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: Ngô 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 cơ sở các kiến thức trong tài liệu giảng dạy của môn học, báo cáo
phân tích mẫu của máy bay Piper Cherokee PA-28-180, cùng với các video clip
liên quan, mỗi nhóm hãy phân tích các đặc trưng của quá trình cất cánh/hạ
cánh của mẫu máy bay trên. Từ đó đưa ra các phương pháp đánh giá định
lượng cho quá trình cất cánh/hạ cánh của máy bay Piper Cherokee PA-28-180.
Theo tìm hiểu, cất và hạ cánh là các chế độ bay rất phức tạp và đặc biệt
nguy hiểm trong quá trình bay của một chiếc máy bay.
Theo thống kê, nếu lấy thời gian bay của một chiếc Boeing là 1,5 giờ, thì
quá trình cất cánh chỉ chiếm 2% thời gian đó nhưng lại chiếm đến 14% số vụ tai nạn
chết người. Tỉ lệ tai nạn xảy ra ở quá trình cất cánh là lớn hơn rất nhiều so với quá
trình bay bẳng ( chiếm 57% thời gian bay nhưng chỉ có 11% vụ tai nạn). Và nếu một
người chưa tìm hiểu kỹ về cơ học bay thì sẽ rất khó tin là quá trình hạ cánh chỉ chiếm
4% thời gian bay nhưng lại có một tỉ lệ xảy ra tai nạn khổng lồ là 49%. Sở dĩ có con
số này là do lúc đó máy bay đang có độ cao thấp và bay chậm dẫn đến việc không
có đủ thời gian cho phi công có thể xử lý kịp sự cố xảy ra tai nạn. Bởi vậy, nhiều
nhà nghiên cứu tin rằng: Cất cánh và hạ cánh là quá trình nguy hiểm nhất của một
chuyến bay.
Hình 1: Thống kê các giai đoạn trong quá trình bay
Khi máy bay ở độ cao 10.000m, nếu xảy ra sự cố, phi công sẽ có khoảng
thời gian dài để giải quyết. Trong trường hợp cả 2 động cơ đều dừng hoạt động thì
máy bay cũng có khoảng thời gian để bay lượn theo các luồng không khí. Theo ước
tính thì khi đó phi công sẽ có khoảng 8 phút để tìm một vị trí hạ cánh tối ưu và an
toàn nhất. Ngược lại ở quá trình cất và hạ cánh, trong điều kiện máy bay đang ở độ
cao thấp và vận tốc nhỏ, một chiếc máy bay thương mại phổ biến chỉ có khoảng từ
30 đến 35 giây cho việc cất cánh, điều này dường như là vô nghĩa cho yêu cầu thời
gian giải quyết sự cố của phi công. Trường hợp này hầu hết các phi công sẽ quyết
định tiếp tục cất cánh, bởi lẽ việc ngừng cất cánh khi đang di chuyển trên đường
băng với vận tốc 160 km/h là rất khó khăn. Và nếu không tiếp tục cất cánh thì máy
bay sẽ đi hết đường băng và tiếp tục bay như một viên đạn sắt đang tìm kiếm một sự
va chạm kinh hoàng.
Quá trình hạ cánh nguy hiểm hơn nhiều so với cất cánh đơn giản là vì khi
một chiếc máy bay có xu hướng di chuyển chậm lại và đang trong quá trình đáp
xuống đường băng nó sẽ dễ bị tác động hơn lúc cất cánh. Trong quá trình hạ cánh
thông thường, phi công sẽ liên lạc với kiểm soát không lưu, xếp hàng chờ theo đường
băng thích hợp và thông báo cho phi hành đoàn. Quá trình cất cánh cũng diễn ra
tương tự. Nhưng khi hạ cánh thì tất cả mọi thứ diễn ra trong khi máy bay hướng về
đường băng thay vì rời khỏi đường băng.
 Tuy nhiên, đến bây giờ thì máy bay vẫn được xem như là loại phương tiện an
toàn nhất. Theo ước tính thì khoảng 2,5 triệu chuyến bay mới xảy ra một vụ
tai nạn. Và theo một thống kê vui thì xác suất bạn gặp tai nạn máy bay sẽ
thấp hơn xác suất bạn bị tử vong do ăn thịt bò.
Mục tiêu chính của bài báo cáo này là tìm hiểu và ước tính khoảng cách cần
thiết để máy bay có thể cất và hạ cánh. Đây không phải là các thao tác đơn lẻ mà là
một loạt các thao tác được phân chia thành các quá trình đơn giản.
Bảng số liệu
Phương pháp đánh giá định lượng cho quá trình cất cánh/hạ cánh của máy bay Piper
Cherokee PA-28-180 :
1. Chế độ cất cánh:
Hình 2: Các giai đoạn của quá trình cất cánh
Trong suốt quá trình cất cánh, ngoài khối lượng không tải và hàng hoá, hành
khách là cố định, máy bay sẽ chịu tải trọng của lượng nhiên liệu cần thiết cho chuyến
bay. Khi đó, động cơ sẽ phải làm việc ở hiệu suất cao để máy bay có thể cất cánh
trong khoảng thời gian ngắn nhất. Đối với máy bay dân dụng thì còn có nhiều điều
kiện phức tạp hơn nữa bởi yêu cầu giảm tiếng ồn đến mức tối thiểu.
- Quá trình cất cánh được chia thành 4 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: chạy đà trên mặt đất (Ground run):
Trong giai đoạn này, máy bay tăng tốc đến “vận tốc ngóc”, VTO. Độ cao của
máy bay vẫn không đổi cho nên CL,CD cũng không 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=
Ta có:
Mà
Với :
𝑊𝑉
𝑔𝐹
𝐵𝐻𝑃×𝜂𝑝
𝑉
𝑑𝑉
(2)
𝐵𝐻𝑃×𝜂𝑝
𝑉
− 𝐷 − 𝜇(𝑊 − 𝐿 )
𝑉𝑇𝑂 = 1.2𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙
𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 = √
2𝑊
𝜌𝑆𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥
+ 𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥 = 1.42
+ 𝑊 = 10100.8 (𝑁)
+ 𝑆 = 14.86 𝑚2
+ 𝜌𝑠𝑙 = 1.225 𝑘𝑔/𝑚3
=> 𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 = 27.948 𝑚/𝑠
𝑚
=> 𝑉𝑇𝑂 = 1.2 ∗ 𝑉𝑆𝑡𝑎𝑙𝑙 = 33.5377 ( )
𝑠
Theo tài liệu tham khảo ‘Aerodynamics for engineering student’ ta lấy giá trị bước
hình học tại Vstall ở sea-level.
 Pitch = 1.39 m
 Picth/D = 0.74
pitch 

KT0  57000 1.97 

D 

 Hệ số lực đẩy tỉnh:
 70097.8
T0 
KT0  b.hb
rpm  D( feet )
70097.8 181
 Lực đẩy tĩnh: 
 0.454  9.806  3373 N
1.88
2700 
0.3048
𝑉
Quãng đường chạy đà : 𝑆1 = ∫0 𝑇𝑂
𝑊𝑉
𝑔𝐹
𝑑𝑉
 𝐹 = 𝑇𝑜 − 𝐷 − 𝜇(𝑊 − 𝐿 )

S1  242.59
 Giai đoạn 2: chuẩn bị ngóc lên (Rotation):
Giai đoạn này xảy ra rất nhanh, máy bay bắt đầu quá trình bay lên ( tức là
xoay quanh trục y ) do tín hiệu điều khiển từ phi công, do đó đến cuối giai đoạn này
lực nâng lớn hơn trọng lực và 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 cùng. Trọng tâm của máy bay di chuyển theo quỹ đạo gần như tròn.
** Trong thực tế, để đơn giản hơn người ta giả định giai đoạn 2 (rotation) và
giai đoạn 3 (Flare) được xem như diễn ra nhanh ngay tức khắc.
+ Tại quá trình này ta xét vận tốc:
𝑉2 = 1.1𝑉𝑇𝑂
*Lưu ý rằng trong quá trình này, chiều cao đạt được bị bỏ qua.
Phương trình chuyển động:
𝑊 𝑑𝑉 𝑊
𝑉2 2 − 𝑉𝑇𝑂 2
𝑇−𝐷 =
= ×(
)
𝑔 𝑑𝑡
𝑔
2𝑠2
( 𝑉2 2 − 𝑉1 2 = 2𝑎𝑠 )
𝑊
𝑉2 2 − 𝑉𝑇𝑂 2
=> 𝑆2 =
×(
)
2𝑔
𝑇−𝐷
+ Trong giai đoạn này, T = 3373 N và D =1892.13 N được tính tại vận tốc trung
bình cộng của V2 và VTO
Từ VTO đã tính ở giai đoạn 1:
𝑉2 = 1.1 × 33.5377 = 36.89147 𝑚/𝑠
=> 𝑠2 = 82.14 𝑚
 Giai đoạn 4: bay lên dần (Initial climb):
Trong chế độ này, máy bay sẽ lên dần đều với một góc leo và vận tốc leo
không đổi đạt dần đến độ cao cất cánh h ( khoảng 15 m ). Lực đẩy, CL, CD cũng coi
như không đổi.
 𝐺ó𝑐 𝑙ấ𝑦 𝑐𝑎𝑜 độ (𝐶𝑙𝑖𝑚𝑏 𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒):
𝑇−𝐷
𝛾=(
𝑊
)
Với T và D được tính tại V2, ta tính được: 𝛾 = 7.35 𝑑𝑒𝑔
=> 𝑆3 =
𝑠𝑐𝑟𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡
𝛾
=
15
7.5∗ 𝜋/180
= 116.87 (𝑚)
Tổng quãng đường cất cánh:
𝑺 = 𝑺𝟏 + 𝑺𝟐 + 𝑺𝟑 = 𝟐𝟒𝟐. 𝟓𝟗 + 𝟖𝟐. 𝟏𝟒𝟗 + 𝟏𝟏𝟔. 𝟖𝟕 = 𝟒𝟒𝟏. 𝟔 (𝒎)
Ta thấy rằng, quãng đường cất cánh tỉ lệ với trọng lượng. Ngoài ra, chiều dài
cất cánh còn ít nhiều chịu ảnh hưởng bới các yếu tố như: Tỉ trọng không khí (ảnh
hưởng tới lực đẩy), nhiệt độ môi trường, gió, đường băng, sự điều khiển của phi
công,..
+ Nhiệt độ, tỉ trọng, độ ẩm không khí sẽ ảnh hưởng đến lực đẩy máy bay. Nhiệt độ
cao sẽ làm giảm lực đẩy.
+ Trong trường hợp đường băng không hoàn toàn nằm ngang như đường chân trời,
vectơ trọng lượng của máy bay sẽ không vuông góc với đường băng.
+ Trong điều kiện gió thổi cùng chiều hay ngược chiều cũng sẽ ảnh hưởng nhiều đến
vận tốc cất cánh và quãng đường cất cánh.
2. Chế độ hạ cánh:
Ta cũng chia chế độ hạ cánh thành bốn giai đoạn như cất cánh (hình bên dưới),
hoặc trong trường hợp đơn giản hoá có thể coi gồm hai giai đoạn chính.
Hình 3: Các giai đoạn của quá trình hạ cánh
Ta có công thức tính quãng đường hạ cánh:
𝑆𝑙𝑎𝑛𝑑
𝑉ớ𝑖
𝑉𝑎 = 1.3𝑉𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙
Được biết khi hạ cánh máy bay có:
+ CLmax
+ Landing flap setting : 1.86
+ Stalling speed: (m/s)
𝑉𝑎 2
=−
2𝑎
 𝑉 = 24.43 𝑚/𝑠
+ 𝑎 = −1.22 𝑚/𝑠 2 (xét với hệ thống phanh đơn giản)

𝑉𝑎 = 31.759𝑚/𝑠
 𝑺𝒍𝒂𝒏𝒅 = 𝟒𝟏𝟑. 𝟒 𝒎
Ngoài những thông số tính toán trong công thức trên, trong thực tế thì quãng đường
hạ cánh còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác như: Gió, kỹ thuật điều khiển của
phi công, điều kiện thời tiết, hệ thống phanh, đường băng,…
+
Theo tìm hiểu, khi máy bay gần tiếp đất, người phi công thường điều khiển
máy bay ngóc đầu lên để tăng lực cản, giảm vận tốc và tiếp đất bằng hệ thống càng
sau rồi sau đó mới cải bằng máy bay về vị trí nằm ngang. Những phi công ít kinh
nghiệm thường có xu hướng kết thúc chế độ kéo ngóc khi máy bay vẫn chưa chạm
đất và máy bay gần như “trôi” trên mặt đất, giảm ga cho đến khi máy bay chạy thất
tốc trên đường băng. Còn người phi công kinh nghiệm thì thường tiếp đất ngay khi
hết chế độ kéo ngóc với vận tốc máy bay lớn hơn vận tốc thất tốc và đây chính là
chiều dài yêu cầu. Quá trình “cải bằng máy bay” diễn ra rất nhanh sau khi tiếp đất.
+
Khi máy bay hạ cánh, vận tốc giảm => động năng giảm đi khi càng bắt đầu
chạm đất và hệ thống phanh hoạt động, do vậy, hệ số ma sát lúc này sẽ bằng tổng
hợp các hệ số ma sát lăn, phanh và ảnh hưởng lớn bởi vận tốc và điều kiện đường
băng khô hay ướt.
Hình 4: Sự thay đổi của lực ma sát giữa bánh xe và đường băng theo vận tốc
1.




Tìm hiểu thêm về sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến việc cất và hạ cánh của
máy bay:
Gió:
Gió thổi ngược chiều (Headwind):
+ Làm cho thời gian cất cánh ngắn nhất
+ Tốc độ hạ cánh thấp và thời gian hạ cánh ngắn hơn
Gió thổi cùng chiều (Tailwind):
+ Quãng đường cất cánh lớn hơn nhiều và giảm góc lấy cao độ đáng kể =>
Điều này được đáng giá là không tốt cho quá trình cất cánh của máy bay.
+ Quãng đường hạ cánh cũng được tăng lên tương tự.
+ Việc quyết định cất hoặc hạ cánh trong điều kiện gió cùng chiều cần phải
được đánh giá an toàn một cách chính xác để chắn chắn rằng ta có đủ quãng
đường để thể hiện cất hoặc hạ cánh.
Gió thổi ngang (Crosswind): Làm ảnh hưởng đến hiệu suất cất cánh và hạ
cánh.
Gió giật (Gusting winds):
+ Cất cánh: Tình huống gió giật mạnh sẽ yêu cầu bạn giữ máy bay trên mặt
đất trong một khoảng thời gian dài hơn một chút do đó tăng tốc độ cất cánh
tổng thể của bạn.
+ Hạ cánh: Điều kiện gió giật cũng đòi hỏi tốc độ hạ cánh cao hơn, dẫn đến
việc hạ cánh lâu hơn.
2. Điều kiện đường băng (bề mặt cất hoặc hạ cánh):
a. Cất cánh
- Cỏ, nền đất mềm hoặc tuyết làm tăng lực cản lăn và do đó quá trình cất cánh
trên mặt đất sẽ dài hơn so với đường băng được xây kín hoặc lát đá.
- Cỏ khô có thể tăng khoảng cách cất cánh lên đến 15 phần trăm. Cỏ ướt dài có
thể tăng thêm khoảng cách này tùy thuộc vào độ dài và độ ướt của cỏ cũng
như trọng lượng và kích thước bánh xe của máy bay.
- Máy bay thường không thể cất cánh trên bãi cỏ dài ẩm ướt.
- Các vũng nước trên đường băng cũng có thể làm chậm khả năng lấy vận tốc
đáng kể.
b. Hạ cánh:
- Khi hạ cánh, cỏ hoặc tuyết khiến mặt đất tăng lên, dù lực cản lăn tăng lên
nhưng lại làm hệ thống phanh trở nên kém hiệu quả.
- Cỏ ướt dài có thể đồng nghĩa với việc tăng rất nhiều lần chạy tiếp đất.
3. Bề mặt điều khiển phụ
- Cánh cản: khi sử dụng cùng lúc ở cả 2 cánh chính, giúp tăng lực cản và thất
thoát lực nâng, kiểm soát tốc độ lúc hạ cánh và nâng cao hiệu quả phanh. Vì
thế khi hạ cánh phi công sẽ thiết lập cánh cản thích hợp để hạ cánh.
-Cánh tà sau (Flaps): Khi nó gập xuống làm tăng độ cong của cánh, tăng lực
nâng tác dụng lên cánh vì thế giảm tốc độ thất tốc (Stall speed), đồng thời
cũng làm tăng lực cản cảm ứng (Induced drag). Vì thế, cánh tà sau được sử
dụng khi máy bay đang bay ở vận tốc thấp, góc tấn lớn.
-Cánh tà trước (Slats) cũng là một bề mặt điều khiển tạo hệ số lực nâng lớn
được lắp ở mép trước của cánh chính. Khi bay ở góc tấn lớn cần dùng nó để
uốn dòng không khí thổi qua cánh nhằm đẩy lùi điểm tách rời lớp biên về phía
sau để tăng góc tấn tới, đồng nghĩa với việc máy bay có thể bay với vận tốc
thấp hơn, góc tấn lớn hơn bình thường.
Như vậy khi cất cánh, hay hạ cánh thì máy bay đang đang ở trạng thái vận tốc
thấp, và hiệu chỉnh góc tấn lớn nên trước khi cất cánh hay hạ cánh phi công
sẽ bắt đầu thiết lập bung Flaps hay Slats ở một vận tốc thích hợp để nhầm tạo
được một lực nâng đủ thể thực hiện quá trình.( thường khi trước khi cất cánh
Flaps sẽ được thiết lập ở 5 độ), ( ở máy bay A321 vận tốc khoảng 350 knot
thì Flaps sẽ bung ở mức 1 trên bảng điều khiển của phi công, thường thì lúc
hạ cánh sẽ bung full Flaps hay tuỳ từng điều kiện).
4. Hiệu ứng mặt đất:
- Khi bay gần mặt đất, cánh tạo ra lực cản ít hơn so với cánh bay ra khỏi mặt
đất. Do đó, cánh hoạt động hiệu quả hơn trong khi tác dụng trên mặt đất.
- Mặc dù điều này có thể hữu ích trong các trường hợp, nhưng nó cũng có
thể khiến những người điều khiển không cẩn thận mong đợi hiệu suất leo
cao hơn so với khả năng duy trì của máy bay.
- Khi hạ cánh, hiệu ứng mặt đất có thể tạo ra hiện tượng "lơ lửng" và dẫn
đến lộn vòng (hoặc chạy quá tốc độ, nếu bỏ qua các dấu hiệu nguy hiểm),
đặc biệt là ở tốc độ tiếp cận rất nhanh.
- Máy bay cánh thấp nhạy cảm với hiệu ứng mặt đất hơn máy bay cánh cao.
- Hiệu ứng mặt đất làm cho nó có thể được nâng lên ở góc nghiêng quá cao
hoặc quá sớm so với tải nặng. Cất cánh quá dốc (hoặc quá sớm) sẽ làm cho
góc tấn có lực cản và lực đẩy gần bằng nhau, do đó không có cơ hội tăng
tốc..
- Nếu bạn vô tình để lại hiệu ứng mặt đất quá sớm và máy bay không thể
tăng tốc đến tốc độ leo thích hợp của nó, cách duy nhất để xử lý tình huống
là hạ mũi xuống, cho phép máy bay tăng tốc, rồi lên cao.
5. Bề mặt cánh:
Các chất lắng đọng trên bề mặt cánh, chẳng hạn như hạt mưa hoặc côn trùng,
có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các loại tàu bay có dòng chảy tầng, chẳng hạn như
được sử dụng trên một số tàu lượn có động cơ tự phóng và máy bay tự chế tạo hiệu
suất cao.
Sự hiện diện của sương giá bề mặt, băng hoặc tuyết ảnh hưởng đến hiệu suất
của cánh. Vết rạn hoặc vết lõm nhỏ trên bề mặt nâng hoặc cánh quạt cũng sẽ làm
giảm hiệu suất.
 Giữ cho tất cả các bề mặt nâng không bị hư hại và sạch sẽ để đảm bảo
hiệu suất tối đa.
6. Áp suất bánh xe:
Áp suất của lốp thấp sẽ làm tăng thời gian cất cánh. Đây là điều luôn cần được
kiểm tra trong quá trình kiểm tra sơ bộ của các kỹ sư bảo dưỡng trước chuyến
bay.
Tài liệu tham khảo:
1. https://mobitool.net/tai-sao-qua-trinh-may-bay-cat-canh-va-ha-canh-lainguy-hiem-nhat.html
2. “Cơ học vật bay” – PGS Lê Quang
3. (report) Piper Cherokee PA-28-180
4. “Take-off and Landing” - Good Aviation Practice