiên của từng phân tử; vận tốc tương đối so với vật thể có thể biến không khí đứng yên thành gió
- Áp suất sinh ra khi các phân tử không khí va chạm với bề mặt; chênh lệch áp suất quanh vật thể đẩy cả không khí lẫn bề mặt rắn, làm thay đổi tốc độ và hướng
- Khi góc tấn tăng, lực nâng tăng, nhưng vượt quá góc tới hạn thì lớp biên tách khỏi bề mặt, gây thất tốc và làm lực nâng giảm
- Độ nhớt, lớp biên, nhiễu loạn, độ dày và hình dạng bất đối xứng đều cùng làm thay đổi lực nâng và lực cản; vì vậy thiết kế cánh thực tế là bài toán tìm phân bố áp suất–vận tốc tạo đủ lực nâng đồng thời giảm lực cản
Mặt cắt cánh tạo nên chuyến bay
- Từ rất lâu, con người đã mơ ước bay trên trời như chim; ngày nay vận tải hàng không đã trở nên hiển nhiên, nhưng vật lý của chuyến bay vẫn có thể không trực quan
- Nguyên lý máy bay bay được có thể được hiểu qua các lực do luồng không khí quanh cánh máy bay tạo ra
- Hình dạng mặt cắt của cánh là cánh khí động, và hình dạng cùng hướng đặt của nó đóng vai trò quan trọng trong việc giữ máy bay ở trên không
- Phần giải thích bắt đầu từ trực quan hóa luồng không khí, rồi đi đến vận tốc và áp suất ở cấp độ phân tử, dòng chảy quanh cánh khí động, độ nhớt, lớp biên và các dạng cánh khí động khác nhau
Cách quan sát dòng chảy
- Vì không khí trong suốt nên khó quan sát trực tiếp chuyển động của nó; ta lần theo dòng chảy qua tác động của gió lên các vật như ngọn cỏ, lá rụng, bụi hoặc khói
- Mũi tên biểu thị hướng và tốc độ của luồng không khí tại một vị trí cố định
- Mũi tên càng dài thì dòng chảy tại vị trí đó càng nhanh
- Mọi điểm đều có vận tốc riêng, và toàn bộ dòng chảy có thể được xem như một trường vận tốc (vector field)
- Hạt đánh dấu di chuyển theo dòng chảy như các vật thể rất nhỏ và nhẹ, cho thấy đường đi thực tế của một khối không khí
- Quỹ đạo của hạt đánh dấu trở thành dấu vết theo thời gian, cho biết khối không khí đó đến từ đâu
- Trực quan hóa dựa trên màu sắc biểu thị độ lớn vận tốc bằng độ sáng thay vì hướng
- Dòng chảy nhanh hơn được biểu thị bằng màu sáng hơn
- Khi cần thông tin về hướng, có thể chồng thêm các mũi tên
- Từ đây về sau, dòng chảy được xử lý trong 2 chiều; với luồng không khí được giải thích trong bài, hình phẳng là đủ
- Dòng chảy có các tính chất không thay đổi theo thời gian là dòng chảy ổn định; dù các mũi tên trông cố định, vị trí của các khối không khí vẫn liên tục thay đổi
Vận tốc không khí và vận tốc tương đối
- Ngay cả trong một khối lập phương nhỏ kích thước 80 nanomet cũng có hơn 12.000 hạt không khí đang chuyển động, và không khí thực tế gồm số lượng hạt lớn hơn nhiều
- Ngay cả trong không khí đứng yên, các hạt vẫn chuyển động rất nhanh theo các hướng ngẫu nhiên
- Ở nhiệt độ phòng, tốc độ trung bình của hạt không khí khoảng 1030mph, tức 1650km/h
- Mỗi hạt va chạm khoảng 10 tỷ lần mỗi giây
- Vận tốc của luồng không khí không phải là vận tốc của từng phân tử riêng lẻ, mà là vận tốc trung bình của các hạt trong một vùng nhất định
- Trong không khí đứng yên, chuyển động ngẫu nhiên của các hạt trung bình gần bằng 0
- Khi có gió, một hướng có trật tự xuất hiện trong chuyển động trung bình của rất nhiều hạt
- Khi một vật thể chuyển động, như ô tô hoặc máy bay, thì trong hệ quy chiếu của vật thể, ngay cả không khí đứng yên cũng trở thành gió thổi theo hướng ngược lại
- Luồng gió bạn cảm thấy khi đưa tay ra ngoài cửa sổ là chuyển động tương đối của không khí so với vật thể
- Gió thông thường và gió mà một vật thể đang chuyển động trải nghiệm đều là chuyển động tương đối giữa không khí và vật thể
- Trong hệ quy chiếu của máy bay, không khí chảy về phía cánh; để máy bay không rơi, cần một lực hướng lên triệt tiêu trọng lực
- Ô tô có phản lực từ mặt đất triệt tiêu trọng lực
- Máy bay có lực nâng do cánh tạo ra để triệt tiêu trọng lực
Áp suất tạo lực như thế nào
- Áp suất là hiệu ứng tổng hợp của lực do các hạt không khí va chạm với bề mặt tạo ra
- Va chạm của một hạt riêng lẻ rất nhỏ, nhưng vô số va chạm được lấy trung bình và tác dụng lên bề mặt như một lực đồng đều
- Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào cường độ va chạm trên mỗi đơn vị diện tích
- Nếu áp suất có cùng độ lớn tác dụng cân bằng lên vật thể từ mọi hướng, vật thể sẽ không chuyển động
- Nếu áp suất ở một phía lớn hơn, lực trở nên mất cân bằng và vật thể bị đẩy sang phía đối diện
- Hợp lực tác dụng lên vật thể được quyết định bởi chênh lệch áp suất trong không gian hơn là áp suất tuyệt đối
- Chênh lệch áp suất không chỉ làm vật rắn chuyển động mà còn làm chính không khí chuyển động
- Trung bình, các hạt di chuyển từ vùng áp suất cao sang vùng áp suất thấp
- Một chênh lệch áp suất để tự do sẽ nhanh chóng biến mất theo thời gian
- Áp suất tăng khi số lượng hạt tăng, và cũng tăng khi tốc độ trung bình của hạt tăng
- Khi nhiệt độ tăng làm hạt chuyển động nhanh hơn, va chạm mạnh hơn và áp suất cũng tăng
- Áp suất thực tế không thể âm
- Trạng thái không có va chạm hạt là áp suất thấp nhất có thể, bằng 0
- “Áp suất âm” được dùng ở đây là cách diễn đạt tiện lợi, nghĩa là áp suất thấp hơn áp suất tĩnh
Trường áp suất và dòng chảy quanh cánh khí động
- Phân bố áp suất có thể được biểu thị bằng màu sắc và đường đồng mức
- Màu đỏ biểu thị áp suất cao hơn áp suất tĩnh, màu xanh biểu thị áp suất thấp hơn áp suất tĩnh
- Các đường đồng mức càng gần nhau thì áp suất thay đổi càng nhanh
- Hướng và tốc độ thay đổi của áp suất có thể được xem như gradient; gradient áp suất này làm thay đổi tốc độ và hướng của khối không khí
- Không khí đi lên “đồi” áp suất sẽ chậm lại
- Không khí đi theo “dốc xuống” áp suất sẽ nhanh lên
- Một trường áp suất tạo tùy ý có thể không phù hợp về mặt vật lý
- Đường đi của hạt đánh dấu có thể giao nhau, hoặc không khí có thể đi xuyên qua bên trong cánh khí động
- Trong dòng chảy ổn định, không khí tại cùng một vị trí không thể đồng thời có hai vận tốc, nên nếu đường đi của hạt đánh dấu giao nhau thì đó là điều phi thực tế
- Trong dòng chảy thực, luồng không khí, trường áp suất và hình dạng vật thể liên kết với nhau
- Với vận tốc dòng vào và hình dạng vật thể cho trước, trường áp suất không được sắp đặt tùy ý mà hình thành cùng với dòng chảy
- Trường áp suất thực quanh cánh khí động khiến không khí không đi xuyên qua vật thể mà vòng theo bề mặt
Áp suất đình trệ và cân bằng áp suất trước–sau cánh khí động
- Không khí phía trước cánh khí động không thể đi xuyên qua vật thể, nên áp suất dương hình thành ở phần trước; áp suất này làm chậm không khí đi vào và đổi hướng nó
- Vận tốc dòng vào càng nhanh thì áp suất cần để dừng và bẻ hướng không khí càng lớn
- Áp suất cần để dừng không khí ở một vận tốc nhất định là áp suất đình trệ
- Áp suất đình trệ tỉ lệ với bình phương vận tốc, nên nếu vận tốc gấp đôi thì áp suất cần thiết gấp bốn
- Các vùng áp suất âm hình thành phía trên và dưới cánh khí động, giúp không khí chảy theo bề mặt
- Nếu áp suất âm quá nhỏ, dòng chảy sẽ không bám đúng cách
- Nếu quá thấp, không khí sẽ lại bị kéo về phía vật thể, tạo ra dòng chảy phi thực tế
- Ở phía sau, không khí đi qua bề mặt trên và dưới rồi tụ lại vào cùng một vùng, hình thành một phần áp suất dương
- Áp suất này góp phần giảm việc các khối không khí va vào nhau ở phía sau
- Sự cân bằng này có thể được chính thức hóa bằng toán học qua Navier–Stokes equations
- Các phương trình xử lý chuyển động của fluids như chất lỏng và khí, cùng với các lực như áp suất và trọng lực
- Chúng khó giải bằng phương pháp giải tích, nhưng các mô phỏng máy tính với nhiều mức độ phức tạp có thể đem lại hiểu biết về hành vi của chất lưu
- Mô phỏng trong bài là mô hình đơn giản hóa, chưa đủ để làm cơ sở thiết kế một máy bay có thể bay thực tế
Lực nâng, lực cản và góc tấn
- Cộng tất cả các lực áp suất trên bề mặt cánh khí động sẽ được hợp lực tác dụng lên vật thể
- Thành phần vuông góc với dòng chảy là lực nâng
- Thành phần theo hướng dòng chảy là lực cản áp suất hoặc form drag
- Khi cánh khí động đối xứng đặt ở góc tấn 0°, các lực áp suất phía trên và dưới trung bình cân bằng, nên không tạo lực nâng duy trì
- Khi nghiêng cánh khí động, hình dạng mà dòng chảy “nhìn thấy” trở nên bất đối xứng, và trường vận tốc cùng trường áp suất chuyển sang phân bố bất đối xứng mới
- Cánh khí động đối xứng nghiêng lên tạo lực nâng hướng lên
- Nghiêng xuống tạo lực hướng xuống
- Góc tấn (angle of attack) là góc giữa đường chuẩn của vật thể và hướng của dòng chảy đi vào
- Góc tấn càng lớn thì lực nâng cũng tăng
- Với cánh khí động đối xứng, kết quả của góc tấn dương và âm tương ứng với nhau như ảnh gương
- Ngay cả khi tiếp tục tăng góc tấn, lực nâng cũng không tăng vô hạn
- Đến một điểm nhất định, lực nâng chững lại
- Vượt quá góc tấn tới hạn, thất tốc (stall) xảy ra và lực nâng giảm
Độ nhớt và tách dòng
- Độ nhớt kiểm soát tốc độ lan truyền động lượng trong chất lưu
- Trong chất lưu có độ nhớt cao, các lớp có vận tốc khác nhau nhanh chóng trộn lẫn và được lấy trung bình
- Trong chất lưu có độ nhớt thấp, chênh lệch vận tốc duy trì lâu hơn và sóng, bất ổn định có thể lớn lên
- Dòng chảy gần bề mặt rắn cũng chịu ảnh hưởng của độ nhớt
- Chất lưu ngay sát bề mặt dính vào đó như thể không chuyển động
- no-slip condition này đúng với hầu hết các dòng chảy chất lưu thường gặp hằng ngày
- Khi dòng chảy chậm bám trên bề mặt trộn với dòng chảy nhanh bên ngoài, lớp biên (boundary layer) hình thành
- Lớp biên là vùng bắt đầu từ vận tốc 0 tại bề mặt và tiến gần đến vận tốc dòng ngoài
- Thông thường, điểm đạt 99% vận tốc dòng ngoài có thể được lấy làm rìa lớp biên
- Gradient vận tốc trong lớp biên tạo ra lực cản ma sát bề mặt
- Biên dạng vận tốc gần bề mặt càng dốc thì lực cản ma sát bề mặt càng lớn
- Trong nhiều hình dạng khí động học, ở điều kiện thông thường, thành phần chính của tổng lực cản là lực cản ma sát bề mặt
- Gradient áp suất quyết định lớp biên còn bám trên bề mặt hay sẽ tách ra
- Gradient áp suất thuận lợi, trong đó áp suất giảm theo hướng dòng chảy, làm không khí tăng tốc và kìm hãm sự phát triển của lớp biên
- Gradient áp suất bất lợi, trong đó áp suất tăng theo hướng dòng chảy, có thể làm dòng chảy chậm trong lớp biên quay ngược
- Khi dòng chảy trong lớp biên quay ngược, nó tách khỏi bề mặt và xảy ra tách dòng
Lớp biên nhiễu loạn và thất tốc
- Ở tốc độ cao, quãng đường dài và số Reynolds cao, lớp biên có thể chuyển tiếp từ tầng lưu sang nhiễu loạn
- Lớp biên nhiễu loạn trộn mạnh, nên dày hơn lớp biên tầng lưu và phát triển nhanh hơn
- Nó kéo dòng chảy ngoài nhanh vào gần bề mặt, giúp chống chịu gradient áp suất bất lợi tốt hơn
- Đổi lại, lực cản ma sát bề mặt lớn hơn so với tầng lưu
- Các lúm trên bóng golf là ví dụ làm lớp biên trở nên nhiễu loạn để trì hoãn tách dòng
- Trì hoãn tách dòng làm giảm lực cản áp suất
- Lực cản áp suất giảm bù cho lực cản ma sát bề mặt tăng, nên bóng bay xa hơn bóng nhẵn
- Với cánh khí động, lớp biên nhiễu loạn cũng có thể trì hoãn tách dòng và trì hoãn thất tốc ở góc tấn cao
- Trong điều kiện bay hành trình ổn định, lực cản ma sát bề mặt tăng là một nhược điểm quan trọng
- Thất tốc xuất hiện khi lớp biên trên bề mặt phía trên tách ra mạnh ở góc tấn cao
- Trường áp suất phía trên trở nên bất ổn định
- Xuất hiện xoáy và các xoáy bị tách ra
- Dòng chảy tách phức tạp làm thay đổi trường áp suất và giảm lực nâng
Số Reynolds và độ nhớt theo từng chất lưu
- Hành vi dòng chảy không chỉ phụ thuộc vào độ nhớt μ, mà còn vào vận tốc u, mật độ ρ, và kích thước vật thể hoặc bình chứa L
- Reynolds number được định nghĩa là
Re = ρ · u · L / μ- Các dòng chảy có cùng số Reynolds biểu hiện tương tự nhau
- Nếu tăng gấp đôi kích thước vật cản L và giảm một nửa vận tốc dòng chảy u, số Reynolds không đổi
- Số Reynolds càng lớn thì khả năng phát sinh nhiễu loạn càng cao
- Tăng vận tốc làm số Reynolds tăng
- Giảm độ nhớt làm số Reynolds tăng
- Giá trị độ nhớt ở 20°C khác nhau rất lớn giữa các chất lưu
- Mật ong: khoảng 10000 mPa·s
- Dầu ô liu: khoảng 100 mPa·s
- Nước: 1.0 mPa·s
- Không khí: 0.018 mPa·s
- Độ nhớt của không khí thấp hơn nước khoảng 50 lần, nhưng ngay cả độ nhớt thấp cũng ảnh hưởng đến tương tác giữa dòng chảy và thành rắn
Thay đổi hình dạng cánh khí động
- Ở góc tấn nhỏ, ngay cả một tấm phẳng cũng có thể tạo lực nâng
- Hình dạng cánh khí động không phải điều kiện bắt buộc để tạo lực nâng
- Lực nâng là kết quả của phân bố áp suất do dòng chảy tạo ra và duy trì
- Cánh khí động được thiết kế tốt có thể tạo nhiều lực nâng hơn hoặc lực cản thấp hơn so với hình dạng đơn giản
- Cánh khí động đối xứng không tạo lực nâng duy trì ở góc tấn 0°, nhưng nếu làm cho hình dạng phía trên và phía dưới khác nhau, lực nâng có thể xuất hiện ngay cả ở 0°
- Hình dạng bất đối xứng tạo ra phân bố áp suất bất đối xứng
- Máy bay thông thường nhìn chung dùng cánh khí động bất đối xứng
- Trong các trường hợp cần bay lộn ngược như máy bay nhào lộn, cánh khí động đối xứng đôi khi được sử dụng
- laminar flow airfoil có thể được tạo hình để dời điểm áp suất âm thấp nhất về phía sau hơn
- Gradient áp suất thuận lợi từ phía trước đến điểm áp suất thấp nhất kéo dài hơn
- Về nguyên lý, điều này giúp duy trì lớp biên ở trạng thái tầng lưu và giảm ma sát bề mặt
- Mép trước tròn và mép sau sắc là những đặc điểm lặp lại ở nhiều cánh khí động
- Mép trước tròn giúp không khí vòng qua phía trước một cách mượt mà ở nhiều góc tấn khác nhau
- Mép sau sắc giúp tránh tách dòng và giảm lực cản áp suất
Dòng chảy tốc độ cao và cánh thực tế
- Dòng chảy phía trên cánh khí động có thể nhanh hơn dòng đi vào
- Điều này có thể nhận thấy qua việc các hạt đánh dấu bắt đầu trên cùng một hàng tiến xa hơn ở phía trên cánh khí động
- Góc tấn càng lớn thì hiệu ứng này càng rõ
- Máy bay chở khách không bay nhanh hơn tốc độ âm thanh, nhưng dòng chảy được gia tốc phía trên cánh có thể vượt tốc độ âm thanh
- Khi đó sóng xung kích có thể hình thành và tạo lực cản
- Máy bay chở khách hiện đại dùng supercritical airfoils để giảm lực cản do sóng xung kích này
- Máy bay siêu âm dùng supersonic airfoils
- Cánh khí động siêu âm mỏng và có mép trước sắc thay vì tròn
- Trong dòng chảy siêu âm, thay đổi mật độ và nhiệt độ trở thành các yếu tố quan trọng của hành vi dòng chảy
- Ngày nay, nhiều cánh khí động được thiết kế riêng cho từng loại máy bay cụ thể
- Hình dạng mặt cắt có thể thay đổi dọc theo chiều dài sải cánh
- Máy bay thực tế là vật thể 3 chiều, và wing configuration cũng ảnh hưởng lớn đến lực nâng và lực cản
- Tất cả các lực sau cùng đều đến từ tương tác giữa luồng không khí và hình dạng vật thể
Tài liệu đọc và xem thêm
- Fundamentals of Aerodynamics của John Anderson: giáo trình khí động học về chuyển động của chất lưu và tương tác của vật thể trong dòng chảy
- Understanding Aerodynamics của Doug McLean: tiếp cận các hiện tượng khí động học bằng suy luận vật lý, đồng thời bàn về vấn đề trong nhiều cách giải thích phổ biến về lực nâng
- video lecture liên quan tóm lược một số hiểu lầm
- Tài liệu nhập môn về computational fluid dynamics
- series of lectures của Tony Saad
- 12 steps to Navier-Stokes và video lectures của Lorena Barba
- beautiful videos của braintruffle: loạt video mở rộng dần từ hành vi chất lưu ở quy mô lượng tử đến các mô hình thực dụng
- Luồng không khí trong suốt tạo ra trường áp suất và trường vận tốc; lực nâng sinh ra từ đó thắng trọng lực và giữ máy bay trên không
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Khá thú vị khi nhiều dạng cánh dùng trong thiết kế máy bay lại xuất phát từ NACA trong thập niên 1920–1930 https://en.wikipedia.org/wiki/NACA_airfoil
Có phần mềm máy tính hiện đại thì tưởng như có thể thiết kế được dạng cánh tốt hơn, nhưng có vẻ các hình dạng đó đã được tối ưu hóa khá nhiều bằng toán học và thực nghiệm
Vì vậy, nếu giờ thiết kế máy bay thì dường như chỉ cần tra trong bảng một dạng cánh NACA phù hợp với tốc độ, áp suất khí quyển, v.v. cần thiết rồi dùng
Ngoài ra, dạng cánh ở gốc cánh và ở đầu cánh thường khác nhau, còn các cánh composite mới nhất sẽ biến dạng thích ứng trong khi bay để tăng hiệu suất, nên hình dạng cũng thay đổi đôi chút
NACA đã công bố các số liệu hiệu năng trong hầm gió cho một số tổ hợp tham số; đó là kết quả nghiên cứu hữu ích, chứ không phải tuyên bố rằng “những giá trị này là tốt, cứ dùng chúng là được”
Nó giống như nói rằng mọi vệ tinh đều đi theo quỹ đạo TLE do NASA/NORAD tạo ra vào thập niên 1950. Thực ra đó chỉ là một định dạng tiêu chuẩn để ghi các phần tử quỹ đạo mô tả một elip cụ thể, chứ không phải danh sách “các quỹ đạo tốt đã được kiểm chứng”
Đó là trường hợp như bình luận anh em đã nói: cần vắt thêm dù chỉ vài phần trăm đặc tính hiệu năng. Hiện nay vẫn chạy được xfoil, một chương trình Fortran kiểu cũ khá hấp dẫn
Tuy nhiên, nếu là công ty hay tổ chức cần vắt đến 5% hiệu năng cuối cùng, họ sẽ bắt đầu từ một trong các dạng cánh này rồi tối ưu hóa theo miền bay và hồ sơ nhiệm vụ
Cũng có video cho thấy việc chuyển một hình dạng bo tròn thành dạng cánh tối ưu cho siêu âm https://www.youtube.com/watch?v=FHYTBguMfWc
Chủ yếu dùng các dạng cánh của các giáo sư người Đức Wortmann(FX), Quabeck(HQ), Boermans(DU). Tuy vậy trong turbine gió thì dạng cánh NACA vẫn còn được dùng
Đây là một trong những UX được thiết kế tốt nhất mà tôi từng thấy. Bố cục rất tốt, việc điều hướng đơn giản, và các yếu tố UI như đổi đơn vị cũng được cung cấp inline đúng lúc cần
Bản thân nội dung cũng xuất sắc, tôi đang ghi chú lại để tham khảo
Lớn lên trong môi trường săn vịt, tôi đã cảm nhận khá rõ vịt dùng cánh ra sao và hình dạng cánh thay đổi thế nào theo từng tốc độ khi chúng giảm tốc để đáp xuống nước
Tôi cũng lớn lên với thuyền và bơi lội, nên cũng hiểu theo cách tương tự cảm giác chèo mái, giữ xuồng canoe đi thẳng, hay chỉnh trim động cơ thuyền để đưa thuyền lên trạng thái lướt
Vì vậy những bài như thế này lại thấy khó, bởi rất nhiều phần tôi đã nhìn thấy bằng trực giác pha trộn giữa không khí và cơ học chất lưu. Dạng cánh cố định trở nên nhàm chán nếu nhìn những gì một con vịt làm được
https://www.youtube.com/watch?v=-3CVZYY8xS4
Bỏ qua những chuyện vật lý to tát, con vịt này đúng nghĩa là đang chèo không khí bằng cánh. Trông giống cùng loại cấu trúc sinh lý mà ta dùng để nổi trên mặt nước khi bơi
Nó không đơn giản như chèo mái trong xuồng canoe. Tại sao cánh vịt lại có đúng hình dạng đó, và tại sao nó chuyển động theo cách đó?
Tôi nhớ đến phân tích rằng cánh ruồi giấm khi vỗ có thể thu hồi lại năng lượng từ không khí https://www.nature.com/articles/s41598-021-86359-z
Không rõ vịt có làm điều tương tự không, nhưng nhờ hàng triệu năm tiến hóa mà các loài vật này khiến việc đó trông có vẻ dễ dàng
Một ví dụ về dạng cánh phẳng, hoạt động đủ tốt trên máy bay mô hình và dễ chế tạo hơn các dạng cánh họ NACA, là họ dạng cánh KFm
https://en.wikipedia.org/wiki/Kline%E2%80%93Fogleman_airfoil
Rất hữu ích khi làm máy bay mô hình bằng foam board
Tức là vùng phía trước bậc sẽ hoạt động như một bề mặt kiểu cánh mũi. Dạng cánh này có hợp với máy bay có đuôi nhưng không hợp với máy bay không đuôi chăng?
Sửa: lướt qua sách về máy bay giấy của KF thì thấy thực tế họ dùng biến thể có bậc ở phía dưới cho máy bay giấy
Điều còn đáng ngạc nhiên hơn là tôi không hiểu sao họ có thể xin bằng sáng chế cho ý tưởng tạo camber phản xạ trên cánh delta để đem lại ổn định cho máy bay không đuôi. Điều này đã được biết từ thời các tàu lượn chở người thời kỳ đầu, và người gấp nhiều máy bay giấy hẳn cũng có thể đã âm thầm phát hiện ra. Tôi cần đọc kỹ cuốn sách hơn
Ôi trời. Trước đây tôi tình cờ đọc bài của người này về đồng hồ cơ, vốn là chủ đề tôi chẳng hề quan tâm, vậy mà hôm đó tôi đã dùng hết thời gian còn lại để tìm hiểu về đồng hồ
Tôi ước mọi bài thuyết trình giải thích máy bay bay như thế nào đều bắt đầu từ một tấm phẳng thật sự. Ý tôi là một cánh có mặt cắt phẳng
Tôi nghĩ hình dạng airfoil của cánh là một yếu tố gây xao nhãng, cản trở việc hiểu của mọi người. Ai từng thò một vật phẳng ra ngoài cửa sổ xe đang chạy đều biết rằng không cần hình dạng cầu kỳ để tạo lực nâng
Nhiều người nghĩ máy bay bay được là nhờ hình dạng airfoil, thường cho rằng không khí phía trên cánh phải đi quãng đường dài hơn phía dưới, nên theo định luật Bernoulli tạo ra chênh lệch áp suất và chênh lệch đó nâng máy bay lên. Nhưng việc máy bay vẫn có thể bay lộn ngược cho thấy cách giải thích này gần như sai
Tôi chỉ đọc lướt bài viết và các hoạt ảnh thì rất đẹp, nhưng có vẻ thiếu điểm cốt lõi để hiểu điều gì đang diễn ra
Điều tôi muốn thấy là một phần giải thích nhìn cánh từ xa hơn và rộng hơn nhiều, cho thấy chuyện gì xảy ra với không khí phía sau cánh
Thực tế, máy bay bay về phía trước và bẻ hướng một khối lượng không khí lớn xuống dưới; nó nổi lên nhờ đẩy không khí đi
Một phần không khí được mặt dưới cánh bẻ hướng, nhưng phần lực nâng lớn hơn đến từ khối không khí lớn hơn ở phía trên và phía sau cánh. Nhìn từ góc độ một khối không khí đứng yên, có thể xem như khối không khí đó bị hút xuống phía sau cánh
Vai trò chính của airfoil là giữ cho khối không khí phía sau đó bám vào airfoil trong phạm vi góc tấn và tốc độ càng rộng càng tốt. Tấm phẳng làm việc này rất kém
Nhân tiện, tôi có bằng kỹ thuật hàng không vũ trụ, từng dùng xFoil và đã làm khá nhiều mô phỏng chất lưu
Trong một số điều kiện, nhờ ngưng tụ, bạn có thể thực sự nhìn thấy chúng. Khi tăng góc tấn, các bong bóng lớn hơn và mạnh hơn, cho đến khi góc quá lớn thì bong bóng “bong ra” và cánh bị thất tốc
Với mặt cắt cánh điển hình, không khí phía trên phải đi quãng đường dài hơn nên di chuyển nhanh hơn phía dưới, và khi rời cánh nó cũng chuyển động xuống dưới
Khi luồng không khí nhanh hơn đang đi xuống này gặp luồng chậm hơn phía dưới, khối không khí bị đẩy xuống. Như bạn nói, đó chính là công cần thiết để nâng máy bay lên
Bài viết cũng nói rằng chỉ cần thay đổi độ nghiêng của airfoil đối xứng là có thể tạo lực nâng, và giải thích rằng airfoil bất đối xứng có thể tạo lực nâng với lực cản thấp hơn ngay cả khi không nghiêng
Nó cũng giải thích rằng máy bay biểu diễn dùng mặt cắt đối xứng vì chúng cần dễ bay cả khi lộn ngược
Lần tới đi ô tô, tôi phải thò tay ra một cách an toàn để kiểm tra góc thất tốc của bàn tay mình
Tôi đồng ý rằng gần như mọi tài liệu, kể cả bài này, đều nhấn mạnh quá mức vào hình dạng mặt cắt của cánh. Bất kỳ hình dạng nào có chiều dài lớn hơn chiều dày đều tạo lực nâng ở góc tấn phù hợp
Trong bài cũng có mô hình kiểu cánh cửa nhà kho, nhưng xuất hiện khá về sau
Hình dạng chủ yếu là vấn đề tăng hiệu suất và mở rộng phạm vi góc tấn hữu dụng, sau đó mới đến các khác biệt chi tiết hơn
Bỏ qua những phản biện chi li, bài viết này thuộc nhóm những phần giải thích về chủ đề này gây kinh ngạc nhất mà tôi từng thấy trong vài năm gần đây. Truyền đạt rất đẹp, lại còn tương tác nữa
Tôi thắc mắc tại sao họ không nói “một thuộc tính” mà thanh trượt khối lập phương đầu tiên điều chỉnh là gì. Là độ nhớt, hay tốc độ không khí?
Phần sau có giải thích thêm, nhưng thứ thực sự được thay đổi là số Reynolds. Đó là giá trị được tính từ tốc độ, mật độ chất lưu, độ nhớt và chiều dài
Điểm hay của số Reynolds là, ví dụ, dù tốc độ không khí khác nhau, nếu số Reynolds giống nhau thì về lý thuyết các đặc tính dòng không khí sẽ giống nhau
Thực ra từ độ nhớt lần đầu xuất hiện khi đã đi qua khoảng ba phần tư toàn bài
Khá ấn tượng. Vì tò mò toàn bộ được làm như thế nào, tôi xem mã nguồn hình ảnh thì thấy phần lớn nằm trong một tệp JS 10.000 dòng vẽ đồ họa bằng JS, và cũng có khá nhiều WebGL khó hiểu
Trong mã có các tọa độ đường cong kiểu này
function draw_car(ctx, rot) { ... ctx.bezierCurveTo(...) ... }Tôi tò mò về quy trình làm việc. Chắc không thể nào tất cả các đường cong đó đều được lập trình thủ công
Tuy nhiên, phần 2D có lẽ nhiều khả năng là mã được sinh ra