MỤC LỤC

I- Tổng quan và cấu tạo máy bay mô hình……………………………….. 3

1. Tổng quan ………………………………………………………… 3

2. Cấu tạo …………………………………………………………… 5

II- Quy trình thiết kế thông thường ……………………………………… 11

1. Công tác chuẩn bị ………………………………………………. 11

2. Thiết kế khung ………………………………………………….. 11

III- Kiểm tra ……………………………………………………………. 15

IV- Kỹ thuật bay ………………………………………………………. 15

1. Chế độ cất và hạ cánh ………………………………………….. 15

2. Chế độ bay bằng ……………………………………………….. 16

3. Xử lí một số tình huống trong khi bay…………………………. 16

V- Vật tư và dự trù kinh phí ……………………………………………… 16

VI- Phụ lục……………………………………………………………… 17

2

I- Tổng quan và cấu tạo máy bay mô hình1. Tổng quanMáy bay mô hình(MBMH) là một dạng máy bay cỡ nhỏ, có điều khiển từ

xa. Nó được sử dụng với mục đích quan sát các vùng địa hình, di chuyển vào một số vùng nguy hiểm mà con người không thể đến, hoặc dùng trong mục đích thăm dò, quan sát các mục tiêu quân sự. Ở Việt Nam trong những năm gần đây phong trào chơi máy bay mô hình rất phát triển. Một số trực thăng hoặc Quadrotor mô hình được sử dụng để ghi hình ảnh, quay clip ca nhạc.

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, MBMH trở thành một UAV cỡ nhỏ và được sử dụng trong quân đội một số nước như Mỹ, Anh, trở thành một trợ thủ đắc lực trong tác chiến điện tử.

Hình 1.1: Một số máy bay mô hình cỡ nhỏ

Hình 1.2: Một Quadrotor được sử dụng để quay và chụp ảnh từ trên cao

3

Hình 1.3 Hình ảnh truyền về từ một chiếc MBMH

Hình 1.4 Một cuộc thi MBMH tại sân bay Gia Lâm-Hà Nội

4

Hình 1.6, 1.7: Hình ảnh về cuộc thi Thiết kế chế tạo MBMH năm 2013.

2. Cấu tạo

Cũng như bất cứ một thiết bị bay nào khác, MBMH cấu tạo gồm hai phần: Phần cơ khí, và thiết bị điện. Phần cơ khí gồm thân vỏ, cánh máy bay, các cánh lái và các thiết bị phụ như bánh, càng xe, cánh quạt… Thiết bị điện dùng để phát, nhận tín hiệu từ người điều khiển đến máy bay và điều khiển các thiết bị trên khoang.

2.1 Phần cơ khía. Thân máy bay

Thân máy bay có dạng hình thon tròn, nhằm giảm lực cản sinh ra khi bay đồng thời bảo bảm tính bền vững. Thân dùng để chứa các thiết bị điều khiển và liên kết các bộ phận khác của máy bay.

b. Cánh nâng chínhDùng để tạo lực nâng chính cho máy bay. Cánh gắn trên thân, vuông góc

với thân. Cánh có dạng tấm mỏng hoặc có độ cong, tùy thuộc vào dạng tiết diện mà lực nâng do cánh tạo ra khác nhau. Hệ số lực nâng, lực cản và mô men của máy bay phụ thuộc vào các tham số sau đây:

5

-Vận tốc: Lực nâng, lực cản, và mô men dọc tỉ lệ với bình phương của vận tốc.

-Diện tích cánh: cả ba tham số trên tỉ lệ với diện tích. Cánh càng có độ cong trung bình lớn thì tỉ số lực nâng trên một đơn vị diện tích càng lớn. Dạng cánh bản mỏng có tỉ số lực nâng nhỏ nhất.

-Góc tấn(góc giữa hình chiếu vecto vận tốc lên mặt phẳng đối xứng và trục máy bay): Trong giới hạn góc tấn từ không đến góc tấn tới hạn lực nâng, lực cản và mô men dọc tăng khi góc tấn tăng.

-Độ giãn dài (tỉ số giữa bình phương sải cánh và diện tích cánh- nếu cánh hình chữ nhật thì đó là tỉ số giữa chiều dài và rộng): Tất cả các tham số phụ thuộc vào độ giãn dài. Khi độ giãn dài tăng thì góc tấn tới hạn giảm, nhưng lực nâng cũng tăng.

Hình 1.5 Sự phụ thuộc lực nâng và lực cản vào độ giãn dài.

Lực nâng do cánh chính tạo ra thường được đặt tại đường ¼ của cánh. Nếu trọng tâm máy bay nằm trước thì máy bay ổn định và ngược lại. Mặc dù vậy nếu máy bay càng ổn định thì khả năng thực hiện điều khiển nó càng khó. Do vậy thường bố trí trọng tâm nằm trên đường ¼ của cánh. Do lực nâng được đặt tại ¼ cánh nên để tăng độ bền cho cánh, khi thiết kế máy bay người ta thường đặt thanh chịu lực tăng cường trên đường ¼. Thanh chịu lực thường dùng là cacbon hoặc nhôm để làm giảm trọng lượng của cánh máy bay.

Trên cánh nâng chính có cánh tà và cánh liệng. Cánh tà có tác dụng tăng lực nâng và được dùng chủ yếu trong quá trình cất và hạ cánh. Đối với MBMH cỡ nhỏ sử dụng cánh tà không cần thiết.

6

Cánh liệng dùng để thay đổi góc liệng của máy bay. Dựa vào chuyển động phản đối xứng của cánh liệng hai bên, tạo ra sự khác biệt lực nâng giữa hai bên cánh, sinh ra mô men làm cho máy bay nghiêng sang phải hoặc trái.

Hình 1.8 Cánh liệng(Ailerons) và cánh lái độ cao(Elevators) của MBMH

c. Cánh ổn địnhNgoài cánh phía trước, máy bay có thêm cánh ổn định phía sau. Cánh phía

sau có tác dụng giữ cân bằng cho máy bay, thường có dạng đối xứng. Lực nâng do cánh phía sau tạo ra thường chiếm khoảng 20-30% tổng lực nâng.

Phía sau cánh đuôi có cánh lái độ cao (Elevators). Hai cánh chuyển động lên xuống cùng chiều, sẽ tạo ra mô men lực với trọng tâm, từ đó làm thay đổi độ cao của máy bay.

Tùy thuộc vào loại máy bay mà diện tích cánh liệng và cánh lái độ cao khác nhau. Nếu tỉ số của chúng so với cánh chính càng lớn thì khả năng điều khiển càng nhạy và máy bay càng có khả năng thực hiện được những bài bay phức tạp.

7

d. Cánh lái hướng

Cánh lái hướng đặt trên mặt phẳng đối xứng của máy bay, phía trên cánh ổn định. Cánh lái hướng có tác dụng giữ ổn định và điều chỉnh hướng bay. Cũng như cánh nâng chính và cánh ổn định, diện tích bản lái càng lớn thì khả năng cơ động càng cao.

Hình 1.9 Cánh lái hướng(Rudder) của MBMH

Thân và cánh máy bay có thể được làm bằng xốp, gỗ balsa hoặc vật liệu cacbozit. Vật liệu bằng xốp giúp tiết kiệm chi phí nhất.

e. Càng, bánh xe

Dùng trong quá trình cất và hạ cánh của máy bay. Đối với một số máy bay mô hình được cất cánh bằng bệ phóng và thu hồi bằng dù không yêu cầu càng và bánh.

Càng được làm từ nhôm.

2.2 Phần điệna- Bộ phận thu phát tín hiệu

Bộ phận thu phát tín hiệu(Tx và Rx) gồm bộ phát sóng và bộ nhận sóng. Thông thường một MBMH được điều khiển bằng bốn kênh:

-Kênh 1: Điều chỉnh tốc độ quay của cánh quạt – làm tăng hoặc giảm tốc độ của máy bay

-Kênh 2: Cánh lái độ cao(chuyển động lên xuống) thay đổi độ cao bay.

8

-Kênh 3- Cánh lái hướng(sang trái-phải) thay đổi hướng bay

-Kênh 4- Cánh liệng( gồm hai cánh phản đổi xứng) thay đổi độ nghiêng của máy bay.

Thông qua bộ điều khiển mặt đất (Tx) tín hiệu sẽ được truyền tới bộ nhận (Rx) từ đây sẽ điều khiển các động cơ của máy bay. Sơ đồ cấu trúc các thiết bị trên máy bay như sau:

Tx

Hình 1.9. Cấu trúc điều khiển trên máy bay mô hình

b- Động cơ

Đối với MBMH 4 kênh tương ứng với bốn động cơ:

- Động cơ chính : dùng để điều khiển cánh quạt. Một động cơ chính thường có tốc độ quay từ 800-2700 vòng/phút/V. Tùy thuộc vào loại và tốc độ máy bay để lựa chọn động cơ chính. Động cơ chính có thể lắp tại đầu, giữa hay đuôi máy bay.

9

Bộ nhận (Rx) Động cơ điều khiển cánh liệng (Servo)

Động cơ điều khiển hướng

Động cơ điều khiển độ cao

Điều tốc (ECS)

Động cơ

Pin

- Động cơ điều khiển cánh lái (servo): Dùng để điều khiển hệ thống cánh lái( cánh liệng, cánh lái hướng, cánh lái độ cao)…

Một động cơ chính có tốc độ 1000 Vòng/Phút/Vôn

Động cơ servo lực kéo Max 1.5kg

c- Pin, điều tốc- Pin cung cấp điện cho toàn bộ hoạt động của máy bay. MBMH thường sử

dụng pin Lipo để tăng dòng xả. Pin thường dùng từ 2 đến 6 lõi. Mỗi lõi pin cho điện thế 4.2V. Như vậy điện thế của pin nằm trong khoảng 8.2 đến 25.2V.

- Điều tốc để chuyển dòng một chiều từ pin thành dòng điện xoay chiều. Một đầu ra của điều tốc nối trực tiếp với động cơ chính, một đầu nối với pin, đầu còn lại nối vào bộ nhận(Rx).

Điều tốc cho dòng ra 40-50A Pin Lipo 3 lõi dòng xả 1300mah

10

II-Quy trình thiết kế thông thường1- Công tác chuẩn bịĐể thiết kế một MBMH ta cần chuẩn bị những vật liệu sau:-Xốp dày 5mm- Keo-Dao cắt xốp-Băng dính- Thiết bị điện: Động cơ, 3 servo, điều tốc, pin, bộ điều khiển …(Xem thêm phần V)

2. Thiết kế khung- Chọn 1 mẫu máy bay có sẵn.

Một số mẫu MBMH có thể xem tại :http://www.clbmohinh.com/forum/tm.aspx?

high=&m=360175&mpage=9#371943 - Sau khi đã chọn được một mẫu MBMH ta tiến hành in ra khổ giấy A0,

đặt lên xốp rồi cắt các chi tiết theo mẫu.

Hình 2.1 : bản vẽ A0 chi tiết của MBMH Polaris- Dùng keo gắn các bộ phận theo hướng dẫn

11

Hình 2.2 Gắn thân máy bay

Hình 2.3 Gắn cánh máy bay

-Sau khi đã gắn các phần ta sẽ thu được một khung vỏ máy bay hoàn chỉnh, bước tiếp theo là lắp đặt các thiết bị điện

- Các thiết bị điện cũng được đặt tại vị trí chỉ trong bản vẽ.

12

Hình 2.4 Vị trí đặt servo cánh lái hướng và độ cao.

Hình 2.5 Vị trí đặt động cơ

13

Hình 2.6 Vị trí đặt pin

Hình 2.7 Sơ đồ một máy bay sau khi được lắp ghép hoàn chỉnh.

- Tiếp theo ta có thể sơn màu hoặc dán đề can vào máy bay theo ý thích.

14

III-Kiểm tra

Sau khi đã hoàn thành phần thiết kế, ta tiến hành kiểm tra hoạt động của máy bay, các bước kiểm tra bao gồm:

-Kiểm tra hoạt động của động cơ:+ Đối với động cơ chính nếu lắp đúng chiều gió sẽ thổi về phía đuôi. Nếu

chiều quay của động cơ bị ngược, ta tiến hành đổi vị trí 2 trong số 3 dây nối giữa động cơ và điều tốc.

+ Đối với động servo: Servo điều khiển lái hướng lệch sang trái khi kéo cần tay điều khiển sang trái, sang phải khi tay điều khiển sang phải. Servo điều khiển độ cao lệch cánh lái độ cao xuống dưới khi kéo cần tay điều khiển lên trên, lên trên khi tay điều khiển kéo xuống dưới. Servo điều khiển cánh liệng sang trái làm tăng lực nâng cánh trái, và ngược lại.

- Kiểm tra chiều của cánh quạt : Cánh quạt lắp trên động cơ sao cho phần ghi số hướng ra phía trước.

- Kiểm tra vị trí trọng tâm, tính đối xứng của máy bay:+ Trọng tâm phải được căn chỉnh nằm trước đường 1/3 cánh máy bay.+ Máy bay phải đối xứng trong mặt phẳng thẳng đứng.

IV- Kĩ thuật bay1. Chế độ cất và hạ cánh.Cất và hạ cánh là hai chế độ khó nhất trong điều khiển MBMH. Đối với

máy bay thì tất cả các chế độ bay có thể được điều khiển tự động, ngoại trừ cất và hạ cánh. Trước khi tiến hành bay thật, người điều khiển phải tập thành thạo bằng phần mềm mô phỏng trên máy tính.

a) Cất cánh bằng đường băngĐể cất cánh máy bay từ đường băng ta thực hiện như sau:- Từ từ tăng tốc động cơ đến khi đạt được được giá trị lớn nhất- Kéo cần tay điều khiển cánh lái độ cao xuống dưới, máy bay sẽ từ từ nhấc

khỏi mặt đất.Chú ý: Đối với một số máy bay có lực nâng khác không ở chế độ bay bằng,

thì khi đạt được vận tốc xác định máy bay sẽ tự nhấc khỏi mặt đất mà không cần điều khiển cánh lái độ cao.

Để hạ cánh máy bay trên đường băng ta thực hiện như sau:-Giảm dần độ cao và vận tốc máy bay.-Khi máy bay bay sát đường băng hạ cánh thì giảm vận tốc quay cánh quạt

về 0. Đồng thời giảm độ cao đến sát đường băng.15

-Khi máy bay chạm đất thì đưa cánh lái độ cao lên một chút, để máy bay tiếp đất bằng bánh sau.

- Máy bay chuyển động trên mặt đất theo quán tính, dùng cánh lái hướng để di chuyển máy bay về vị trí mong muốn, cho tới khi máy bay dừng lại hẳn.

2. Chế độ bay bằngỞ chế độ bay bằng máy bay không yêu cầu vận tốc quá cao, nên vận tốc

cánh quạt thường nằm trong khoảng 50-60% giá trị vận tốc lớn nhất. (Đối với tàu lượn, có thể giảm vận tốc cánh quạt về 0, lợi dụng sức gió máy bay vẫn có thể bay được)

-Điều khiển máy bay sang trái, phải bằng cách kéo cần điều khiển hướng sang trái, phải.

-Điều khiển máy bay lên, xuống bằng cách kéo cần điều khiển độ cao xuống dưới, lên trên.

-Điều khiển góc liệng máy bay sang trái, phải bằng cách kéo cần điều khiển cánh liệng sang trái, phải.

3. Xử lí một số tình huống trong khi bay-Khi bay máy bay luôn có xu hướng chếch đầu lên trên: Cần đưa trọng tâm

máy bay về phía trước( thay đổi trọng tâm bằng cách thay đổi vị trí đặt pin)-Khi bay gặp gió: gió chiều nào thì lệch cánh lái tương ứng theo hướng

ngược lại.-Khi đang bay động cơ không làm việc: Lợi dụng sức gió và quán tính,

điều khiển hệ thống cánh lái cho máy bay tiếp đất an toàn.

V- Vật tư và dự trù kinh phí

STT Vật liệu Thông số kĩ thuật Giá cả(nghìn

đồng)

Địa điểm mua

1. Xốp 1x2m, dày 5mm 100 123 Khâm thiên

2. Bộ điều khiển (tx, rx) Bán kính điều khiển R=300m

1000 Xuân Đỉnh hobby, Hà Nội hobby, Shop 14 Vân Hồ…

3. Keo, keo nhiệt 120/lọ CLB Mô hình

16

4. Động cơ 800-2700kvLực kéo đến 1.5kg

200-300k Xuân Đỉnh hobby, Hà Nội hobby, Shop 14 Vân Hồ…

5. Servo Lực kéo đến 1.5kg 60k/chiếc Nt6. Điều tốc 20-50A 200-300k Nt7. Pin 1000-2200mAh 200-300k Nt8. Cánh quạt 9x6 15k/chiếc nt9. Bánh xe, càng, thiết bị

nối<100k Nt

Ước tính kinh phí cho một chiếc máy bay mô hình như sau:

- Xốp+keo nhiệt =100k- Bộ phát, nhận sóng =1000k- Động cơ =250k- Điều tốc =250k- Pin=300k- 3 động cơ servo=3x60=180k- Thiết bị khác (cánh quạt, bánh xe)=100k

Tổng =2180k. Nếu một nhóm làm từ 2-3 người thì kinh phí cần thiết cho mỗi người là <1 triệu đồng – phù hợp với sinh viên mà vẫn thỏa mãn được đam mê bay.

VI - Phụ lục1. Một số website hữu ích cho thiết kế MBMHwww.clbmohinh.com/www.rcgroups.com2. Địa chỉ mua thiết bị điện tại Hà nội-Xuân Đỉnh hobby http://www.clbmohinh.com/forum/XU%C3%82N-%C4%90%E1%BB

%88NH-HOBBY-Update-HOBBYKING-HIMODEL-m752799.aspx-Hà Nội hobbyhttp://hanoi-hobby.com/-Thái Tuấn hobbyhttp://www.thaituan-hobby.com/

17