Thiết kế chế tạo mô hình máy bay lượn dùng động cơ điện sải cánh 1 8m

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
FOG

BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY BAY LƯỢN
DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SẢI CÁNH 1.8 M

Mã số đề tài: T-KTGT-2011-34
Thời gian thực hiện: 15/3/2011 – 15/3/2012
Chủ nhiệm đề tài: TS. Ngơ Khánh Hiếu

Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 9/2012


Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài
(Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ mơn, Khoa/Trung tâm)
1.

...

2.

...

3.

...

Mẫu sau cùng:
Ví dụ:
VI: Kết luận và kiến nghị:
.................... ..........................................................................................................................................
.................................................(Nội dung phần kết luận và kiến nghị) ......................................... ..... .......
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Tp.HCM, ngày .... tháng .... năm ...
Chủ nhiệm đề tài
(Ký và ghi rõ họ tên)

Tp.HCM, ngày .... tháng .... năm ...
TL. HIỆU TRƯỞNG
TRƯỞNG PHỊNG KHCN&DA

TS. Nguyễn Hồng Dũng


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Mục lục
I. 

Mục tiêu của đề tài..............................................................................................................2 

II.  Quy trình thiết kế mơ hình bay cánh bằng điều khiển từ xa...............................................2 
III.  Áp dụng quy trình thiết kế đề xuất cho mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m .................4 

III.1. 

Thiết kế sơ bộ của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m ..........................................4 

III.2. 

Đặc tính ổn định và điều khiển của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m................5 

III.3. 

Tính năng của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m...............................................10 

III.4. 

Xây dựng mơ hình thiết kế 3D của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m ..............12 

III.5. 

Đánh giá thông số thiết kế từ mơ hình thiết kế 3D ...................................................14 

III.6. 

Xuất bản vẽ chế tạo và chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m.....................15 

III.7. 

Bay thử nghiệm mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m............................................17 

IV.  Kết luận và hướng phát triển của đề tài............................................................................19 

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

1


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

I.

Mục tiêu của đề tài
Các mơ hình bay điều khiển hiện nay đã trở thành một thú chơi phổ biến ở Việt nam.
Hầu hết các mơ hình này đều được thiết kế dựa trên các mẫu thiết kế chuẩn sẳn có nên người
chơi khơng cần phải có nhiều kiến thức chuyên môn về máy bay. Điều này dẫn đến các vấn
đề phát sinh trong khi chơi như bị hư hỏng, hay muốn thay đổi thiết kế thì hầu hết người chơi
đều dựa vào kinh nghiệm bản thân và của các thành viên khác là chính.
Bộ mơn Kỹ thuật Hàng khơng, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh là một đơn vị đã
được thành lập hơn 15 năm. Đây là một trong những cái nôi về đào tạo chuyên ngành Hàng
không cho Hàng không dân dụng Việt nam. Với những kiến thức đã được học, thông qua đề
tài nghiên cứu khoa học, tôi muốn đưa đến cho các sinh viên Hàng khơng, các người đam mê
mơ hình điều khiển bay cánh bằng một cái nhìn thực tế hơn về cách phân tích, thiết kế mơ
hình bay cánh bằng; các mơ hình thiết kế mẫu về kết cấu cánh; việc lựa chọn cơ cấu lực đẩy;
các thách thức về chế tạo mơ hình bay. Hơn nữa, với kết quả đạt được về mơ hình máy bay
lượn dùng động cơ điện có sải cánh 1.8 m từ đề tài này, nhiều triển vọng mới đã được mở ra
cho phép không chỉ hồn thiện hơn quy trình phân tích thiết kế đề xuất, mà cịn hướng mơ
hình bay đến các ứng dụng cụ thể trong cuộc sống.
Bài báo cáo được chia làm các phần sau: (1) Quy trình phân tích/thiết kế mơ hình bay
cánh bằng; (2) Áp dụng quy trình đề xuất cho mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m; (3) Quy
trình chế tạo và đánh giá thiết kế của mơ hình máy bay lượn sau khi đã được chế tạo hồn
chỉnh; (4) Các hướng ứng dụng cho mơ hình máy bay lượn của đề tài; (5) Hướng phát triển
tiếp theo từ kết quả đề tài.

II.

Quy trình thiết kế mơ hình bay cánh bằng điều khiển từ xa
Q trình thiết kế mơ hình bay theo phương pháp truyền thống được mơ tả theo các bước
đưa ra ở Hình 1 dưới đây. Theo đó, từ các yêu cầu thiết kế đưa ra, quá trình thiết kế sơ bộ sẽ
cho kết quả khối lượng ban đầu, cùng với các thông số kích thước thiết kế, cấu hình thiết kế
của mơ hình bay. Tiếp theo, việc phân tích đặc tính ổn định và điều khiển để đánh giá tính
năng ổn định/điều khiển của mơ hình bay; lựa chọn hệ thống tạo lực đẩy cho mơ hình bay;
kiểm tra bền kết cấu của mơ hình bay sẽ được tiến hành. Ở bước kế tiếp, mơ hình bay sẽ được
chế tạo hồn chỉnh. Cuối cùng là giai đoạn đánh giá yêu cầu thiết kế.

Hình 1: Quy trình thiết kế mơ hình bay theo phương pháp truyền thống

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

2


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Nếu áp dụng theo quy trình thiết kế này thì việc kiểm tra khối lượng thiết kế chỉ có thể
được thực hiện sau khi mơ hình bay đã được chế tạo hồn chỉnh. Và do đó, nếu khối lượng
mơ hình chế tạo khơng thỏa khối lượng ban đầu đưa ra thì việc hiệu chỉnh lại thiết kế sơ bộ sẽ
mất rất nhiều thời gian và chi phí.
Việc ứng dụng phần mềm vẽ thiết kế vào quá trình thiết kế/chế tạo mơ hình bay sẽ giúp
cải thiện đáng kể khả năng kiểm soát khối lượng thiết kế, cũng như giúp kiểm tra các thơng
số thiết kế hình học ban đầu của mơ hình như vị trí điểm trọng tâm, moment qn tính khối
lượng quanh các hệ trục… Quy trình thiết kế mơ hình bay với việc ứng dụng phần mềm vẽ
thiết kế được đề xuất ở Hình 2. Theo đó từ thiết kế chi tiết, sẽ tiến hành xây dựng mơ hình 3D

thiết kế và đánh giá các thơng số hình học thiết kế, nếu thơng số hình học đáp ứng thì sẽ tiến
hành xuất bản vẽ chế tạo, và sau đó là các giai đoạn chế tạo mơ hình, xác thực yêu cầu thiết
kế như ở quy trình thiết kế truyền thống.

Hình 2: Ứng dụng phần mềm thiết kế vào quy trình thiết kế mơ hình bay

Việc xây dựng mơ hình 3D từ kết quả thiết kế chi tiết sẽ giúp đánh giá được các thông số
thiết kế ban đầu liên quan đến khối lượng, vị trị trọng tâm của mơ hình bay thiết kế. Do các
mơ hình bay điều khiển từ xa thường có khối lượng trong khoảng từ vài trăm grams đến vài
kilograms, và do mô hình thiết kế 3D được xây dựng trên các kích thước của thiết kế chi tiết
dựa trên mơ hình kết cấu mẫu của cánh/thân và dựa trên các thiết bị, vật liệu lựa chọn trước
(động cơ, servo điều khiển, gỗ balsa, gỗ ván ép, xốp mịn…) nên khối lượng mô hình ước tính
trên thiết kế 3D sẽ nhỏ hơn khối lượng mơ hình ước lượng ban đầu từ 5% đến 10%. Sự khác
biệt khối lượng này là do khối lượng của keo dán (keo 502, keo sữa…), và khối lượng phát
sinh thêm trong quá trình chế tạo chưa xét đến trong mơ hình thiết kế 3D. Việc phân bố các
tải trọng động hợp lý trên mơ hình thiết kế 3D sẽ giúp điều chỉnh vị trí trọng tâm của mơ hình
về vùng trọng tâm thiết kế. Và nhờ đó, các vị trí tải trọng có được từ mơ hình 3D sẽ là các vị
trí đặt các tải trọng tương ứng khi mơ hình bay được chế tạo thực tế.
Các phần mềm đồ họa thiết kế 3D phổ biến hiện này như AutoCAD, Pro/Engineer,
CATIA, SolidWorks đều có thể được áp dụng tốt vào quy trình thiết kế mơ hình bay. Ngồi
các ưu điểm vừa nêu ở trên, mơ hình thiết kế 3D giúp người thiết kế có cái nhìn thực hơn về
mơ hình chế tạo của mơ hình bay, giúp hình dung được cách thức các chi tiết được lắp với
CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

3


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

nhau trên mơ hình tổng thể, nhờ đó giúp việc hiệu chỉnh thiết kế trở nên dễ dàng hơn, thực

hơn.
Một ưu điểm nữa của việc xây dựng mô hình thiết kế 3D là giúp ước lượng được khá tốt
moment qn tính khối lượng quanh ba trục của mơ hình bay. Thực tế cho thấy moment qn
tính khối lượng phụ thuộc vào phân bố khối lượng thực tế, nên thường đại lượng này chỉ
được xác định sau khi mô hình đã được chế tạo hồn chỉnh thơng qua các phương pháp thực
nghiệm [1]. Có một số phương pháp ước lượng xấp xỉ moment qn tính khối lượng dựa trên
hình dáng của mơ hình, nhưng kết quả thu được cho thấy có sai số khá lớn so với thực tế. Và
đối với mơ hình bay, moment qn tính khối lượng sẽ phản ảnh mức độ đáp ứng điều khiển
của mô hình thiết kế [2]. Việc xác định chính xác moment tính khối lượng sẽ có ý nghĩa quan
trọng đến thiết kế các bề mặt điều khiển. Và do đó, nhờ các phân bố tải trọng thiết lập trên
mơ hình thiết kế 3D, kết quả moment quán tính khối lượng của mơ hình bay thu được từ mơ
hình thiết kế 3D là khá tốt (sai số dưới 10% so với kết quả thực tế). Kết quả phân tích đáp
ứng mơ hình bay từ các kích thước bề mặt điều khiển và moment qn tính khối lượng có
được từ thiết kế 3D là khá tin cậy. Nhờ vậy, giúp giảm đáng kể thời gian thiết kế, chi phí thiết
kế khi phân tích các đặc tính liên quan đến ổn định và điều khiển của mơ hình bay [3].
Ở các phần tiếp theo dưới đây của bài viết, việc ứng dụng quy trình thiết kế mơ hình bay
cánh bằng đề xuất sẽ được trình bày cụ thể thơng qua q trình thiết kế/chế tạo mơ hình máy
bay lượn có động cơ có sãi cánh 1.8 m. Phần mềm đồ họa thiết kế 3D được chọn áp dụng là
phần mềm AutoCAD của hãng AutoDesk. Hiện nay có rất nhiều giáo trình AutoCAD 2D/3D,
các độc giả quan tâm đến phần mềm AutoCAD có thể tìm đọc giáo trình sau [4].
III.

Áp dụng quy trình thiết kế đề xuất cho mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện có sãi cánh 1.8 m là một mơ hình máy bay
cánh bằng có khả năng bay bằng ở vận tốc thấp (khoảng 11 m/s đến 15 m/s) và duy trì thời
gian ở trên không trong điều kiện tắt động cơ hoặc bay trong điều kiện gió ngược, nhờ đó
tăng đáng kể thời gian bay. Mơ hình này có tính cơ động cao do khả năng tháo lắp dễ dàng,
có thể cất cánh trực tiếp (không cần quãng đường chạy đà), và hạ cánh trên cỏ hay vùng đất
mềm. Mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện tỏ ra phù hợp cho các nhu cầu quan sát trên

không ở các khu sinh thái, rừng quốc gia, các cánh đồng/trang trại…
Vật liệu chọn để chế tạo mơ hình máy bay lượn là gỗ balsa, gỗ ván ép. Gỗ balsa được
dùng để chế tạo mơ hình bay là loại balsa có khối lượng riêng trong khoảng 135 kg/m3 đến
176 kg/m3 [5]. Gỗ ván ép dùng chế tạo mơ hình bay thường có bề dày 2 mm và có khối lượng
riêng trong khoảng từ 670 kg/m3 đến 1007 kg/m3 [6]. Mơ hình được bọc bằng decal có khối
lượng trong khoảng 125 g/m2 (bề dày của decal khoảng 0.2 mm).
III.1. Thiết kế sơ bộ của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m
Đối với các mơ hình bay sử dụng vật liệu gỗ balsa, gỗ ván ép như mơ hình máy bay lượn
có sải cánh 1.8 m, việc ước lượng khối lượng ban đầu cho mơ hình có thể được thực hiện dựa
trên việc thống kê khối lượng hoàn chỉnh của một số mơ hình máy bay lượn dùng động cơ
điện chế tạo bằng vật liệu gỗ ở một số website bán mô hình bay như Hobbyking [7], Alibaba
[8]. Theo đó, các mơ hình bay lượn dùng động cơ điện có thể được thống kê khối lượng theo
sãi cánh như sau:
Sãi cánh (m)

Khối lượng hồn chỉnh (g)

1.30 ÷ 1.50
1.60 ÷ 1.80

650 ÷ 900
750 ÷ 1000

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

4


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

1.90 ÷ 2.10

850 ÷ 1300

Theo đó, từ các u cầu thiết kế của mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện có sãi
cánh 1.8 m nêu ra ở phần trên, khối lượng thiết kế ban đầu của mơ hình có thể được ước
lượng là 850 grams ± 50 grams với khối lượng của từng bộ phận được tổng hợp ở bảng dưới
đây:
Bảng 1: Khối lượng ban đầu của mơ hình máy bay lượn thiết kế

Stt

Tên thành phần

Khối lượng (g)

1

Khối lượng rỗng

425

2

Servos điện (3 cái)

60

3

Động cơ điện, chong chóng

80

4

Pin Lipo

195

5

Bộ nhận tín hiện (Rx)

20

6

Bộ điều tốc động cơ (ESC)

50

Các thơng số thiết kế sơ bộ về hình học và lựa chọn cánh, hệ thống lực đẩy của mô hình
máy bay lượn thiết kế được cho ở Bảng 2.

Cung cánh
mũi (cw_tip)
Cung cánh
gốc (cw_root)
Biên dạng

cánh
Góc đặt cánh
(iw)
Góc vễnh
cánh (Γw)
Góc ngoặc
cánh (Λw_c/4)

1.8 m
0.1 m
0.2 m
NACA
4415
1.0 độ

Đi ngang (Tail)

Cánh chính (Wing)

Sãi cánh (bw)

0.0 độ
0.0 độ

Vận tốc thiết
kế (Vlevel)

11 m/s

Động cơ điện

180 W

Sãi cánh đuôi
0.4 m
ngang (bt)
Đuôi ngang
0.1 m
mũi (ct_tip)
Đuôi ngang
0.12 m
gốc (ct_root)
Biên dạng
NACA
đi ngang
0009
Góc đặt đi
0.0 độ
ngang (it)
Tay địn đi
0.575 m
ngang (lt)
Chiều dài
0.873 m
thân (lf)
100 m
Cao độ bay
÷ 200
m
ESC

30A

Đi đứng (Fin)

Bảng 2: Thông số thiết kế sơ bộ của máy bay lượn dùng động cơ điện có sải cánh 1.8 m

Sãi cánh đuôi
0.143 m
đứng (bv)
Đuôi đứng
0.09 m
mũi (cv_tip)
Đuôi đứng
0.12 m
gốc (cv_root)
Biên dạng
NACA
đuôi đứng
0009
Góc đặt đi
0.0 độ
đứng (iv)
Tay địn đi
0.530 m
đứng (lv)
Trọng tâm
25% cw
thiết kế (CG)
Phương pháp
cất cánh

Phóng
tay

Chong chóng

9x6

III.2. Đặc tính ổn định và điều khiển của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m
Ở phần này, từ kết quả đạt được của thiết kế sơ bộ, việc phân tích đặc tính ổn định và
điều khiển của mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện có sải cánh 1.8 m sẽ được tiến hành.
Các kết quả đạo hàm ổn định theo phương dọc, theo hướng và lăn được trình bày ở Bảng 3 và
Bảng 4 dưới đây được tính dựa trên phương pháp phân tích xấp xỉ của Nelson [3] ứng với
vận tốc bay của mơ hình tại cao độ mực nước biển là 12 m/s, và tại vị trí trọng tâm của mơ
hình ở 27% dây cung cánh.

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

5


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Giá trị của các hệ số đạo hàm ổn định này nằm ở điểm nó cho phép người thiết kế có
được các nhận định ban đầu về khả năng ổn định, khả năng điều khiển của mơ hình bay thiết
kế. Và do đó, người thiết kế có thể đưa ra kết luận về khả năng có thể bay được của mơ hình.
Về chất lượng ổn định cũng như chất lượng điều khiển thì cần phải kết hợp thêm một số
phương pháp phân tích khác như mơ phỏng tính tốn số; khảo sát thực nghiệm trong hầm gió
hay khảo sát bay thử nghiệm thì mới có thể đưa ra nhận định chính xác. Tuy nhiên, đối với
mơ hình bay điều khiển, vận tốc mơ hình bay khá thấp (trong khoảng 12 m/s đến 20 m/s),

thêm nữa mơ hình bay điều khiển khơng có người lái nên các tiêu chí về tính an tồn, ổn định
bay khơng địi hỏi đáp ứng các tiêu chuẩn khắc khe của máy bay thực tế, nên các kết quả
phân tích ổn định/điều khiển dựa trên Nelson về cơ bản là chấp nhận được. Và thực tế, qua áp
dụng trên rất nhiều mẫu thiết kế mơ hình bay mà tác giả đã thực hiện [9][10], các kết quả thu
được từ bay thử nghiệm hoàn toàn khẳng định nhận định trên.
Bảng 3: Hệ số đạo hàm ổn định theo phương dọc của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Stt
1
2
3
4
5
6
7
8

Hệ số đạo
hàm
Xu
Xw
Xα
Zu
Zw
Zα
Z•

α

Zq

Giá trị

Stt

- 0.222 (s-1)
- 0.045 (s-1)
5.981 (m/s2)
- 1.634 (s-1)
- 13.044 (s-1)
- 156.5 (m/s2)
- 0.902 (m/s)
- 0.818 (m/s)

9
10
11
12
13
14
15

Hệ số đạo
hàm
Zδe
Mu
Mw
Mα
M•

α

Mq
Mδe

Giá trị
- 10.332 (m/s2)
0
- 14.084 (1/ms)
- 169 (s-2)
- 5.546 (s-2)
- 19.278 (s-1)
- 243.4 (s-2)

Bảng 4: Hệ số đạo hàm ổn định theo hướng và lăn của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Stt
1
2
3
4
5
6
7
8

Hệ số đạo
hàm
Yβ
Yp

Yr
Yδa
Yδr
Nβ
Np
Nr

Giá trị

Stt

- 2.906 (m/s2)
0 (m/s)
0.163 (m/s)
0 (m/s2)
0 (m/s2)
14.255 (s-2)
- 1.978 (s-1)
- 1.032 (s-1)

9
10
11
12
13
14
15

Hệ số đạo
hàm

Nδa
Nδr
Lβ
Lp
Lr
Lδa
Lδr

Giá trị
-15.329 (s-2)
0 (s-2)
- 0.114 (s-2)
- 41.853 (s-1)
3.809 (s-1)
- 204.6 (s-2)
0 (s-2)

Ma trận đặc trưng của chuyển động theo phương dọc của mơ hình máy bay lượn sải cánh
1.8 m thiết kế:
⎡ -0 .2 2 2
⎢ -1 .6 3 4
A _ lo n g itu d in a l= ⎢
⎢ 0 .7 5 5
⎢
0
⎣

-0 .0 4 5
-1 3 .0 4 4

0
12

-8 .0 5 6
0

-2 4 .8 2 3
1

-9 .8 0 6 ⎤
⎥
0
⎥
⎥
0
⎥
0
⎦

Nghiệm đặc trưng của ma trận này là nghiệm đặc trưng của hai mode chuyển động theo
phương dọc: Short-Period mode và Long-Period mode. Cụ thể:
CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

6


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

λ12_short = -18.951 ± 7.875×i
λ34_long = -0.094 ± 0.726×i

Theo đó, đáp ứng theo phương dọc của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m có short-period
mode xác lập rất nhanh với ξshort = 0.923 và thời gian hội tu đạt nữa biên độ là thalve_short = 37
ms; còn long-period mode xác lập với ςlong = 0.128 và thời gian hội tụ đạt nữa biên độ là
thalve_long = 7.4 s.
Hình 3 và Hình 4 dưới đây thể hiện đáp ứng của góc tới của dịng đến máy bay (∆α) và
sự thay đổi của xu hướng xoay quanh phương dọc (∆q) khi thay đổi bánh lái độ cao (δe) theo
dạng nhiễu khơng có kích thích ban đầu và theo dạng có kích thích bánh lái độ cao dạng step.

Hình 3: Đáp ứng theo phương dọc của α, q theo δe dạng khơng có kích thích elevator

Hình 4: Đáp ứng theo phương dọc của α, q theo δe dạng có kích thích elevator dạng step

CN. đề tài: TS. Ngơ Khánh Hiếu

7


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 5 và Hình 6 dưới đây thể hiện sự thay đổi theo long-period mode của vận tốc thẳng
(∆u) và góc pitch (∆θ) của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m thiết kế theo bánh lái độ cao
ở dạng có và khơng có nhiễu kích thích bánh lái độ cao.

Hình 5: Đáp ứng theo phương dọc của u, θ theo δe dạng khơng có kích thích elevator

Hình 6: Đáp ứng theo phương dọc của u, θ theo δe dạng có kích thích elevator dạng step

⇒ Mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m thiết kế thỏa ổn định theo phương dọc tại vận tốc
bay 12 m/s ở cao độ mực nước biển và vị trí trọng tâm tại 27% dây cung cánh.
Ma trận đặc trưng của chuyển động theo hướng và lăn của mơ hình máy bay lượn sải

cánh 1.8 m thiết kế:

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

8


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

⎡ -0 .2 4 2
⎢ -0 .1 1 4
A _ la te r a l= ⎢
⎢1 4 . 2 5 5
⎢
0
⎣

0
-4 1 .8 5 3
-1 .9 7 8

− 0 .9 8 6
3 .8 0 9
-1 .0 3 2

0 .8 1 7
0
0

1

0

0

⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦

Nghiệm đặc trưng của ma trận này là nghiệm đặc trưng của ba mode chuyển động theo
hướng và lăn: Roll mode; Spiral mode và Dutch-Roll mode. Cụ thể:
λRoll = -41.67
λDutchRoll = -0.765 ± 3.739×i
λSpiral = 0.073
Các nghiệm đặc trưng của chuyển động hướng và lăn của mơ hình máy bay lượn sải cánh
1.8 m cho thấy Roll mode và Dutch-Roll mode thỏa điều kiện ổn định. Riêng Spiral mode thì
có một độ bất ổn định nhỏ, điều này lý giải là do phần diện tích đi đứng của mơ hình bay
gây ra một sự ổn định hướng tốt hơn so với độ ổn định lăn nên khi mô hình thực hiện chuyển
động lượn vịng có thể dẫn đến Spiral mode. Tuy nhiên mức độ bất ổn định Spiral mode
không lớn nên thời gian để xảy ra nguy hiểm đến mơ hình bay là khá lâu. Hơn nữa, mơ hình
máy bay lượn thường khơng được thiết kế để lượn vịng với góc lượn lớn nên có thể coi như
nguy cơ mất ổn định do Spiral mode là rất thấp.
Hình 7 và Hình 8 dưới đây trình bày đáp ứng Roll mode và Dutch-Roll mode của mơ
hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m.

Hình 7: Đáp ứng Roll mode theo sự thay đổi của ailerons từ 1 ÷ 11 độ

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

9


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 8: Đáp ứng Dutch-Roll mode theo sự thay đổi của ailerons

III.3. Tính năng của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m
Trong phần này các đặc tính về tính năng của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m sẽ
được phân tích.
Đặc tính lực cản của mơ hình máy bay lượn thiết kế bao gồm hai thành phần chính: (1)
lực cản nhớt do ma sát, lực cản hình dạng do hình thành lớp biên (CD_parasitic); (2) lực cản cảm
ứng do sự hình thành lực nâng (CD_induced). Hệ số lực cản cảm ứng có thể được ước lượng khá
1
= 0.0332 (e ≈ 0.8 trong trường hợp cánh trên). Riêng
tốt theo công thức sau: CDi =
π ARwe
hệ số lực cản nhớt, lực cản hình dạng thì việc xác định chính xác chỉ có thể có được bằng
phương pháp thực nghiệm hoặc bằng phương pháp mơ phỏng tính tốn số. Tuy nhiên ta có
thể áp dụng phương pháp phân tích xấp xỉ đề xuất ở [11] để ước lượng thành phần lực cản
này cho mơ hình máy bay lượn. Với vùng vận tốc bay khá thấp của các mơ hình bay điều
khiển thì kết quả thu được từ phân tích xấp xỉ này có thể chấp nhận được. Theo đó, hệ số lực
cản nhớt, lực cản hình dạng của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m sẽ là: CDp = 0.029.
Phương trình đường lực cản của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m sẽ có dạng:
CD = 0.029 + 0.0332×CL2
Hình 9 và Hình 10 dưới đây thể hiển đường lực cản yêu cầu và đường công suất yêu cầu theo
vận tốc của máy bay lượn.

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

10


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 9: Biểu đồ lực cản yêu cầu theo vận tốc của máy bay lượn thiết kế

Hình 10: Biểu đồ công suất yêu cầu theo vận tốc của máy bay lượn thiết kế

Ứng với vận tốc bay là 12 m/s ở cao độ mực nước biển thì hệ số lực nâng và lực cản của mơ
hình máy bay lượn thiết kế có giá trị lần lượt là 0.37 và 0.034. Tỉ số CL/CD đạt được trong
trường hợp này là 11. Lực cản yêu cầu của máy bay lượn ở vận tốc bay 12 m/s sẽ là 0.8 N =
82 grams lực. Với lực cản yêu cầu này thì chong chóng đẩy cho mơ hình có thể dùng là
chong chóng APC Thin E 8x6; APC Thin E 9x6 hoặc các dịng chong chóng Master Airscrew
Electric có cùng thơng số. Loại động cơ điện phù hợp là Emax 2215/20 với bộ điều tốc
(ESC) khoảng 30A.
Với các đặc tính lực cản vừa phân tích ở trên, mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m thiết
kế có tỉ số lực nâng – lực cản lớn nhất khoảng (CL/CD)max = 16. Ứng với tỉ số này góc lượn
nhỏ nhất của mơ hình đạt được ở trạng thái bay lượn là 3.55 độ. Theo đó, nếu đang ở cao độ
100 m so với mặt đất mơ hình máy bay lượn thiết kế có thể thực hiện được quãng đường lượn
xa nhất trong điều kiện khơng có gió là 1.6 km [12].
Và nếu cũng ở cao độ trên, mơ hình máy bay lượn thiết kế sẽ có thể ở trên khơng lâu nhất
tính từ cao độ 100 m đến mặt đất là khoảng 4 phút [12].
Trong trường hợp mơ hình máy bay lượn thực hiện bay lượn vịng khơng thay đổi cao độ
ở vận tốc bay bằng 12 m/s với góc lượn là 30 độ thì vận tốc lượn (Vt) của mơ hình phải đạt
tối thiểu là 12×sqrt(sec(30o)) = 12.9 m/s, và bán kính lượn (R) khi đó của mơ hình là 25.4 m,
vận tốc góc lượn (ω) của mơ hình đạt 0.47 rad/s (điều đó có nghĩa là mơ hình phải cần đến ít
nhất 13 s để thực hiện hết một vòng lượn). Bảng 5 dưới đây thể hiện tương quan giữa góc

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

11


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

lượn của mơ hình đến các thành phần khác của chuyển động lượn tại vận tốc bay bằng của
mơ hình bay là 12 m/s.
Bảng 5: Đặc tính của mơ hình bay thiết kế trong chuyển động bay lượn giữ cao độ

Góc lượn
(độ)

Bán kính
lượn (m)

Vận tốc
lượn (m/s)

Vận tốc góc
lượn (rad/s)

Thời gian lượn
hết 1 vịng (s)

20o

40.3

12.4

0.3

21.1

30o

25.4

12.9

0.47

13.0

40o

17.5

13.7

0.68

9.2

o

12.3

15.0

0.97

6.4

o

8.5

17.0

1.42

4.4

50
60

III.4. Xây dựng mơ hình thiết kế 3D của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m
Do đặc thù của mơ hình bay điều khiển từ xa dùng động cơ điện là vận tốc thiết kế thấp
(từ 10 m/s đến 25 m/s), khối lượng cất cánh của mơ hình nhỏ (từ vài trăm grams đến vài
kilograms), sãi cánh từ 1 m đến 3 m nên q trình thiết kế chi tiết của mơ hình bay được xây
dựng chủ yếu dựa trên các kích thước thiết kế của quá trình thiết kế sơ bộ (xem Bảng 2), việc
lựa chọn vật liệu chế tạo và các mơ hình mẫu chuẩn về kết cấu cánh của mơ hình bay.
Với lựa chọn vật liệu sử dụng cho cánh là gỗ Balsa 2 mm và ván ép 2 mm, mơ hình mẫu
kết cấu cánh của mơ hình bay gồm hai “wing-spar” được đặt một ở vị trí một phần tư dây
cung cánh, một ở vị trí ba phần tư dây cung cánh; các “wing-rib” được bố trí mật độ tập trung
nhiều ở gốc cánh và giảm dần về phía mũi cánh (khoảng cách giữa hai “wing-rib” nằm trong
khoảng từ 25 ÷ 50 mm ở vùng gần gốc cánh; trong khoảng từ 100 ÷ 125 mm ở vùng gần mũi

cánh); có thể dùng các ống carbon (đường kính từ 4 ÷ 6 mm) hoặc các ống nhơm (đường kính
từ 10 ÷ 22 mm) và dùng gỗ ván ép ở vùng gốc cánh để gia tăng độ cứng uốn cho cánh. Để
chống xoắn cánh, đặc biệt là ở các mơ hình bay có tỉ số “aspect ratio, AR” lớn (AR từ 10 trở
lên), gỗ balsa 2 mm được chọn dùng để ốp bề mặt cánh. Hình 11 thể hiện kết cấu cánh thiết
kế của mơ hình máy bay lượn dưới dạng bản vẽ 2D.

Hình 11: Thiết kế chi tiết kết cấu cánh của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Thực tế cho thấy thiết kế kết cấu cánh của mơ hình máy bay lượn ở dạng 2D gặp rất
nhiều hạn chế về khả năng biểu đạt các ý tưởng thiết kế. Điều này dẫn đến nhiều phát sinh
trong quá trình chế tạo. Thêm nữa rất khó có thể đánh giá được khối lượng kết cấu cánh từ
bản vẽ 2D trên. Và do đó việc xây dựng mơ hình thiết kế chi tiết ở dạng bản vẽ lắp 3D có ý
nghĩa quan trọng trong quá trình thiết kế.
Phần mềm AutoCAD được chọn sử dụng trong bài viết này. Đây là phần mềm vẽ thiết
kết 2D/3D của hãng AutoDesk. Theo ý kiến cá nhân của tác giả, AutoCAD là phần mềm thiết
kế đồ họa phổ biến hiện nay ở Việt nam, thêm nữa AutoCAD rất dễ tự học thông qua các
giáo trình [4]. Mơ hình thiết kế 3D/AutoCAD của cánh mơ hình máy bay lượn dùng động cơ
CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

12


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

điện có sãi cánh 1.8 m được thể hiện ở Hình 12, trong đó hình 12.a. thể hiện mơ hình 3D
hồn chỉnh của cánh; hình 12.b. thể hiện mơ hình 3D kết cấu cánh chi tiết của Hình 11; và
hình 12.c. thể hiện phần kết cấu ở phần gốc cánh với vật liệu là ván ép 2 mm và các ống
carbon gia cường khả năng chịu uốn cánh.
Kết cấu thân của mơ hình máy bay lượn đảm nhiệm vai trị chính là đảm bảo độ bền cho
việc lắp cánh, cụm đuôi, cũng như chứa các thiết bị điện tử phục vụ cho việc điều khiển mơ

hình bay (servo, ESC, pin Lipo, bộ nhận tín hiệu, động cơ điện). Một điểm cần chú ý nữa là
thân của mơ hình máy bay lượn thường có hình dạng khí động giúp giảm lực cản, đảm bảo
khả năng duy trì thời gian trên khơng của mơ hình bay trong điều kiện có gió. Và do đó, thân
của mơ hình máy bay lượn thường có diện tích mặt cắt ngang thân nhỏ, tiết diện trịn. Để có
thể đáp ứng được các yếu tố trên, tác giả dùng ván ép 2 mm để tạo các tiết diện ngang thân,
tạo các đường sườn dọc thân; dùng gỗ balsa 2 mm để ốp vỏ cho thân (xem Hình 13).

Hình 12: Mơ hình thiết kế 3D của cánh mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 13: Mơ hình thiết kế 3D của thân và cụm đi của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Cụm đi của mơ hình máy bay lượn thiết kế đảm nhiệm vai trò giữ ổn định dọc và ổn
định hướng cho mơ hình bay. Bánh lái độ cao được thiết kế có diện tích phù hợp, giúp đảm

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

13


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

bảo khả năng điều khiển ngóc/chúi cho mơ hình. Gỗ balsa 3 mm được chọn để chế tạo cụm
đi của mơ hình máy bay lượn (xem Hình 13).
Tương tự mơ hình thiết kế 3D của cánh, mơ hình thiết kế 3D của thân và cụm đi của
mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện có sãi cánh 1.8 m, được xây dựng trên AutoCAD,
đã giúp người thiết kế diễn tả đầy đủ các ý tưởng thiết kế (Hình 13.b.), đồng thời có được cái
nhìn “thực” của kết cấu thân, cụm đi trước khi chế tạo (Hình 13.a).
Hình 14 thể hiển mơ hình thiết kế 3D ở dạng lắp hồn chỉnh các bộ phận của mơ hình
máy bay lượn sải cánh 1.8 m (trong trường hợp này, lớp vỏ ốp balsa 2 mm của cánh và thân
trong mô hình được chuyển sang dạng khơng nhìn thấy để có thể quan sát được chi tiết kết

cấu bên trong).
Trên cơ sở của mơ hình thiết kế 3D hồn chỉnh, việc đánh giá lại các thông số thiết kế
liên quan đến khối lượng, vị trí trọng tâm, moment quán tính khối lượng của mơ hình máy
bay lượn có sãi cánh 1.8 m có thể được thực hiện dễ dàng với độ tin cậy cao.

Hình 14: Mơ hình thiết kế 3D hồn chỉnh của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

III.5. Đánh giá thơng số thiết kế từ mơ hình thiết kế 3D
Việc đánh giá lại khối lượng của mô hình bay từ mơ hình thiết kế 3D được thực hiện khi
xác định được vật liệu sử dụng. Đối với mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện có sãi cánh
1.8 m, vật liệu sử dụng là gỗ balsa 2 mm/3 mm/5 mm có khối lượng riêng là 150 kg/m3; gỗ
ván ép 2 mm có khối lượng riêng là 753 kg/m3; delcal dùng để phủ mơ hình bay có khối
lượng là 125 g/m2; ống carbon gia cường có khối lượng riêng khoảng 1528 kg/m3.

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

14


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Bảng 6: Bảng Excel đặc tính khối lượng của từng thành phần của mơ hình máy bay lượn thiết kế

Nhờ vào tính năng xác định thể tích, trọng tâm, moment quán tính khối lượng của các
khối rắn trong AutoCAD nên các thông số thiết kế ban đầu của mơ hình máy bay lượn sãi
cánh 1.8 m được tính lại nhanh chóng từ thiết kế 3D thơng qua tập tin thống kê Excel đặc tính
khối lượng của từng thành phần của mơ hình bay (xem Bảng 6). Kết quả phân tích từ bảng
Excel cho thấy khối lượng của mơ hình máy bay lượn là 836 grams (thấp hơn 1.65% so với
khối lượng sơ bộ là 850 grams), vị trí trọng tâm ứng với phân bố tải trọng như trong mơ hình
thiết kế 3D hiện tại là 24.79% (so với trọng tâm thiết kế sơ bộ là 25%); các moment qn tính

khối lượng quanh ba hệ trục của mơ hình bay lần lượt là Ixx = 0.05656 kg.m2; Iyy = 0.02475
kg.m2; Izz = 0.08089 kg.m2.
Khối lượng của mơ hình máy bay lượn tính từ thiết kế 3D chưa xét đến khối lượng của
phần keo dán, và một số khối lượng phát sinh khác trong quá trình chế tạo. Theo kinh nghiệm
của tác giả, phần khối lượng gia tăng này thường trong khoảng 5% khối lượng ước tính từ
thiết kế 3D. Và do đó, đối với mơ hình máy bay lượn, khối lượng chế tạo sẽ nằm trong
khoảng 878 grams, nằm trong vùng khối lượng ước lượng sơ bộ ban đầu. Trọng tâm của mơ
hình bay đạt được từ thiết kế 3D là trong vùng trọng tâm thiết kế ban đầu. Mơ hình thiết kế
3D hiện tại (xem Hình 14) sẽ là cơ sở để bố trí các thiết bị lên mơ hình bay ở giai đoạn chế
tạo.
Một kết quả giá trị khác thu được từ mơ hình thiết kế 3D là khoảng cách ZCG từ trọng
tâm của mơ hình bay đến đường dọc thân (trong trường hợp này ZCG là – 12.88 mm). Điều
này cho thấy trọng tâm hiện tại của mơ hình bay đang nằm trên so với đường dọc thân (hay
nói cách khác, đường lực đẩy chong chóng của mơ hình bay đang nằm dưới trọng tâm một
khoảng 12.88 mm theo trục Oz). Do đó, cần điều chỉnh góc đặt động cơ điện của mơ hình
máy bay lượn theo hướng ngóc xuống một góc khoảng 2o ÷ 3o để phương của đường lực đẩy
nằm vùng lận cận của trọng tâm.
III.6. Xuất bản vẽ chế tạo và chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m
Một khi các thông số thiết kế đã được xác thực từ mơ hình thiết kế 3D, việc xuất bản vẽ
chế tạo mơ hình từ thiết kế 3D được tiến hành dễ dàng và nhanh chóng. Hiện nay, đa phần
các máy cắt laser dùng để chế tạo mơ hình đều tương thích với các tập tin ở định dạng DXF
của AutoCAD. Đây cũng là một lợi thế của AutoCAD so với các chương trình vẽ thiết kế
khác.

CN. đề tài: TS. Ngơ Khánh Hiếu

15


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 15: Bản vẽ cắt cánh xuất từ mơ hình thiết kế 3D

Hình 16: Mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m sau khi được chế tạo hồn chỉnh

Hình 15 dưới đây thể hiện bản vẽ cắt “wing-rib” của kết cấu cánh của mơ hình máy bay
lượn có sãi cánh 1.8 m, bản vẽ này được thiết lập dựa trên kích thước của tấm gỗ balsa 2 mm
và khổ cắt của máy cắt laser hiện có ở phịng thí nghiệm Hàng khơng, nhà C1, Trường Đại
học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh. Cụ thể, kích thước balsa là 80×1000×2 mm; khổ cắt của
máy cắt laser là 600×400 mm.
Hình 16 thể hiện mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện có sãi cánh 1.8 m sau khi đã
được chế tạo hoàn chỉnh. Kết quả cân tải khối lượng và vị trí trọng tâm từ [10] cho thấy khối
lượng của mơ hình máy bay lượn sau khi chế tạo hoàn chỉnh là 870 grams ± 10 grams; vị trí
trọng tâm nằm trong vùng thiết kế ban đầu (xem Hình 17).

Hình 17: Cân tải và xác định vị trí trọng tâm của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

16


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

III.7. Bay thử nghiệm mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m
Việc bay thử nghiệm được tiến hành tại sân Phong Phú, Bình Chánh. Mơ hình máy bay
lượn sải cánh 1.8 m thiết kế sử dụng chong chóng Dynam 9x6, 3 cánh; bộ điều tốc (ESC)
TowerPro H40A; pin Lipo 3S Turnigy 20C 2200 mAh.
Để giúp đánh giá kết quả bay thử nghiệm, bộ lưu trữ dữ liệu bay E-logger V4 của hãng
Eagle Tree [13] với cảm biến định vị GPS, cảm biến RPM của động cơ và cảm biến Gyro 3

trục được tích hợp trên mơ hình máy bay lượn. Một camera quan sát của hãng Turnigy cũng
được gắn lên mơ hình bay phục vụ mục đích quan sát (xem Hình 18). Khối lượng cất cánh
của mơ hình có sự gia tăng do các thiết bị tích hợp, khối lượng cất cánh lúc này lên đến
khoảng 950 grams.

Hình 18: Camera Turnigy được tích hợp ở phần mũi của mơ hình bay

Kết quả bay thử nghiệm cho thấy dù có tải gia tăng do các thiết bị khảo sát tích hợp
nhưng mơ hình máy bay lượn thiết kế vẫn bay tốt, khả năng kiểm soát điều khiển và giữ ổn
định tốt. Mơ hình máy bay lượn được cất cánh dễ dàng bằng cách phóng trực tiếp (xem Hình
19) và hạ cánh xuống vùng cỏ lau hay vùng đất mềm (xem Hình 20). Thời gian bay với pin
Lipo 3S của Turnigy 20C 2200 mAh lên đến hơn 7 phút. Đây là mức thời gian lâu đáng kể so
với các mơ hình bay cánh bằng khác sử dụng thiết bị điện và động cơ tương tự (thông thường
thờ gian bay khoảng 5 phút). Nếu sử dụng pin Lipo 3S có chất lượng cao hơn thì khả năng
bay của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m hồn tồn có thể lên đến 15 phút ÷ 20 phút.

Hình 19: Cất cánh mơ hình máy bay lượn bằng cách phóng trực tiếp

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

17


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 20: Mơ hình máy bay lượn hạ cánh trên vùng cỏ lau

Hình 21: Mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m khi bay thử nghiệm

Hình 22 dưới đây thể hiện dữ liệu vận tốc GPS của mơ hình máy bay lượn và RPM của

chong chóng trong suốt q trình bay thử nghiệm. Dữ liệu này có được nhờ bộ lưu trữ Elogger V4 của hãng EagleTree. Theo đó, mơ hình máy bay lượn thiết kế trong trường hợp
mang camera và thiết bị khảo sát lưu trữ vẫn có thể bay bằng tốt ở vận tốc 12 m/s, vận tốc
cao nhất có thể đạt được của mơ hình là 21.5 m/s (78 km/h) ứng với RPM của chong chóng là
khoảng 10 000 vịng/phút.

CN. đề tài: TS. Ngơ Khánh Hiếu

18


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Hình 22: Dữ liệu vận tốc GPS của mơ hình máy bay lượn và RPM của chong chóng

Hình 23 thể hiện quỹ đạo bay từ Google Earth của mơ hình máy bay lượn trong q trình
bay thử nghiệm.

Hình 23: Quỹ đạo bay của mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m trên Google Earth

IV.

Kết luận và hướng phát triển của đề tài
Thơng qua q trình thiết kế chế tạo hồn chỉnh mơ hình máy bay lượn dùng động cơ
điện có sãi cánh 1.8 m được trình bày trong bài viết này, việc ứng dụng phần mềm vẽ thiết kế
vào thiết kế mơ hình bay là rất hữu ích. Điều này đã giúp cải thiện đáng kể các nhược điểm
của quy trình thiết kế truyền thống, cụ thể: (1) giúp thể hiện được đầy đủ ý tưởng của người
thiết kế, nhờ đó có thể quan sát được mơ hình trước khi chế tạo và hỗ trợ khả năng chỉnh sửa
thiết kế dễ dàng; (2) giúp ước lượng tốt khối lượng chế tạo của mơ hình, nhờ đó đánh giá
khối lượng thiết kế sơ bộ ban đầu mà không cần chờ đến khi chế tạo mơ hình hồn chỉnh, qua
đó rút ngắn thời gian thiết kế mơ hình, giảm chi phí chế tạo; (3) nhờ vào thiết kế 3D, việc

phân bố các tải thiết bị trên mơ hình bay để đưa trọng tâm của mơ hình về vùng trọng tâm
CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

19


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

thiết kế có thể được tiến hành nhanh chóng trên máy tính, và kết quả phân bố sẽ là cơ sở để
tiến hành lắp các thiết bị khi mơ hình được chế tạo hồn chỉnh; (4) các kết quả phân tích về
moment quán tính khối lượng và vị trí trọng tâm của mơ hình bay thu được từ thiết kế 3D có
ý nghĩa trong việc phân tích đặc tính đáp ứng của mơ hình bay, cũng như xác định góc đặt
động cơ; (5) nhờ vào thiết kế 3D mà việc xuất bản vẽ thiết kế sang các thiết bị gia công trở
nên dễ dàng, đây cũng là xu hướng phổ biến hiện nay trong lĩnh vực thiết kế/chế tạo mơ hình
bay.
Từ thực tế áp dụng cho mơ hình máy bay lượn có sãi cánh 1.8 m, quy trình thiết kế/chế
tạo mơ hình bay ứng dụng phần mềm vẽ thiết kế 3D đề xuất trong bài viết này (xem Hình 2)
có thể được áp dụng cho mọi thiết kế mơ hình bay. Hơn nữa, quy trình trên cịn cho phép phát
triển hoàn thiện bằng cách kết hợp với các nghiên cứu chuyên sâu về đặc tính khí động lực
học, về kết cấu thông qua việc xuất bản vẽ thiết kế 3D sang các chương trình phân tích đặc
thù của các lĩnh vực trên. Đây cũng sẽ là hướng phát triển trong thời gian sắp tới của tác giả
nhằm hướng đến chuẩn hóa quy trình thiết kế/chế tạo mơ hình bay phục vụ cho các nhu cầu
nghiên cứu trong Trường Đại học, và nhu cầu dân sinh.
Từ các dữ liệu lưu trữ trong q trình bay, việc phân tích ngược các đặc tính bay có thể
được thực hiện. Đây cũng là hướng phát triển phần nhận dạng đặc tính mơ hình bay mà tơi và
nhóm nghiên cứu của mình đang xúc tiến. Hình 24 và Hình 25 dưới đây thể hiện đặc tính bay
lượn vịng với bán kính lượn có thể xác định được; đặc tính bay lượn tắt động cơ (khi đó mơ
hình duy trì vận tốc bay bằng cách giảm cao độ bay cho đến khi mơ hình tiếp đất).

Hình 24: Xác định bán kính lượn từ dữ liệu bay thực nghiệm

Hình 25: Khảo sát đặc tính bay lượn từ dữ liệu bay thử nghiệm

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

20


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Tơi và nhóm nghiên cứu đã thiết kế chế tạo dù dành cho mơ hình bay cánh bằng trong
trường hợp mang các thiết bị dùng để hạ cánh khẩn cấp. Dù được chế tạo từ loại vải chuyên
dụng có thể mang được tải trọng từ 2 kg trở xuống. Dù có thể xếp gọn lại và có khối lượng
khoảng 70 grams. Dù đã được triển khai thử nghiệm trên mơ hình bay cánh bằng mang tải
trọng tối đa 300 grams có sải cánh 1.4 m [14].

Hình 26: Test dù trên mơ hình cánh bằng sải cánh 1.4 m mang tải trọng 300 grams

Mơ hình máy bay lượn dùng động cơ điện sải cánh 1.8 m đề xuất trong đề tài này hồn
tồn có thể phát triển hồn thiện với ứng dụng quan sát thám khơng. Mơ hình này trước hết
được thiết kế rất gọn nhẹ, có khả năng tháo lắp và mang vát dễ dàng. Kế tiếp, nhờ vào tính
năng cất cánh trực tiếp bằng cách phóng, hạ cánh trên vùng cỏ, đất mềm nên mơ hình này có
thể hoạt động hầu như trên mọi địa hình (đặc biệt là các vùng rừng, khu sinh thái, khu bảo tồn
thiên nhiên…). Trong điều kiện có gió, mơ hình có thể duy trì thời gian bay bằng cách tắt
động cơ và bay ở chế độ lượn, nhờ đó gia tăng đáng kể thời gian bay so với các mơ hình cánh
bằng khác. Đây cũng sẽ là ứng mở rộng thiết kế mà tơi và nhóm sẽ triển khai sắp tới.
Cuối cùng, tôi cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về
kinh phí cho tơi thực hiện và hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường này. Nhờ
vào nguồn kinh phí này, đề tài đã mở ra cho tôi rất nhiều ý tưởng khác, cũng như nhiều kinh
nghiệm thiết kế/chế tạo mô hình bay. Và kết quả là từ đề tài này, một nhóm mơ hình bay do

tơi hướng dẫn đã được thành lập, rất nhiều thế hệ sinh viên Hàng không đã trưởng thành từ
nhóm mơ hình này.

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

21


Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay lượn sải cánh 1.8 m

Tài liệu tham khảo
[1] Edi Sofyan, “Identification of Model Aircraft Dynamic Using Flight Testing”, Luận văn
Thạc sĩ chuyên ngành Hàng khơng, Viện Kỹ thuật Hồng gia Melbourne, Úc, 09/1996.
[2] Estimation of moment of inertia: www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=138370
[3] Robert C. Nelson, “Flight Stability and Automatic Control”, 2nd ed., University of Notre
Dame, 1998.
[4] Nguyễn Hữu Lộc, “Sử dụng AutoCAD 2008”, Nhà xuất bản Thành phố Hồ Chí Minh,
1018 trang, 2007.
[5] “Balsa Wood Core Material”, Balsaflex
/>[6] Aircraft Plywood: www.misterplywood.com.au/products/plywood/aircraft-plywood
[7] HobbyKing: www.hobbyking.com
[8] Alibaba: www.alibaba.com
[9] Ngơ Khánh Hiếu, “Mơ hình máy bay điện giá rẻ dành cho người mới tập chơi máy bay
RC”, Hội nghị Khoa học và Công nghệ lần thứ 12, Đại học Bách khoa Tp. HCM,
28/10/2011.
[10] Phạm Bá Sơn, “Initial Flight Test of the RC Model Aircraft using Electric Motor”, Luận
văn Đại học chuyên ngành Hàng không, PFIEV-2007, Đại học Bách khoa Tp. HCM,
07/2012.
[11] Ước lượng lực cản máy bay: />[12] Ngô Khánh Hiếu, bài giảng Cơ học bay 1
[13] EagleTree E-logger V4: />[14] Ngơ Khánh Hiếu, Bùi Khắc Huy, “Mơ hình máy bay điện điều khiển từ xa mang tải

trọng hữu ích tối đa 300 grams”, Hội nghị lần 4 của AUN/SEED-Net, ngày 1011/01/2012, Tp. Hồ Chí Minh.

CN. đề tài: TS. Ngô Khánh Hiếu

22


CỘNG HỒ XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
HI

LÝ LỊCH KHOA HỌC
CỦA CÁ NHÂN ĐĂNG KÝ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI/DỰ ÁN
Họ và tên: NGÔ KHÁNH HIẾU
Sinh ngày: 18/04/1978
Dân tộc: Kinh
Quốc tịch: Việt nam
Quê quán: Gị Cơng Tây, Tiền Giang
Địa chỉ thường trú: 75A Đặng Dung, P. Tân Định, Q. 1, Tp. HCM
Điện thoại nhà riêng:
Fax:
Email:
Chức danh: Cán bộ giảng dạy
Năm được phong: 2001
Học vị: Tiến sĩ
Năm đạt học vị: 2008
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Khoa: Kỹ thuật Giao thơng
Bộ mơn: Kỹ thuật Hàng không
Cơ quan làm việc: Đại học Bách khoa Tp. HCM

Địa chỉ cơ quan: 268 Lý Thường Kiệt, Q. 10, Tp. HCM
Điện thoại cơ quan:
Fax:
Chức vụ hiện tại: Cán bộ giảng dạy
Hướng nghiên cứu:
•

•
•
•

•

Phân tích thiết kế thiết kế hệ điều khiển
Lập trình đa nhiệm trong hệ điều khiển
Lập trình đồ họa trong thiết kế hệ điều khiển
Đặc tính ổn định bay và điều khiển bay của máy bay
Ứng dụng hệ điều khiển vào điều khiển bay tự động trên máy bay

Q trình đào tạo
Bậc đào tạo

Chun mơn

Năm tốt nghiệp
2001

Đại học

ĐH Bách khoa Tp. HCM

Kỹ thuật Hàng không

Thạc sỹ

ENSMA (Pháp)

Cơ học

2002

Tiến sỹ

LISI/ENSMA – Poiters (Pháp)

Khoa học Máy tính

2008

Q trình cơng tác
Thời gian
(từ năm … đến năm)

I.

Nơi đào tạo

Vị trí cơng tác

Cơ quan công

tác
Đại học Bách
khoa Tp.HCM
Đại học Bách
khoa Tp.HCM

Địa chỉ cơ quan
268 Lý Thường Kiệt, Q.
10, Tp. HCM
268 Lý Thường Kiệt, Q.
10, Tp. HCM

Từ 2007 nay

Cán bộ giảng dạy cơ hữu

Từ 2004 đến 2010

Trưởng PTN Hàng khơng

Từ 2008 đến 2009

Bí thư Đồn thanh niên Khoa Đại học Bách
Kỹ thuật Giao thơng
khoa Tp.HCM

268 Lý Thường Kiệt, Q.
10, Tp. HCM

Từ 2001 đến 2007

Cán bộ giảng dạy hợp đồng
Trường

268 Lý Thường Kiệt, Q.
10, Tp. HCM

Đại học Bách
khoa Tp.HCM

Các cơng trình, bài báo đã được cơng bố trên Hội nghị, Hội thảo trong và ngồi nước: