Hàng Không 100 năm 1 cái nhìn, Part I

hề hề, cái nguyên lý động cơ phản lực thì ai chả biết, tôi đặt ra câu hỏi mà tôi thấy thắc mắc về động cơ, chứ tôi có hỏi nó hoạt động thế nào đâu! Nếu đây là kiến thức SGK thì bạn trả lời đi, nên nhớ tôi kô hề hỏi lại nguyên tắc hoạt động nhé, mà hỏi về 1 vấn đề có thể nảy sinh trong quá trình hoạt động.
Biết mấy ông ý học rộng hiểu nhiều thì tôi mới hỏi, vì đang tiện bàn về động cơ máy bay, chứ ai muốn làm loãng topic làm cái gì!
Hỏi kỹ hơn cái, kô lại bị gọi là câu hỏi SGK
Ai cũng biết khí cháy nổ sẽ phát lực đều ra xung quanh. Nếu có 1 ống tuýp bịt 1 đầu, cho khí cháy nổ bên trong thì lực đẩy sẽ đầy vào đầu bị bịt làm ống tuýp bắn đi. Còn nếu ống tuýp hở cả 2 đầu thì he he..ai cũng biết rồi. Về động cơ máy bay, buồng cháy nhìn như 1 ống tuýp hở cả 2 đầu, nhưng 1 đầu hở to hơn nên lực đẩy dồn vào đầu còn lại. Tuy nhiên cái đầu còn lại vẫn nhìn như 1 đầu hở đúng kô nào, suy ra khí cháy nổ sẽ có 1 số lực dồn vào đó chứ!
Câu hỏi là liệu lực này có làm ảnh hường đến tốc độ đi vào của khí kô nhỉ?

Hiện tượng bulubuloa nói là có thật nhưng do tốc độ luồng khí di chuyển qua động cơ rất cao và hướng về đuôi (khi khởi động động cơ, người ta phải quay turbine trước để tạo luồng gió hướng về sau và nén không khí trong buống đốt) )nên sóng xung kích do nổ cũng lan truyền về phiá sau tạo lực đẩy (phiá áp suất thấp hơn). Tuy nhiên sóng xung kích dĩ nhiên cũng lan toả về phiá trước. Turbine không bị ảnh hưởng bởi chấn động này là do các tầng không khí nén có áp suất khác nhau hấp thụ (đi từ trước ra sao, không khí qua các pha nén, nén cao áp, dãn nở & đốt, dãn nở nhanh, afterburner nếu có). Ngoài ra quá trình cháy hướng về phiá sau - có thể thấy ở mỏ hàn acetylen, lửa cháy hướng ra mà không bắt cháy ngược vào bình khí đốt.
Khi mở afterburner ở điều kiện thiếu không khí như high AOA (góc ngẩng cao khiến tiết diện miệng hút theo phương chuyển động bị giảm), hoặc khi ở cao độ lớn nhưng tốc độ thấp - không khí loãng - một số nhiên liệu không cháy hết ở buồng afterburner sẽ nổ tiếp theo khi gặp khí trời ở đuôi động cơ, sóng xung kích mạnh của sự bùng nổ dội về có thể làm hư turbine. Một VD khác là tai nạn biểu diễn SU-30 ở Le Bourget 2001, khi xuống quá thấp, phi công có gắn ngóc lên với sự hỗ trợ của thrust vectoring ở chế độ afterburner - khi đó ở vị trí hướng xuống tối đa. Đuôi máy bay bị quệt nhẹ vào đất nhưng phi cơ vần kiểm soát được, máy bay rơi vì động cơ cháy do luồng khí phụt ra dội đập vào mặt đất gây sốc dội ngược vào trong động cơ và làm nghẽn đường ra khiến động cơ bị cháy do nhiệt độ quá cao, như hiện tượng mỏ hàn acetylen bi "nuốt lửa"

Gởi Antey :
- Về lưới lọc : cho xem cái hình
- Về muội bám trên cánh quạt : chỉ đúng với cánh quạt máy vận tốc tiếp tuyến thấp, với tốc độ nhiều ngàn vòng/ph thì các hạt rắn sẽ bào mòn cánh turbin chứ không bám
- Về turbophan : mục đích chính khi thiết kế là tăng công suất động cơ, lợi ích có thêm là giảm ồn và giảm nhiệt khí thải - chuyện đó hoàn toàn chính xác. Ở đây thì đến lượt bạn suy đoán ! Trích bài của Trangxinh - forum/t_24528/3a?0.8083333 "...The Afghanistan experience where Sukhoi's encountered a thread of the shoulder launched infrared homing surface-to-air missiles such as Redeye, Stinger and SA-7, forced Sukhoi team to work on the reduction of the infrared signature of the Su-25. The results materialized in the Su-25T development -- Su-25TM (Su-39 in Sukhoi's nomenclature). The installation of the intake cones hiding the turbine blades and efficient mixing of the exhaust with cold air reduced the IR signature of the Frogfoot from front and rear aspects..."
- 20 chiếc TU-180 ? Chỉ là tin đồn, tụi Nga làm gì có tiền
- Đám mây plasma nói chung trung hoà về điện tích, nếu toàn là phân tử tích điện dương thì vỏ máy bay phải tích điện âm . . . coi chừng sét !
BÀN THÊM VỀ CÔNG NGHỆ PLASMA STEALTH CHO MÁY BAY CHIẾN ĐẤU
1. Về chính trị : Đây chỉ mới là 1 kiểu quảng cáo người Nga tung ra. Để "khè", "nổ" hay làm gì đó, nếu là đồ xài được thì tụi nó giấu rất kỹ chứ làm gì mới thử nghiệm đã khoe um sùm. Nhất là người Nga có truyền thống bí mật xưa nay không khoe khoang như người Mỹ. Thông tin càng nhạy cảm càng giữ kín - Ex : Tchernobylsk. Huống chi đây là ưu thế vũ khí quan trọng, sao lại chưa đánh đã khai ?
2. Sóng điện từ bị nhiễu loạn hoặc triệt tiêu khi gặp trường plasma là chuyện hiểu được (VD các phi thuyền khi trở về trái đất có 1 khoảng thời gian bị mất liên lạc vô tuyến khi đi vào khí quyển bị ma sát rất lớn làm nóng lên tạo nên 1 vỏ plasma quanh tàu)
3. Tạo nên lớp khí ion hoá nhân tạo quanh tàu là 1 chuyện rất khó vì :
- diện tích bề mặt rất rộng nên công suất rất lớn và thất tán nhiều
- môi trường hở không như trong buồng kín phòng thí nghiệm nên thất tán công suất rất cao.
- duy trì phân tử khí ion hoá bằng lực điện từ đối với lực do chuyển động Brown thì được, còn khi lớp plasma di chuyển với tốc độ siêu âm thì lực điện từ phải mạnh đến mức nào để không bị thổi bạt đi ?
4. Khi ion hoá không khí xung quanh máy bay, năng lượng thất thoát do không chuyển hoá hết và do cái đuôi phân tử ion hoá kéo theo sau máy bay (như 1 sao chổi) sẽ tạo nên 1 nguồn bức xạ rất mạnh (điện từ, hồng ngoại, . . .) , sóng radar không dội về nhưng máy bay tự bức xạ thì . . . !!!
5. Nếu plasma triệt tiêu và/hoặc làm chuyển hướng sóng điện từ thì radar của chính máy bay và liên lạc vô tuyến của nó làm sao thực hiện ? Chỉ có các máy bay kamikaze là không cần lệnh lạc gì sao khi cất cánh - 1 đi không trở lại mà.
PS : Dù sao thì chúng ta cũng chỉ là nói chuyện qua những suy đoán cá nhân cộng với thông tin chưa kiểm chứng trên web

Về công nhệ tàng hình flasma.
Flasma là trạng thái của vật chất, trong đó ion và e- không bám chặt vào nhau nữa. Do đó, chúng có đặc điểm của chất khí, vì mất liên kết phân tử, lại có tính dẫn điện.
Điều kiện để có flasma: nhiệt độ cao hoặc kích thích. Tầng không khí cao, người ta gọi là tầng ôzôn vì tia cực tím và phóng xạ làm ion hoá khí. Khí bị ion hoá dễ tạo ôzôn từ ôxi. Nhưng quan trọng các ion này làm tầng không khí này dẫn điện với một mức nào đó. Trong điều kiện thường, sóng radio bước sóng cỡ chục met đã phản xạ lại mặt đất, không xuyên được. Người ta tận dụng tính chất này để truyền sóng ấy khắp mặt đất cong.
Nếu tạo thêm kích thích nhân tạo, như phát một sóng điện từ bước sóng nào đó hay truyền một dòng điện qua đây, với một năng lượng không lớn cũng tạo ra được một đám mây lớn có tính điện từ khác thường, làm mù radar. Năng lượng thấp vì không khí ở đây rất loãng.
Còn về động cơ. Ramjet sơ lược như thế này:
Mày đỏ là vỏ, vệt xanh chàm là vòi phun nhiên liệu, màu cam là khí chưa cháy, màu vàng là khí nóng. Động cơ chuyển động từ phải sang trái. Gió thổi tạo một lực ép cản lên vỏ động cơ và tạo áp suất cao cho khí nén trong động cơ. Do áp suất này mà khí nén không phụt về phía trước, áp suất khí trong lòng động cơ và tuye thoát cao và được duy trì bằng nhiên liệu cháy.
Chênh lệch lực cản và lực đẩy tạo lực đẩy cho máy bay. Khi tốc độ thấp không đủ nén khí, người ta tạo ra các cửa khí đóng mở nhịp nhàng để duy trì áp suất trong kỳ cháy nổ, các cửa này quay nhờ turbine nhỏ, tạo ra làn sóng lực đẩy. Nếu tốc độ giảm nữa, turbine càng phải lớn lên và trở thành độ cơ turbojet.
Động cơ này rất nhẹ, gần như các động cơ phản lực không dùng không khí. Nhưng hiệu quả nhiên liệu mang theo lớn: nhiên liệu rẻ tiền và khối lượng chỉ cần nửa hay một phần ba động cơ mang theo chất oxi hoá.Nhưng nó không tự khởi động được. Nó bay được với tốc độ rất cao, khi mà turbojet nóng cháy và turbofan bị cản lại. Đường kính nhỏ, nên được dùng cho các máy bay thế hệ mới. Các máy bay này có turbojet hay tên lửa booster đẩy xuất phát. Chúng bay như cóc: rơi xuống khí quyển, nhờ không khí đốt nhiên liệu để tăng tốc đổi hướng, khi đủ tốc độ lại vọt lên quỹ đạo. Do đó rẻ gần bằng máy bay, bay cao và nhanh, lâu gần bằng vệ tinh.

hic hic, may quá có chú voi trả lời cho cháu hiểu, mấy chú kia siêu quá kô thèm trả lời, hic hic.
Chú voi cho hỏi tiếp, thế liệu cái hiện tượng đó có làm hiệu suất của động cơ kô nhỉ ? Đây mới là câu hỏi chính, làm cháu băn khoăn nhất? Vì nếu nó ảnh hưởng đến hiệu suất, thì tại sao turbin phản lực vẫn đạt được hiệu suất "lý tưởng" như chú Ăn hành tây nói???

Về động cơ turbofan:
Ta biết rằng, để tạo lực đẩy, cần phải đạp vào cái gì đó. Khi đạp vào cái gì đó đó, định luật bảo toàn động lượng cho thấy vật nào có khối lượng nhỏ thì thu được nhiều năng lượng. Nếu trên mặt đất, khối lượng "mặt đất" lớn nên ô tô, tầu hoả thu được hầu hết năng lượng tạo ra được.
Khi ở trên không, với tốc độ cao, lượng không khí đi qua cửa động cơ trong một khoảng thời gian lớn, đủ khối lượng để đẩy hiệu quả-turbojet. Khi tốc độ thấp, lượng không khí này ít, nên chỉ với turbinne và tuye thoát thì luồng khí thải (jet) thu phần lớn năng lượng động cơ tạo ra chứ không phải lực đẩy máy bay. Cũng không thể làm miệng turbine to ra để hút được nhiều khí vào buồng đốt-tăng hiệu quả đẩy. Do khi như thế, tỷ lệ không khí/nhiên liệu trong buồng đốt lớn, việc cháy không tốt. Vì vậy, người ta phải phân luồng khí: một để đẩy và một để cháy. Để đẩy có thể là cánh quạt (turboprop) hay là turbine đẩy nén (turbofan).Như vậy, tỷ lệ khí đẩy bằng turbine đẩy nén và khí phụt bằng tuye thoát tốt nhất phụ thuộc vào độ cao, tốc độ. Tốc độ càng cao, độ cao nhỏ (không khí đặc) thì nhu cầu sử dụng turbine đẩy nén hay cánh quạt càng thấp. Chiều nghiêng cánh quạt và cánh turbine đẩy nén có thể thay đổi: turbine phản lực phân luồng điều chỉnh được. Việc điều chỉnh cho phép làm việc hiệu quả khi tốc độ, độ cao và trọng tải thay đổi, nhưng an toàn giảm.
Hiệu quả động cơ cũng phụ thuộc đường kính turbine-động cơ. Động cơ có đường kính lớn thì càng đẩy được nhiều không khí, càng dễ nén khí trong buồng đốt, do đó duy trì được áp suất cao mà giá hạ. Nhưng khi tốc độ tăng thì lại gây lực cản lớn. Cũng do khối lượng không khí được đẩy lớn nên tốc độ luồng không cần cao như ramjet hay turbojet, cũng giảm được tiếng ồn. Việc lọc khí thải như thế này: luồng khí thải "nguyên chất"-tức phụt ra từ buồng đốt được dẫn gần song song với một mặt lưới đặc biệt, pha rắn có quán tính lớn lao vào lưới và được một luồng khí trích từ turbine đẩy nén làm nguội tức khắc.

Khi tốc độ giảm nữa, mà yêu cầu lực đẩy lớn. Động cơ turboprop tiếp tục được biến thành turboshaft.
Compressor: - turbine nén khí.
Combustion area: - buồng đốt
Turbine : Turbine phất động, nơi tạo ra toàn bộ năng lượng của động cơ. Luồng khí thải (jet) hầu như không tạo lực đẩy.
Bộ phận truyền động (shaft) làm động cơ có tốc độ quay không cần giống thiết bị sử dụng năng lượng này. Do đó, nó được xùng cho tầu bè, xe cộ, tổ máy phát điện và trực thăng.

Buồng đốt là nơi tập trung sự cháy. Khi cháy, nhiệt độ và áp suất càng cao, tỷ lệ nhiên liệu càng đúng thì động cơ làm việc càng hiệu quả. Turboshaft có tốc độ quay không phụ thuộc nhiều vào yêu cầu sử dụng nên dễ dàng đạt được điều đó hơn. Thực chất buồng đốt hoạt động như cửa khí trong động cơ đốt trong, tạo áp suất cao khi cháy nổ và tránh khí thải lẫn với khí sạch:

Đây là động cơ rotary:

Thực chất, động cơ rotary là động cơ đốt trong 4 thì được chế tạo đặc biệt để êm và nhẹ, có tốc độ trục quay cao.
Trước đây thì động cơ đốt trong là động cơ duy nhất của máy bay. Các động cơ rotary, phản lực và turbine cũng được nghĩ đến nhưng điều kiện kỹ thuật chưa đảm bảo.
Động cơ turbine có một số nhược điểm: vùng hoạt động hiệu quả (độ cao, tốc độ, tốc độ vòng quay) rất nhỏ. Tức là khi máy bay muốn lượn nhẹ nhàng vẫn tốn nhiên liệu như khi bay nhanh. Đường kính động cơ lớn. Nếu muốn làm động cơ công suất nhỏ thì tốn kém cho tốc độ vòng quay cao.
Vì vậy, các máy bay nhỏ, một vài loại xe ô tô đua sử dụng rotary. Chúng chạy nhanh chậm như động cơ đốt trong, nhẹ gần như động cơ turbine, có tốc độ vòng quay vừa phải để không tăng giá lắm..