MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU 2
1. Giới thiệu: 3
Chương 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 4
VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 4
2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và cơ sở hình thành đề tài 4
2.1.1 Các nghiên cứu đã thực hiện: 4
2.1.2 Cơ sở hình thành đề tài và mục tiêu nghiên cứu: 12
2.2 Cơ sở lý thuyết và phương án thiết kế: 13
2.2.1 Cơ sở lý thuyết: 13
2.2.2 Phương án thiết kế: 13
Chương 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 18
3. Thiết kế cơ khí: 18
3.1 Sơ đồ truyền động của máy bay và tính toán bộ truyền: 18
3.2 Thiết kế thân trên và thân dưới: 21
3.3 Thiết kế vỏ nhựa, chân đáp, đuôi và các phụ kiện 23
Chương 4: MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾT BỘ ĐIỀUKHIỂN CHO MÁY BAY 27
4. Mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển cho máy bay: 27
4.1 Mô hình hóa: 27
4.2 Thiết kế bộ điều khiển: 37
Chương 5: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN MẠCH ĐIỆN 44
5. Giải thuật điều khiển và phần mạch điện: 44
5.1 Giải thuật điều khiển tổng quát. 44
5.2 Mạch điện và lập trình: 45
5.3 Mô hình mạch điều khiển: 50
5.4 Mạch điện: 51
Chương 6: ĐÁNH GIÁ & NHẬN XÉT 54 Thi
ế

Nhóm 1 thực hiện

Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT3

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

Chương 1: GIỚI THIỆU
1. Giới thiệu:
Máy bay (phi cơ): phương tiện vận tải hay chiến đấu bay trên không nhờ động cơ.
Những máy bay đầu tiên được chế tạo để thực hiện ước mơ của con người di chuyển trên
mặt đất, chinh phục không gian. Tuy nhiên, ngày nay máy bay đóng vai trò không thể
thiếu trong kinh tế và quân sự. Mặt khác, giao thông vận tải hàng không là loại hình có độ

ệ
n t
ử

Nhóm HNTT4

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

Chương 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và cơ sở hình thành đề tài
2.1.1 Các nghiên cứu đã thực hiện:
 Ngoài nước
Ngay từ xa xưa, loài người đã ước mơ bay lượn được trên không trung như loài
chim, tuy đã có vô số lần thử và thất bại, người ta vẫn không từ bỏ giấc mơ này. Cho đến
đầu thế kỉ 20, anh em nhà Later đã chế tạo và thử nghiệm máy bay đầu tiên vào ngày
17/12 /1903. Sự kiện này đánh dấu một bước ngoặt lịch sử cho ngành hàng không – loài
người đã có chiếc máy bay đầu tiên điều khiển được.

Hình 1: Máy bay đầu tiên
Những năm sau đó, các nghiên cứu về máy bay liên tục được thực hiện. Trong đó,
máy bay trực thăng được phát nghiên cứu song hành cùng máy bay cánh cố định ngay từ
thế kỷ 19. Một loạt nhà kỹ thuật hàng không như Jan Bahyl, Oszkár Asbóth, Louis
Breguet, Paul Cornu, Emile Berliner,Ogneslav Kostovic Stepanovic và Igor Ivanovich
Sikorsky đã đưa ra thử nghiệm các mô hình máy bay trực thăng. Ngày 24 tháng
8 năm 1907 lần đầu tiên mô hình trực thăng bay lên được, nó do anh em Louis và Jacque
Thi

Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về máy bay trực thăng trên thế giới. Các nghiên
cứu rất đa dạng từ kết cấu cơ khí, biên dạng cánh quạt, giải thuật điều khiển…. Có thể liệt
kê một số mô hình nghiên cứu trên thế giới như sau:
1. Sơ đồ một cánh quạt nâng, một cánh quạt đuôi:
Đây là sơ đồ cơ bản của máy bay trực thăng. Sơ đồ gồm một cánh quạt chính để
nâng máy bay và một cánh quạt đuôi theo chiều thẳng đứng. Hình 2: Sơ đồ máy bay trực thăng một cánh quạt nâng, một cánh quạt đuôi
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT6

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT7

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

máy không cánh quạt đuôi này có hệ thống bơm khí chạy ra đuôi và được phụt ra theo
van tiết lưu. Sự tăng giảm lượng khí qua van tiết lưu này làm làm tăng giảm momen
chống quay này và điều khiển máy bay qua trái phải. Hiện nay, máy bay này còn đang rất
mới, chỉ có hãng MCDonnel Douglas áp dụng. Loại máy bay này còn được gọi là trực
thăng MD, sơ đồ trực thăng này hiện chưa có số liệu để đánh giá ưu nhược của sơ đồ này.

Hình 3: Sơ đồ một cánh quạt nâng, không cánh quạt đuôi
3. Sơ đồ hai cánh quạt nâng đồng trục.
Sơ đồ này sử dụng hai cánh quạt nâng đồng trục, không sử dụng cánh quạt đuôi. Sơ
đồ này còn có tên gọi Kamov theo tổ hợp thiết kế, chế tạo Kamov của Liên Xô.
Thi
ế
t k

- Tính cơ động cao, có thể rẽ hướng đột ngột, di chuyển lên, xuống, tiến lùi linh
hoạt.
- Vì không có cánh quạt đuôi nên hoạt động được trong thời tiết khắc nghiệt, đồng
thời kích thước nhỏ gọn
Nhược điểm:
- Hệ thống cánh phức tạp. Bản thân cánh quạt với hệ thống biến bước dùng cho
máy bay cân bằng đã phức tạp, kết hợp với hai cánh quạt đồng trục làm việc chế
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT9

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

tạo hệ thống trục cần độ chính xác cao. Bộ phận này cũng là bộ phận gặp rủi ri

hướng ta chỉ cần làm chênh lệch vận tốc quay của hai đĩa cánh quạt và thân máy bay quay
tương ứng theo chiều cánh quạt quay chậm hơn.
Ưu điểm:
- Hiệu suất cao, độ an toàn cộng hưởng, chống rung lắc tốt, không có công suất
phí phạm, sức nâng rất tốt nên thường được dùng làm cần cẩu bay.
Nhược điểm:
- Rất khó điều khiển và tính cơ động kém
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT11

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

5. Sơ đồ cánh quạt xoay hướng:


Nhóm HNTT12

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

 Trong nước:
Ở Việt Nam, nghiên cứu về lĩnh vực máy bay trực thăng còn khá mới mẻ. Ở lĩnh
vực dân sự, một số câu lạc bộ cũng thiết kế, chế tạo, thử nghiệm máy bay mô hình. Tuy
nhiên, các mô hình này được tập trung chủ yếu vào mảng máy bay cố định ( máy bay sử
dụng đường băng để cất cất). Các dạng nghiên cứu về quadcopter được thực hiện nhiều.
Tuy nhiên, nghiên về máy bay trực thăng rất hạn chế . Mặt khác, các mô hình này cũng
không chứng minh được phương án sử dụng, tính ổn định, giải thuật điều khiển cân bằng.
2.1.2 Cơ sở hình thành đề tài và mục tiêu nghiên cứu:
Máy bay trực thăng đã được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới và hiện nay đang phát
triển. Những nghiên cứu này cũng đang bắt đầu thực hiện ở Việt Nam. Mỗi phương án
thiết kế đều có ưu và nhược điểm riêng không thể thay thế. Tuy nhiên, bất kì phương án
thiết kế nào thì vấn đề đầu tiên cần giải quyết là tính cân bằng của máy bay. Để thực hiện
yêu cầu này cần có một giải thuật để điều khiển máy bay cân bằng và được kiểm nghiệm
bằng mô hình thực tế. Ở Việt Nam hiện nay chưa có báo cáo nào về kiểm nghiệm tính cân
bằng của máy bay trực thăng.
Nhằm nghiên cứu và học hỏi cách điều khiển một máy bay mô hình dựa trên các
kiến thức về mô hình hóa, khí động lực học, và các giải thuật điều khiển. Nhóm chúng tôi
quyết định chọn đề tài: nghiên cứu, thử nghiệm giải thuật điều khiển máy bay mô hình.
Mục đích thực hiện đề tài: thực hiện đề tài là công việc nhằm tạo ra một sản phẩm
được xem như là mô hình phục vụ cho học tập và nghiên cứu. Đồng thời, còn là việc vận
dụng các kiến thức để thử nghiệm trên một mô hình thực tế.
Mục tiêu của đề tài: là thực nghiệm giải thuật điều khiển trên một máy bay mô hình

nhỏ hơn, áp suất tĩnh lớn hơn mặt trên, lực nâng sẽ bằng tích của sự chênh áp với diện
tích mặt dưới cánh.

Hình 7: Áp suất khí giữa mặt trên và mặt dưới của máy bay
Vấn đề cân bằng momen động lượng
Máy bay là một vật thể cân bằng, nên khi cánh quạt chính quay sẽ sinh ra momen
động lượng, làm cho máy bay sẽ quay theo chiều ngược lại để cân bằng momen. Do đó,
để tránh hiện tượng trên, ta cần thiết kế hệ thống cân bằng nhằm triệt tiêu momen tác
động lên thân máy bay.
2.2.2 Phương án thiết kế:
Có rất nhiều phương án thiết kế được sử dụng trong máy bay trực thăng. Mỗi
phương án đều có ưu và nhược điểm riêng. Tuy nhiên, trong phần thiết kế máy bay trực
thăng phương án sử dụng và bố trí cánh quạt ảnh hưởng lớn đến tính dễ điều khiển, tính
cân bằng và khả năng linh hoạt của máy bay. Trong nội dung nghiên cứu này nhóm tác
giả tập trung vào các phương án thiết kế, bố trí cánh quạt cho máy bay. Mặt khác, mục
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử


th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT15

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

- Bay ngang sang phải: Cũng giống như nguyên lý trên, cánh quạt khi quay sang
phía bên trái trực thăng sẽ được làm nghiêng đi để tạo ra lực nâng mạnh hơn so với cánh
quạt phía bên phải. Kết quả là trực thăng sẽ bay ngang sang phải.
- Bay ngang sang trái: Tương tự như trên, nhưng cánh quạt bên phải sẽ được làm
nghiêng hơn.

Ưu điểm:
- Máy bay đổi hướng linh hoạt.
- Điều khiển dễ dàng.
Nhược điểm:
- Chế tạo đĩa swashplate quá phức tạp, ở mục đích mô hình đồ chơi thì không khả
thi.
- Giá thành cao.
 Phương án 2: Sử dụng hai cánh quạt nâng đồng trục kết hợp cánh tay đòn tay
đòn cân bằng và quạt đuôi để di chuyển.
Như đã nêu trong phần tổng quan, loại máy bay 2 cánh quạt nâng đồng trục ngoài

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Hình 9: Cơ cấu máy bay sử dụng hai quạt nâng đồng trục kết hợp cánh tay đòn cân bằng
và quạt đuôi để di chuyển.
Khi muốn thay đổi hướng của máy bay, ta sẽ điều chỉnh vận tốc tương đối của hai
cánh quạt chính. Lúc này, sự chênh lệch momen sẽ khiến máy bay qua trái, phải.
Tầng cánh trên còn có thể thay đổi góc tấn thông qua tay đòn Bell Hiller nhằm tạo
cân bằng cho máy bay cũng như bù trừ sai số chế tạo.

Hình 10: Cơ cấu Bell Hiller
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT17

ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT18

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

Chương 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
3. Thiết kế cơ khí:
Từ yêu cầu cần thiết cho mô hình ta thiết kế từng cụm của máy bay như sau:
1. Bộ phận tạo lực cho máy bay gồm và điều khiển máy bay ( cơ cấu tác động ):
cụm cánh quạt trục chính trên, dưới, cánh quạt đuôi.
2. Thân trên và thân dưới. Thân trên: gồm bệ đỡ động cơ, bánh răng và các trục
truyền động. Thân dưới: gồm đế gắn mạch điện, nguồn điện, cụm chân đáp.
3. Phần đuôi: giúp trực thăng thăng bằng, tối ưu về khí động học khi bay:
4. Cụm vỏ: tác động lên khí động học của máy bay và trang trí.
Vì khối lượng thiết kế tất cả các bộ phận trên máy bay rất lớn nên nhóm nghiên cứu
đưa ra các giả thuyết để đơn giản phần thiết kế. Các giả thuyết này được sử dụng từ các

2 động cơ độc lập thông qua 2 trục được lồng vào nhau. Tầng cánh trên được truyền động
bởi trục nhỏ trong khi tầng cánh dưới được truyền động bởi trục lớn. Thông qua một bộ
bánh răng trung gian nhằm giảm tốc, momen từ động cơ được truyền tới các trục cánh
quạt giúp tạo đủ lực nâng cho máy bay. Ngoài ra, cánh quạt đuôi còn được dẫn động bởi 1
động cơ độc lập lắp đồng trục, nhờ có cánh quạt đôi này mà máy bay mới có thề bay tới /
lui.
 Tính toán công suất động cơ:
Lấy kết quả từ mô hình thực tế khối lượng của máy bay: m = 50g. Do đó, ta cần
lực tối thiểu để nâng máy bay:
F =mg = 0,05.10 = 0,5N
Chọn hệ số an toàn 4 và các lực cản không khí, ta có lực nâng cần tạo trên hai cánh
quạt của máy bay là 4N.
Với lực trên tương ứng cánh quạt trực thăng quay với vận tốc 8000 v/ph (vận tốc
cánh được tham khảo từ các mô hình máy bay thực tế).
Vậy vận tốc dài của cánh quạt nâng là:
3
.85.10 .2.8000
0,0712 /
60000 60000
dn
v m s
 

  
( với chiều dài cánh máy bay là 85mm)
Giả sử lực tác dụng lên 2 tầng cánh là như nhau. Vậy lực nâng tác dụng lên 1 tầng
cánh là 2N.
Thi
ế
t k


  
Dựa vào lược đồ động của máy bay ta xác định hiệu suất hệ thống truyền động:
- Hiệu suất ổ trượt: η = 0,97
- Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ để hở: η = 0,93
Hiệu suất chung cả hệ thống:

2 2 2 2
1 2
. 0,97 .0,93 0,814
  
  
Công suất mà động cơ cần:

3
/ 0,1424.10 / 0.814 0,175 0,2
dc ct
P P


    mW
Chọn tỉ số truyền của máy bay của các cặp bánh răng truyền động như sau: z12 = 2,
z34 = 3, vậy tỉ số tuyền từ động cơ đến trục z = 6.
Chọn số răng z1 = 8, z21 = 16; z22 = 7, z3 = 21.
Chọn modun m = 0.25, ta có khoảng cách trục như sau:
Khoảng cách trục động cơ và trục 1: 3mm
Khoảng cách trục 1 đến trục 2: 4mm
Vậy khoảng cách giữa 2 tâm động cơ là 24 mm.
Thi
ế

Hình 13: Bệ đỡ động cơ

 Xác định kích thước lắp giữa bệ đỡ động cơ và các tấm khung để từ đó xác định sơ
bộ kích thước các tấm khung.
Sau khi xác định cách kích thước lắp giữa bệ đỡ động cơ và các tấm khung, ta tiến
hành thiết kế biên dạng của các tấm khung. Khung trong và khung ngoài được thiết kế
như sau:
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT22

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
Nhóm HNTT23

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến

Sau khi thiết kế ta có mô hình đế lắp mạch điện như sau:

Hình 16: mô hình đế lắp mạch điện
Mô hình thân hoàn chỉnh (chưa lắp chân đáp)

Hình 17: Mô hình thân máy bay hoàn chỉnh 3.3 Thiết kế vỏ nhựa, chân đáp, đuôi và các phụ kiện
Đuôi giúp trực thăng thăng bằng, đồng thời là nơi gắn các phụ kiện giúp trực thăng
tối ưu về khí động học khi bay.
Vỏ nhựa không chỉ giúp máy bay đẹp và nó còn có vai trò quan trọng giúp máy bay
có hình dáng khí động hay không. Vỏ máy bay thiết kế tối ưu giúp giảm lực cản lên máy
bay đồng thời giúp máy đổi hướng dễ dàng.
Thi
ế
t k
ế

h
ệ

th


th
ố
ng cơ đi
ệ
n t
ử

Nhóm HNTT25

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Hình 19: Vỏ nhựa
Hình 20: Chân đáp