Wing planform Cấu hình của cánh máy bay

Wing planform là hình dạng của cánh khi nhìn từ trên xuống hoặc từ dưới lên.

Aspect ratio

Bài chi tiết: Aspect ratio (wing)

Tỉ lệ khung hình hay aspect ratio bằng Số bình quân hay trung bình chiều dài đường nối đầu mút cánh và gốc cánh (thuật ngữ tiếng Anh là chord) chia cho sải cánh.[10] Nó cho biết độ mảnh và độ dài của cánh nếu nhìn từ phía trên hoặc bên dưới cánh.

  • Tỉ lệ khung cánh thấp (low aspect ratio): cánh ngắn và mập. Cánh sẽ có độ cứng vững cao, tốc độ nhào lộn tức thời cao, lực cản ở tốc độ siêu âm thấp. Cánh có tỉ lệ cánh thấp được sử dụng trên các máy bay tiêm kích chiến đấu, như Lockheed F-104 Starfighter, và ở các máy bay có vận tốc bay rất cao như North American X-15.
  • Tỉ lệ vừa phải: phạm vi sử dụng rất rộng, áp dụng trên máy bay chở khách như Douglas DC-3.
  • Tỉ lệ cao: Cánh dài và mỏng. Cải thiện hiệu suất khí động học, sinh ra ít lực cản khi bay ở tốc độ bay dưới tốc độ âm thanh. Cánh dài và mỏng được sử dụng trên các máy bay tầm cao bay dưới tốc độ âm thanh như máy bay trinh sát Lockheed U-2 và ở các tàu lượn có khả năng thao diễn cao như Glaser-Dirks DG-500.
Low aspect ratioModerate aspect ratioHigh aspect ratio

Phần lớn máy bay có cánh có khả năng thay đổi dạng hình học cũng thay đổi được tỉ lệ cánh aspect ratio theo các cách khác nhau.

Độ rộng của cánh và độ dài của cánh

Độ rộng của cánh thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu của độ bền và đặc tính khí động học

  • Độ rộng cánh không đổi (Constant chord): Là loại cánh đơn giản nhất, ít tốn kém nhất, ví dụ Piper J-3 Cub tuy nhiên bề mặt cánh phía bên ngoài không sản sinh ra nhiều lực nâng trong khi lại làm tăng trọng lượng máy bay và sức cản không khí.[11][12]
  • Tapered: cánh nhỏ dần về phía đầu cánh, độ bền và tính khí động hiệu quả cao hơn cánh có độ rộng không đổi, và cũng dễ chế tạo hơn cánh dạng ellip.
    • Cánh hình thang (Trapezoidal) mép trước và mép sau của cánh tạo thành một góc quét hoặc không.[13][14][15] Dạng côn thẳng là dạng cánh phổ biến nhất, như trên chiếc Messerschmitt Bf 109.
    • Inverse hay reverse tapered: cánh sẽ rộng hơn ở phía đầu cánh. Độ bền cánh không tốt, dẫn đến trọng lượng cánh lớn. Kiểu cánh này được sử dụng trên một mẫu thử nghiệm dựa trên XF-91 Thunderceptor nhằm nghiên cứu biện pháp chống lại hiênj tượng tròng trành đối với cánh quét.
    • Compound tapered: dạng côn thuôn nhọn ở gốc cánh. Kiểu cánh này được sử dụng trên Westland Lysander để cải thiện tầm nhìn cho tổ lái.
  • Độ rộng cánh không đổi và phía đầu cánh có dạng côn thuôn nhọn: loại thiết kế này khá phổ biến và được áp dụng trên máy bay Cessna.
Constant chordTapered (Trapezoidal)Reverse taperedCompound taperedConstant chord,

tapered outer

  • Cánh dạng Ellip: Mép trước và mép sau cánh được vuốt theo đường cong sao cho độ rộng của cánh thay đổi cùng với sải cánh tạo nên một hình ellip đơn giản. Đôi khi bị hiểu nhầm là kiểu cánh mang lại hiệu quả về lực nâng lớn nhất (trong lý thuyết khí động học, thuật ngữ "elliptical" mô tả lực nâng tối ưu phân bổ trên bề mặt cánh theo chiều dài sải cánh cho trước), và cũng là loại cánh khó sản xuất nhất. Nổi tiếng nhất là Supermarine Spitfire.
EllipticalSemi-elliptical
  • Cánh kiểu chim: cánh có dạng cong như cánh chim, ví dụ như trên Etrich Taube.
  • Cánh kiểu dơi: cánh tạo thành dạng cong như cánh dơi. Ví dụ cho thiết kế cánh này là chiếc máy bay Whitehead No. 21 ra đời năm 1921, một trong những chiếc máy bay trang bị động cơ đầu tiên.
  • Circular: cánh có dạng gần như tròn. Mẫu thiết kế Vought V-173 sử dụng cánh gần như tròn ở đầu cánh, giúp khắc phục các xoáy khí ở đầu cánh, và có thêm cánh đuôi để taqng độ ổn định.
    • Flying saucer: cánh có dạng tròn, không ổn định khi bay, ví dụ chiếc Avro Canada Avrocar.
    • Disc wing: một thiết kế sử dụng cánh dạng đĩa xoay tròn.[17] Thiết kế này thường thấy trên đồ chơi ví dụ như Frisbee.
    • Cánh có dạng hình khuyên phẳng-Flat annular wing: hình khuyên với lỗ rỗng ở giữa tạo thành kiểu cánh khép kín như đã nhắc tới ở bên trên. Ví dụ là chiếc máy bay một tầng cánh hình khuyên của Lee-Richards.[18]
kiểu chimkiểu dơikiểu trònFlying saucerhình khuyên phẳng
  • Cánh dạng Delta: cánh có thiết kế hình tam giác với góc quét ở cạnh trước của cánh và cạnh sau nằm ngang thân máy bay. Kiểu cánh này có ưu điểm là có độ bền cứng cao, hiệu suất khí động học cao, diện tích mặt cắt cánh trước nhỏ. Nhược điểm của loại cánh này là tải trọng trên cánh thấp và cần có diện tích ướt cao để tăng độ ổn định khí động học. Các phiên bản cánh delta bao gồm:
    • Tailless delta: là cánh delta không có đuôi ngang, thường được sử dụng trên các thiết kế bay ở tốc độ cao, ví dụ như seri máy bay tiêm kích Dassault Mirage III.
    • Tailed delta: có bộ ổn định đuôi truyền thống, nhằm cải thiện khả năng điều khiển. Thiết kế kiểu này được sử dụng trên máy bay tiêm kích Mikoyan-Gurevich MiG-21.
    • Cropped delta: cánh delta có đầu cánh được làm thẳng, giúp tránh được lực kéo ở đầu cánh khi bay ở góc tấn cao. Fairey Delta 1 cũng có đuôi. Trong một số trường hợp, cánh cropped delta được sử dụng kết hợp trong cấu hình "tapered swept".
    • Compound delta hay double delta: có kiểu cánh dạng gấp khúc trong đó góc quét ở phần cánh phía trong thường là có góc quét lớn hơn góc quét của phần cánh bên ngoài như trên chiếc Saab Draken. Kiểu cánh này cải thiện lực nâng ở góc tấn lớn và ngăn hiện tượng tròng trành. Ngược lại, chiếc Saab Viggen có phần cánh bên trong có góc quét giảm đi để tránh xung đột với cánh vịt ở phía thân trước của máy bay.
    • Ogival delta: cánh delta với sự hoà trộn mềm mại của mép trước cánh tạo thành một đường cong giống ly rượu, bao trọn mép cánh trước và sau của kiểu cánh cropped compound delta như trên máy bay chở khách siêu thanh Concorde.
Tailless deltaTailed deltaCropped deltaCompound deltaOgival delta

Kiểu cánh quét (wing sweep)

Cánh sẽ được quét về phía sau, hoặc đôi khi là quét về phía trước, vì nhiều lí do. Một góc quét nhỏ của cánh máy bay đôi khi sẽ điều chỉnh tâm lực nâng của máy bay. Điều này có ích do đôi khi các nhà thiết kế không thể đặt vị trí cánh ở nơi phù hợp nhất, do cản trở tầm nhìn của phi công.

  • Cánh quét thẳng: cánh quét thẳng góc với thân máy bay, có độ cứng vững tốt nhất, được thiết kế chủ yếu trên các máy bay bay tốc độ chậm, máy bay đầu tiên của Wright Flyer sử dụng thiết kế này.
  • Cánh quét phía sau-Swept back (hay còn gọi là "cánh quét-swept wing"): Cánh quét về phía sau theo hướng từ gốc đến đầu cánh. Trong thời kỳ đầu các mẫu máy bay không cánh đuôi như Dunne, cho phép rìa bên ngoài cánh có vai trò như một cánh đuôi truyền thống nhằm tăng khả năng ổn định. Ở các chuyến bay tốc độ siêu âm, cánh quét có lực cản thấp, nhưng không có khả năng chống lại hiện tượng tròng trành và cần co sự cứng chắc cao để không bị rung lắc vặn xoắn cánh khi máy bay bay ở tôc độ cao. Điển hình cho loại cánh quét về phía sau có tốc độ bay cận âm và siêu âm ở thời kỳ đầu là Hawker Hunter.
  • Cánh quét về trước-Forward swept: Cánh có góc quét về phía trước. Lợi ích của kiểu cánh này tương tự như cánh quét về phía sau, đồng thời nó cũng tránh được các vấn đề tròng trành, nhưng nó đòi hỏi vật liệu làm cánh phải có độ cứng lớn hơn cả để tránh hiện tượng vặn xoắn cánh như máy bay Sukhoi Su-47.

Một số kiểu thay đổi hình dạng cánh:

  • Swing-wing: hay còn gọi là "cánh quét thay đổi được góc quét-variable sweep wing". Ở đây, cánh có thể thay đổi được góc quét, thường là về phía sau. Loại cánh này có thể thấy trên một số máy bay chiến đấu như General Dynamics F-111 Aardvark.
  • Oblique wing: cánh trái và phải cùng xoay được quanh một trục ở giữa thân máy bay, do đó một bên cánh quét về phía sau và bên còn lại sẽ quét về phía trước. Ví dụ về kiểu cánh này là chiếc máy bay thử nghiệm NASA AD-1.
StraightSweptForward sweptVariable sweep

(swing-wing)

Variable-geometry

oblique wing

Cánh có góc quét thay đổi dọc theo sải cánh

  • Crescent: phần cánh phá ngoà có góc quét ít hơn phầ cánh phía trong, nhằm đạt được sự kết hợp tối ưu nhất giữa sóng âm dừng và khả năng kiểm soát dòng chảy dọc theo bề mặt cánh. Được sử dụng trên máy bay Handley Page Victor.[19]
  • Cranked arrow: đặc trưng của loại cánh này là kiểu delta kết hợp. Kiểu cánh này xuất hiện trên máy bay thử nghiệm General Dynamics F-16XL.
  • M-wing: cho phép cánh máy bay vẫn có góc quét lớn mà vẫn giảm tối đa hiện tượng vặn xoắn. Kiểu cánh này mới chỉ được nghiên cứu và chưa từng xuất hiện trên máy bay thật.[20][21][22]
  • W-wing: Ngược lại cánh kiểu chữ M. Kiểu cánh này dự kiến được trang bị cho máy bay ném bom Blohm & Voss P.188, nhưng những nghiên cứu về nó thậm chí còn ít hơn cả kiểu cánh chữ M và chưa bao giờ được đưa ra thử nghiệm.[20][22]
CrescentCranked arrowM-wingW-wing

Cánh bất đối xứng

  • Asymmetric layout: chiếc Blohm & Voss BV 141 có phần thân máy bay và khoang lái tách biệt nhau về hai phía, nhằm tăng tầm nhìn cho phi công.
  • Asymmetric span: một vài mẫu máy bay của Ý như Ansaldo SVA, có một bên cánh hơi dài hơn một chút so với bên cánh còn lại nhằm chống lại moment xoắn của động cơ.
  • Oblique wing: một cánh quét về phía trước trong khi cánh còn lại quét về sau như NASA AD-1.
AsymmetricalTorque counteraction

by asymmetric span

Variable-geometry

oblique wing

Tài liệu tham khảo

WikiPedia: Cấu hình của cánh máy bay https://web.archive.org/web/20110811050140/http://... http://aero.stanford.edu/reports/nonplanarwings/Cl... https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19760002978/do... http://ultralightaircraftaustralia.com/wp-content/... http://www.flyingmag.com/rectangular-wings https://archive.today/pUDn1 https://www.boldmethod.com/blog/lists/2015/06/6-wi... https://archive.today/OviMG https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/VirtualAero/Bott... http://adg.stanford.edu/aa241/wingdesign/winggeome...