Hiểu về phát minh máy bay – 10 vạn câu hỏi vì sao?

Hiểu về phát minh máy bay – 10 vạn câu hỏi vì sao?

Tại sao máy bay tàng hình có thể tàng hình?

Máy bay tàng hình là loại máy bay chiến đấu quân sự được thiết kế dựa trên kỹ thuật tàng hình. Chỉ có điều, sự “Tàng hình” của máy bay tàng hình chỉ là cách nói ví von mà không có nghĩa là mắt thường không thể nhìn thấy nó, mà chỉ là tàng hình đối với sóng của rađa.

Chùm sóng điện từ do rađa phát ra có một đặc điểm: Chỉ khi chùm phản xạ mà nó sinh ra men theo hướng chiếu của chùm song nên bị ăngten của rađa thu được, đồng thời trên màn huỳnh quang của rađa hiện lên một điểm sáng. Mặt cắt tán xạ của rađa trên máy bay càng nhỏ thì tỉ lệ thu được hình ảnh của nó trên rađa càng nhỏ. Mặt cắt tán xạ rađa của máy bay ném bom tàng hình R – 117A do Mỹ chế tạo chỉ từ 0,01 m2, chỉ là 0,01 ~ 0,1%, do vậy nó giống như tàng hình thực sự, có thể vượt qua kiểm soát của mọi ra đa.

Máy bay tàng hình có thể tàng hình được là do áp dụng một loạt các kỹ thuật tàng hình cao cấp và hiện đại nhất, trong đó bao gồm tàng hình phần khung và vỏ ngoài máy bay, vật liệu sơn ngoài làm tàng hình bề mặt, ngoại hình có kết cấu tàng hình, kỹ thuật làm giảm bức xạ hồng ngoại, kỹ thuật giảm thanh, kỹ thuật nhiễu điện tử. Vật liệu chế tạo làm tàng hình vỏ ngoài và khung máy bay có nhiều loại, trong đó được dùng nhiều nhất là nguyên liệu phức hợp bằng vật liệu cacbon trộn nhựa cây, nguyên liệu phức hợp cacbua silic tăng thêm nhựa cây. Những loại vật liệu phức hợp này có tính chất cứng, trọng lượng nhẹ, có thể hấp thụ được sóng rađa. Máy bay ném bom tàng hình B – 2 của Mỹ ở lớp vỏ ngoài còn sử dụng vật liệu kiểu tổ ong làm lớp vải vót để nâng cao hơn khả năng hấp thụ sóng rađa. Để thu được hiệu quả tàng hình cao nhất, toàn bộ bề mặt ngoài máy bay còn sơn một lớp sơn tàng hình bằng bột mịn Niken Coban hoặc kim loại và kim loại đã oxy hoá. Lớp sơn này có thể làm tổn hao sóng rađa chiếu xạ lên làm nó bị hấp thụ, có tác dụng làm trong sóng; Còn có một chất liệu muối kiềm có thể nhanh chóng chuyển sóng rađa chiếu tới thành nhiệt năng mà không sinh ra sóng phản xạ.

Ngoài vận dụng các chất liệu tàng hình, máy bay tàng hình còn có một mấu chốt quan trọng là: Kết cấu ngoại hình đặc biệt của nó cũng có thể tàng hình. Thông thường, thân máy bay có hình trụ tròn và thân, cánh, đuôi tạo thành một kết cấu liên tiếp, đều có thể làm cho sóng rađa sinh ra quay trở lại rađa và thu sóng phản xạ của ăngten. Các nhà thiết kế máy bay tàng hình đã phát hiện ra rằng nếu biến đổi hình trụ tròn của thân máy bay thành hình mặt cắt, hình chóp, chóp nhọn, hoặc biến phần tiếp nối giữa cánh và thân thành hình ống tròn, tạo thành hình máy bay đặc thù có sự hoà hợp giữa thân và cánh, bỏ đi phần đuôi cánh, thay đổi sử dụng phần đuôi chữ V lệch, thân và cánh không bố trí giá treo đạn đạo… thì đều có thể phá vỡ tác dụng của sóng phản hồi do rađa sinh ra, làm cho sóng phản hồi đó yếu đi, thậm chí hầu như không có. Máy bay tàng hình F – 117 A và B – 2 là sự tống hợp thiết kế của những đặc điểm trên. Máy bay ném bon tàng hình B – 2 có cánh dài 52,43 m, thân dài 21 m, loại máy bay lớn như thế mà mặt cắt tán xạ chỉ có 0,05m2, hiệu quả tàng hình rất cao.

Do thiết bị tìm kiếm máy bay ngoài rađa còn có máy tìm kiếm hồng ngoại, nên máy bay tàng hình ngoài nhiệm vụ tàng hình với rađa còn phải tàng hình với máy thăm dò hồng ngoại. Phương pháp là bố trí miệng nhận và thoát khí của động cơ máy bay ở phần đỉnh của máy bay và tại lỗ thoát khí lại lắp đặt máy thải khí và thiết bị hút nhiệt để thải nguồn nhiệt ở miệng động cơ, không để máy thăm dò hồng ngoại trên mặt đất dò được bức xạ hồng ngoại của máy bay. Còn về tiếng ồn do máy bay sinh ra trong quá trình bay, có thể giải quyết thông qua thiết bị hút âm hoặc thiết kế một loại động cơ có âm thanh rất nhỏ.

Tại sao máy bay trực thăng lại có thể làm được điều đó?

Máy bay trực thăng cần một lực bay để thằng được trọng lực của chính nó thì mời có thể bay vào bầu trời được. Lực bay của máy bay trực thăng được sinh ra bởi cánh quạt quay trên nóc máy bay. Khi máy bay dừng lại, cánh quạt vẫn không ngừng chuyển động và sinh ra lực bay tương phản cân bằng với trọng lực mà nó nhận được. Vì thế, máy bay trực thăng không tiến mà cũng chẳng lùi, không lên cao mà cũng không hạ xuống, dừng lại một cách vững vàng giữa bầu trời.

Phải chăng chỉ có máy bay trực thăng mới có thể hạ cánh thẳng đất?

Ưu điểm lớn nhất của máy bay trực thăng là không cần đường băng để cất cánh hay hạ cánh, chỉ cần thông qua chuyển động trực tiếp cất cánh hay hạ cánh, điều này các máy bay khác không thể có được. Tuy nhiên, trong gia đình đông đúc các loại máy bay phản lực này vẫn có một loại máy bay có thể trực tiếp cất cánh và hạ cánh, đó là loại máy bay chiến đấu bắt chước cách thức của loài diều hâu trong việc nhanh chóng cất cánh và hạ cánh.

Động cơ khởi động của loại máy bay này rất đặc biệt, nó có 4 lỗ phản lực, có vẻ giống như một chiếc quần liền áo. Bốn lỗ của động cơ phản lực được bố trí hai bên thân máy bay, có thể chuyển động linh hoạt. Khi máy bay sắp cất cánh, lỗ phản lực chuyển động ngược hướng với mặt đất, phun khí ra với tốc độ cao, giống như bốn cái cột có lực rất mạnh, giúp máy bay thoát vào không trung; Khi máy bay tới một độ cao nhất định, lỗ phản lực có thể chuyển hướng về phía sau, phản lực sinh ra giúp máy bay bay cao với tốc độ lớn; Khi máy bay sắp phải hạ cánh, phi công có thể điều khiển lỗ phản lực hướng về mặt đất, lúc này máy bay mất đi lực tiến đồng thời hạ cánh, trọng lực lại tiếp tục được duy trì bởi phản lực vuông góc với mặt đất.

Cùng với sự giảm xuống của trọng lực, máy bay từ từ hạ cánh vuông góc xuống mặt đất. Trong quá trình bay, người phi công chỉ cần điều chỉnh góc độ của lỗ khí phản lực là có thể điều chỉnh được trạng thái của máy bay.

Máy bay kiểu “Diều hâu” cũng có thể chỉ cần một đoạn rất ngắn là cất cánh được, rất thích hợp cho những vùng đảo hẹp và trên hàng không mẫu hạm, bình thường không cần đường băng, chỉ cần một khoảng trống với kích thước 35 m x 35 m là có thể cất cánh hoặc hạ cánh, do vậy nó được sử dụng nhiều trong quân sự.

Máy bay kiểu “Diều hâu” ra đời vào những năm 70 của thế kỷ XX, về sau không ngừng được cải tiến, chế tạo ra nhiều loại mới. Hiện nay đã được trang bị cho hạm đội hải quân, là loại máy bay ưu tú được sử dụng nhiều trong chiến đấu.

Tại sao máy bay trực thăng đứng im được trên không?

Ô tô chạy trên mặt đất muốn dừng thì dừng, muốn đi thì đi, rất tiện lợi, nhưng máy bay bay trên trời thì không thể tuỳ tiện như ô tô được. Khó mà hình dung nổi một chiếc máy bay đang bay mà đột nhiên dừng lại bất động trên trời. Ít nhất thì đối với những chiếc máy bay bình thường mà nói, đó là điều không thể.

Chúng ta đều biết rằng, bất kỳ vật thể nào muốn rời khỏi mặt đất để bay vào bầu trời đều phải thắng được tác dụng của trọng lực. Trọng lực chính là lực hấp dẫn của Trái đất đối với các vật thể xung quanh, hướng của nó luôn hướng về phía dưới nó ra sức kéo tất cả các vật đứng lại trên bề mặt Trái đất. Nó làm cho chúng ta lúc nhảy lên cao cũng sẽ tự quay trở lại mặt đất mà không thể bay vút lên cao. Do vậy, máy bay muốn bay vào không trung thì phải có một lực hướng lên chống lại tác dụng của trọng lực, đó chính là lực bay được tạo ra bởi cánh máy bay. Tuy nhiên, điều kiện tương tác với không khí có sự vận động mới có lực bay lên, không có sự vận động thì không có lực cất cánh. Do vậy, máy bay phải bay thì mới sinh ra lực bay, nếu dừng lại thì không có sự vận động tương tác giữa không khí và cánh máy bay, lực bay sẽ biến mất. Máy bay mà mất đi sự duy trì của lực này thì chỉ như một hòn đá rơi từ trên không xuống.

Tuy nhiên, có một loại máy bay lại có khả năng dừng lại giữa không trung, đó chính là máy bay trực thăng.

Chim, nỗi kinh hoàng của… máy bay phản lực

Ngày 04/10/1960, chiếc máy bay tua bin phản lực chở khách của Mỹ sau khi cất cánh từ Boston không lâu thì đột nhiên 3 trong số 4 động cơ bị hỏng, phi cơ mất thăng bằng, đâm đầu xuống một hồ nước gần sân bay, 62 người tử nạn. Tai nạn thảm khốc này bắt đầu từ một đàn chim sáo.

Thì ra, chúng đã va vào máy bay và vài con trong số đó đã lọt vào cửa hút của 3 động cơ tua bin. Đó là sự cố nghiêm trọng nhất trong lịch sử máy bay bị rơi do loài chim gây ra. Theo thống kê của Mỹ, từ năm 65 cho đến nay, trung bình có trên 350 vụ “va chạm vào chim có tính phá hoại”, khiến nhân viên trên máy bay bị thương hoặc máy bay bị hư hỏng.

Không phải chỉ tại chim

Vì sao chim bay lại “gây khó dễ” cho máy bay phản lực như vậy. Xem ra không chỉ nên trách riêng loài chim. Hiện nay các động cơ dùng trên máy bay phản lực chủ yếu có hai loại: Một là động cơ tua bin phản lực và một loại là động cơ tua bin cánh quạt. Bất kể là loại nào cũng đều phải hút một lượng lớn không khí ở xung quanh vào thì mới làm việc được, do vậy, cửa hút không khí vào của các động cơ này phải mở rất rộng, khi bay giống như một cái miệng há cực to, tham lam nuốt những luồng không khí vào. Nếu đàn chim lại vừa đúng tầm bay gần động cơ thì chúng sẽ không làm chủ được nữa mà cùng với không khí bị hút vào động cơ.

Tốc độ của máy bay phản lực vốn rất lớn. Các loài chim tuy xương thịt rất mềm nhưng khi va chạm ở tốc độ cao sẽ tạo ra lực phá hoại rất ghê ghớm. Hơn nữa, cấu kết bên trong của động cơ phản lực rất tinh vi, khi chim va đập vào, dù cho các chi tiết của động cơ không bị hư hỏng nghiêm trọng nhưng quá trình làm việc của động cơ sẽ bị ảnh hưởng nặng, thậm chí buộc phải ngừng làm việc khiến khi cơ mất động lực để bay, kết quả là có thể rơi.

“Phá cửa mà vào”

Sự uy hiếp của chim với máy bay còn thể hiện ở sự va đập trực tiếp của chúng với vỏ ngoài bay. Do phi cơ phản lực có tốc độ cao. Sự va đập đó là rất nguy hiểm. Đã có sự việc kỳ quặc sau: một máy bay tiêm kích đang bay với tốc độ 600 km/giờ, va vào một con chim ưng ở trên trời, kết quả là con chim ưng “đột nhập” bất đắc dĩ vào khoang máy bay, làm cho nhân viên đội bay hôn mê, mấy giây sau mới tỉnh lại. Tuy nhiên, những va chạm nghiêm trọng như thế rất ít xảy ra.

Số liệu thống kê cho thấy việc máy bay phản lực va chạm và hút chim vào động cơ xảy ra nhiều nhất ở châu Á, rồi đến châu Mỹ, ít nhất là ở châu Âu. Hơn nữa các sự kiện trên đều diễn ra ở độ cao dưới 900 mét, đặc biệt dưới 600 mét là khoảng không gây nguy hiểm nhất. Điều đó có nghĩa là vấn đề chủ yếu xảy ra khi máy bay cất và hạ cánh.

Hiện nay, người ta giải quyết vấn đề này bằng hai phương pháp. Một mặt là đuổi chim đi, như làm bù nhìn chuyển động, hoặc trong quá trình máy bay cất cánh hay hạ cánh thì bắn súng để đuổi chim ở gần sân bay. Còn có thể dùng loại loa phát âm đặc biệt trước khi máy bay cất, hạ cánh hoặc đặt trên sân bay một số tiêu bản chim đã chết để chúng sợ hãi mà bay đi.

Việc này còn để nhắc nhở các phi công lái vòng qua nơi chim tập trung, như lợi dụng kỹ thuật điện tử hiện đại và radar, đặt những radar giám sát tầm xa, nhắc nhỏ máy bay đang trên đường bay tránh xa đàn chim. Ngoài ra còn phải cải tiến kết cấu máy bay và động cơ để nếu có va chạm với chim thì tai nạn cũng không xảy ra, đó mới là giải pháp căn bản nhất trong trường hợp này.

Tại sao máy bay nhiều tầng cánh lại ít được sử dụng?

60 – 70 năm trước, những chiếc máy bay “nguyên thuỷ” có tới 2 – 3 tầng cánh, đặt chồng lên nhau, ở giữa có nhiều trục đỡ khiến nó rất giống một giá sách. Càng nhiều cánh, lực nâng càng lớn, vậy đúng ra máy bay ngày nay còn phải nhiều cánh hơn. Nhưng trên thực tế chúng đã gần như “tuyệt chủng”. Vì sao thế nhỉ?

Từ những năm 30 trở đi, máy bay hai tầng cánh còn lại rất ít, hầu như thống trị bầu trời là những chiếc phi cơ một lớp cánh.

Bởi vì cánh máy bay dùng để sinh ra lực nâng. Khi ở trên trời, máy bay không rơi tự do như một hòn đá là nhờ vào lực nâng của cánh để cân bằng trọng lượng. Giả sử một máy bay ngoài trọng lượng của bản thân, nếu tính thêm trọng lượng của hành khách, hàng hoá, nhiên liệu thì tổng trọng lượng là 50 tấn. Như vậy khi bay trên trời, cánh và đuôi máy bay phải sinh ra được một lực nâng là 50 tấn mới duy trì được sự cân bằng giữ cho nó không rơi xuống đất.

Cánh máy bay có thể sinh đủ lực nâng hay không là phụ thuộc vào tốc độ bay và diện tích mặt bằng của cánh. Tốc độ bay càng cao, diện tích cánh càng lớn thì lực nâng sinh ra cũng càng lớn. Hiện tượng này khi thả diều bạn có thể cảm nhận thấy: hai cái diều cùng nặng như nhau, cái nào có diện tích lớn hơn và kéo chạy nhanh hơn thì sẽ nâng mình và bay cao hơn cái còn lại.

Thời kỳ đầu, máy bay do không có động cơ tốt, vật liệu chế tạo còn thô sơ nên tốc độ bay không nhanh. Do vậy, muốn nâng được một trọng lượng nhất định thì chỉ còn cách là làm rộng hết cỡ có thể diện tích cánh máy bay để có được lực nâng cần thiết. Một tầng cánh không đủ thì dùng hai, ba lớp. Máy bay 3 tầng cánh ra đời là vì thế. Nhưng kết cấu của loại máy bay này rất phức tạp, hiệu quả cũng không lớn hơn hai tầng cánh nên sau đó người ta không sử dụng chúng nữa, vì vậy hầu hết máy bay trong thời kỳ đầu đều là loại hai tầng cánh.

Tăng tốc độ thay vì tăng cánh

Do động cơ máy bay từng bước được cải tiến và vật liệu kết cấu dùng trong ngành hàng không ngày một được hoàn thiện dần, nên cùng với việc tốc độ bay tăng lên rất lớn, người ta không cần phải tạo một diện tích cánh lớn mới sinh đủ lực nâng, vì thế hầu hết các máy bay hiện đại đều chỉ còn một tầng cánh.

Nhưng điều đó không có nghĩa là loại máy bay hai cánh này đã “hết chỗ đứng”. Ngày nay người ta vẫn sử dụng chúng rộng rãi trong nông nghiệp. Những chiếc máy bay dùng để phun thuốc diệt sâu bọ, gieo hạt, trồng rừng, trừ cỏ…, đòi hỏi phải bay thật chậm, bay ổn định. Vì thế diện tích cánh máy bay phải lớn mới sinh ra đủ lực nâng. Mà để đáp ứng được những yêu cầu đó, máy bay hai tầng cánh là “ứng cử viên” sáng giá nhất.

Vì sao trên máy bay cần lắp đặt đèn xanh đèn đỏ?

Ở ngã tư đường giao thông tấp nập, luôn đặt cột đèn xanh đèn đỏ rất nổi bật. Xe cộ và người đi đường đều tự giác tôn trọng quy tắc giao thông “đèn đỏ dừng, đèn xanh đi”, như vậy mới có thể tránh được xảy ra hỗn loạn và tai nạn giao thông. Điều có ý nghĩa là trên máy bay cũng lắp đèn xanh đèn đỏ, đó là tại sao? Trời đêm trong xanh, cùng với những âm thanh đưa đến, chúng ta có thể phát hiện ra ở chân trời có đèn đỏ, xanh, trắng chầm chậm bay qua. Đây là đèn hàng không trên máy bay, tác dụng của nó cũng tương tự là để tránh các tai nạn giao thông trông không gian.

Tuy rằng bầu trời vô cùng rộng lớn, nhưng tốc độ bay của máy bay hiện đại rất nhanh, bởi vậy vẫn có nguy hiểm xảy ra đâm nhau. Để tránh tai nạn xảy ra trên không trung, ngoài những tuyến hàng không nhất định được quy định cho máy bay dân dụng trên những tuyến bay định kỳ, phi công còn phải liên tục chú ý quan sát tình hình trước sau, trái, phải trên không trung. Để tiện cho phi công quan sát xung quanh có máy bay hay không, liên tục nắm được quan hệ của máy bay khác đang đi cùng tuyến đường với mình như thế nào, do vậy khi bay trong đêm, phải thắp sáng ba đèn hàng không ở hai bên trái phải và một đèn ở phần đuôi máy bay: quan sát từ vị trí của phi công thì đèn đỏ luôn ở đầu cánh trái, đèn xanh lắp ở đầu cánh phải, đèn trắng lấp ở đuôi máy bay, ba cái đèn có thể liên tục chiếu sáng, cũng có thể nhấp nháy.

Sau khi máy bay buổi tối bật đèn hang không, tình hình quan sát của phi công thuận lợi hơn. Nếu phi công nhìn thấy một máy bay ở cùng một độ cao với mình, mà chỉ nhìn thấy hai đèn xanh đỏ thì chứng tỏ đối phương đang đi đối diện với mình, có nguy cơ đâm vào nhau, cần có biện pháp để tránh. Nếu chỉ nhìn thấy một đèn thì chứng tó là đối phương đang ở bên trái hoặc bên phải mình; Nếu đồng thời nhìn thấy cả ba đèn thì chứng tỏ đối phương đang bay ở phía trên hoặc phía dưới mình; Hai tình thế này đều không nguy hiểm.

Đương nhiên, trong tình hình tốc độ máy bay hiện đại rất nhanh, chỉ dựa vào đèn chỉ dẫn thì chưa đủ để hoàn thiện. Ví dụ, khi thời tiết xấu có mây, có sương mù thì làm thế nào? Hiện nay đã có một loại thiết bị được gọi là “Thiết bị chỉ thị tiếp cận máy bay”, có thể giúp đỡ phi công phát hiện máy bay ở gần mình. Thiết bị này được lắp đèn chỉ thị, đồng thời ra đa trên máy bay không ngừng phát sóng vô tuyến điện ra xung quanh, khi máy bay khác bay gần, sóng ra đa bị phản xạ trở lại, làm cho đèn chỉ thị sáng lên. Từ các đèn chỉ thị khác nhau có thể phản ánh hướng bay và khoảng cách tương đối của chiếc máy bay đang dần bay gần đến minh. Từ đó có thể đưa ra các biện pháp đối phó phù hợp.

Tại sao trên máy bay phải có “hộp đen”?

Mỗi khi có chiếc máy bay gặp nạn bị rơi, các nhân viên cứu hộ đầu tiên đều cố tìm thấy cái “hộp đen” của nó. Đó là vì bên trong hộp đen có lắp những thiết bị đo và ghi hiện đại chuyên dụng.

Các hộp đen thông thường dùng băng từ để ghi lại thời gian bay bình thường, các tham số quan trọng, những lời trao đổi giữa các nhân viên phục vụ trên máy bay, và cả các liên lạc với bên ngoài.

Tác dụng công dụng của hộp đen là: khi xảy ra tai nạn máy bay, người ta có thể dựa vào thông tin về độ cao, tốc độ, hướng bay được ghi lại trong hộp đen để phân tích và tìm nguyên nhân xảy ra tai nạn. Người ta có thể còn đưa những thông số thu được từ hộp đen vào máy mô phỏng bay để tái hiện biểu diễn tai nạn, và phân tích nguyên nhân gây ra tai nạn bằng hình ảnh.

Trong hoạt động bay bình thường, thông tin hộp đen cung cấp có thể được dùng làm cơ sở khoa học để cải tiến những tính năng của máy bay và quyết định xem máy bay có cần phải sửa chữa hay bảo dưỡng hay không.

Thực tế, hộp đen không có màu đen. Để dễ tìm thấy, người ta làm chúng bằng màu da cam. Có hộp đen lại còn lắp máy phát xạc vô tuyến điện, luôn luôn phát tín hiệu gọi.

Thông thường hộp đen được lắp trên cái cánh thẳng đứng ở đuôi máy bay, để tránh bớt hư hại.

Các yêu cầu trong thí nghiệm đối với hộp đen là có thể chịu đựng được nhiệt độ 11.0000C, chịu được áp lực trên 9800 atmôtphe, ngâm dưới nước biển 36 giờ mà băng từ không bị ẩm, chịu nổi sự ăn mòn của nước biển, dầu và dung dịch chống lửa.

Bắt đầu từ năm 1988, một số công ty hàng hải đã bắt đầu lắp hộp đen trên tàu thuỷ.

Tại sao máy bay cần lên và xuống theo chiều gió?

Hành khách ngồi trên máy bay đều biết rằng khi máy bay chuẩn bị cất cánh thường chạy sang phải sang trái, sau đó mới đến một đường băng chính rộng lớn, thuận theo chiều gió rồi mới cất cánh bay lên không trung.

Thực ra, khi máy bay hạ cánh giống như khi cất cánh cũng hạ cánh theo chiều gió. Điều này là tại sao?

Thì ra có hai nguyên nhân chủ yếu làm máy bay phải cất và hạ cánh theo chiều gió: Một là có thể rút ngắn khoảng cách chạy trên đường băng thì máy bay cất cánh và hạ cánh, thứ hai là tương đối an toàn.

Khi máy bay cất cánh, chỉ khi lực nâng do cánh máy bay sinh ra lớn hơn trọng lượng của máy bay thì máy bay mới có thể rời khỏi mặt đất. Mà sức nâng lớn hay nhỏ lại có quan hệ với tốc độ dòng không khí thổi qua bề mặt cánh máy bay: Tốc độ càng lớn sức nâng càng lớn. Nếu không có gió, tốc độ của dòng không khí thổi qua bề mặt cánh máy bay bằng tốc độ của máy bay chạy trên đường băng; Nếu thuận theo chiều gió thổi tới thì tốc độ của dòng không khí thổi qua bề mặt cánh máy bay bằng tốc độ chạy trên đường băng của máy bay cộng thêm tốc độ gió. Do vậy, trong tình hình thuận chiều gió, lực nâng của máy bay tương đối lớn; Trong điều kiện tốc độ máy bay bằng nhau, khoảng cách chạy trên đường băng của nó có thể rút ngắn một ít so với khi không có gió.

Khi hạ cánh, chúng ta hy vọng tốc độ hiện có của máy bay nhanh chóng giảm xuống. Hạ cánh thuận chiều gió thì có thể lợi dụng sức cản của gió để giảm tốc độ máy bay, để khoảng cách máy bay trượt trên đường băng được giảm đi một chút.

Máy bay cất cánh và hạ cánh thuận chiều gió còn có thể nâng cao tính an toàn. Do tốc độ khi cất cánh và khi hạ cánh của máy bay tương đối chậm, tính ổn định đều tương đối kém, nếu lúc này gặp phải một trận gió mạnh thổi ngang thì có thể làm máy bay bị nghiêng đổ, gây ra tai nạn. Mà bay theo chiều gió vừa không dễ bị ảnh hưởng của gió ngang, lại còn có thể làm máy bay giữ được sức nâng nhất định, do vậy máy bay được tương đối an toàn.

Chính do những lý do nêu trên, hướng của đường băng sân bay không phải được xây dựng tuỳ ý, nó được chọn căn cứ vào hướng gió ở nơi đó. Nhưng hướng gió của một nơi thường thay đổi theo bốn mùa trong năm, do vậy hướng của đường băng sân bay được chọn theo hướng có thời gian gió thổi dài nhất trong năm, hướng gió này được gọi là hướng gió chủ đạo.

Trước đây, tốc độ máy bay tương đối chậm, tính ổn định cũng không tốt, cho nên việc “lên xuống theo chiều gió” là một yêu cầu tương đối cao. Có sân bay trong một năm hướng gió biến đổi tương đối nhiều, nên phải xây dựng nhiều đường băng có các hướng khác nhau, hoặc xây dựng nhiều đường băng bức xạ giao nhau, để tiện thích ứng với hướng gió khác nhau trong mỗi mùa. Nhược điểm của cách làm này là chiếm quá nhiều đất, kinh phí xây dựng sân bay lớn. Mấy năm gần đây, do việc nâng cao tính năng ổn định và gia tăng tốc độ của máy bay, ảnh hưởng của hướng gió đối việc máy bay lên xuống đã không còn lớn như những năm trước. Do vậy sân bay hiện đại thường chỉ cần xây dựng một hoặc mấy đường băng song song theo hướng gió chủ đạo là đủ.

Tại sao khi máy bay cất cánh, hạ cánh và trong khi bay đều phải dùng ra đa điều khiển?

Sân bay thường được gọi là “Cảng hàng không”, là một đầu mối giao thông vô cùng bận rộn, mỗi ngày ở đó đều có rất nhiều máy bay cất cánh và hạ cánh.

Tuy sân bay rất lớn, nhưng do tốc độ của máy bay rất nhanh, để tránh sự va chạm giữa các máy bay, các khai thác viên không lưu phải kịp thời nắm bắt được vị trí của máy bay trong phạm vi vài nghìn mét, cũng như tốc độ, phương hướng của máy bay, sau đó mới phát ra chỉ thị chuẩn xác về sự cất cánh, hạ cánh đối với từng máy bay. Phải hoàn thành tốt công tác điều độ vừa nặng nề vừa tỉ mỉ như vậy thì đối với họ, ra đa là thứ không thể thiếu. Sân bay có lắp đặt ra đa, các khai thác viên có thể nhìn thấy rõ toàn bộ tình hình sân bay trong phạm vi vài trăm nghìn mét qua màn hình ra đa. Những loại ra đa này được gọi là “Rađa quản lý giao thông hàng không” và “Rađa hạ cánh chính xác”. Màn hiển thị rađa có thể dự báo quỹ đạo hạ cánh lý tưởng nhất cho từng máy bay. Trong quá trình máy bay tiếp đất, rađa liên tục đo đạc vị trí của máy bay và dùng điện đàm chỉ đạo cho phi công bay theo đường bay chính xác nhất cho đến khi máy bay được tiếp đất an toàn.

Ra đa không chỉ điều khiển cho máy bay khi cất cánh và tiếp đất mà còn chỉ đạo trong cả quá trình bay. Thông thường, máy bay bay theo lộ trình tốt nhất đã định. Nếu gặp trời tối hoặc mây mù, hoặc phi công không quen lộ trình thì phải dùng ra đa dẫn đường. Trên máy bay có lắp một thiết bị ra đa, ăng ten hướng về phía mặt đất, màn hiển thị sẽ hiện lên một “Bản đồ rađa”, hoa tiêu nhìn thấy bản đồ này có thể biết vị trí của máy bay, đảm bảo chắc chắn máy bay đang đi đúng hướng.

Trong quá trình bay, phi công phải kịp thời nắm được khoảng cách giữa máy bay và mặt đất, cho nên máy bay được lắp đặt thêm một bộ phận gọi là “Rađa thăm dò độ cao”. Như vậy, khi bay trên biển, có thể biết được khoảng cách từ máy bay đến mặt biển , khi bay trên đồng bằng có thể biết được máy bay cách mặt đất bao xa, khi bay trên những đỉnh núi cũng có thể biết khoảng cách giữa máy bay và đỉnh núi, kể cả độ cao của đỉnh núi. Trên một số máy bay quân sự còn có “Rađa chống va chạm”, nó có thể cảnh báo kịp thời để phi công tránh núi cao hay những kiến trúc cao khi máy bay bay ở độ cao tương đối thấp.

Vì sao máy bay tốc độ lớn ngày càng… “cụt cánh”?

Cùng với việc nâng cao tốc độ của các phi cơ, con người ngày càng thu ngắn cánh của chúng lại. Họ tiết kiệm vật liệu chăng?

Đương nhiêun không phải vậy. Máy bay nhờ vào cánh mà sinh ra lực nâng lên cao, cánh càng lớn thì lực nâng càng lớn. Nhưng xét trên phương diện lực cản thì cánh dài chẳng “lợi lộc” gì, cánh càng dài thì lực cản càng lớn mà thôi. Vì thế, một máy bay có tốc độ 1.000 km/giờ thì toàn bộ sải cánh dài khoảng 33 mét và thân dài khoảng 20 mét. Nhưng một chiếc khác có tốc độ 1.700 km/giờ, thân khoảng 20 mét, thì sải cánh chỉ cần khoảng 12 mét là đủ.

Cánh dài dành cho bay chậm

Khi tốc độ bay tương đối thấp, để tạo ra đủ lực nâng, người ta làm cánh máy bay dài thêm một chút, ví dụ cánh tàu lượn rất dài. Nhưng sau khi tốc độ được nâng cao, đặc biệt là khi bay với tốc độ vượt âm thanh, nếu cánh dài thì lực cản sinh ra sẽ đặc biệt lớn. Vì vậy khi bay ở tốc độ cao, người ta tìm cách làm cho cánh máy bay càng ngắn càng tốt.

Vấn đề nảy sinh ở đây, khi đã làm ngắn cánh máy bay rồi, liệu nó có tạo ra đủ lực nâng không?

Ở đây có hai tình huống: khi máy bay đang bay trên trời, tốc độ càng nhanh thì lực nâng sinh ra càng lớn, vì thế cánh ngắn cũng sinh ra lực nâng đủ dùng.

Nhưng khi máy bay cất cánh hoặc hạ cánh, tốc độ tương đối nhỏ, lực nâng do cánh ngắn tạo ra không đủ để khắc phục trọng lượng máy bay. Trong trường hợp này, máy bay cần phải chạy trên mặt đất một khoảng cách rất dài, tới khi đạt được tốc độ khá cao mới có thể rời khỏi mặt đất. Đường bay dài cũng giúp máy bay vừa chạy vừa giảm tốc độ trong quá trình tiếp đất. Đó là nguyên nhân chủ yếu của việc máy bay cao tốc hiện đại đòi hỏi sân bay phải có đường băng rất dài.

Hiện nay, đã có nhiều loại máy bay được chế tạo theo kiểu “cánh cụp cánh xoè”. Loại máy bay này khi bay với tốc độ cao, cánh có thể rút ngắn lại, còn khi cất cánh hoặc hạ cánh, cánh sẽ giương ra, nên có thể giải quyết được mâu thuẫn trên.

Vì sao máy bay không cần vẫy cánh như chim?

Mới xem ra thì hình như máy bay “thông minh” còn chim “kém phát triển”. Nhưng sự thực hoàn toàn ngược lại. Máy bay hiện đại, bất kể là loại nào, đều phải có đầy đủ cánh máy bay và cánh quạt mới bay được, với chim, chúng đã tiến hoá thành công “hai trong một”.

Cánh máy bay dùng để sinh ra lực năng, khiến máy bay có thể treo lên cao, còn cánh quạt máy bay có tác dụng sinh lực kéo hay lực đẩy khiến máy bay tiến về phía trước. Nếu không có cánh quạt mà chỉ có cánh thôi thì máy bay sẽ biến thành tàu lượn. Tàu lượn phải nhờ một lực khác để lên cao chứ tự mình không thể bay lên. Từ đó có thể thấy trong khi bay, cánh máy bay chỉ có tác dụng nâng, đỡ chứ không tạo ra lực để làm cho máy bay tiến lên được.

Cánh chim không giống như vậy. Chim không có cánh quạt, trên mình chúng không có động cơ pít tông làm quay cánh quạt để kéo chúng về phía trước, lại cũng không có động cơ phản lực phun khí đốt ra phía sau đẩy chúng tiến lên. Động cơ của chim chính là bản thân nó, còn đẩy nó tiến về phía trước là nhờ vào đôi cánh. Vì vậy cánh chim đồng thời hoàn thành hai nhiệm vụ: một là sinh ra lực nâng khiến thân mình treo ở trên cao, hai là sinh ra lực đẩy khiến thân mình chúng tiến về phía trước.

Cánh máy bay cố định chỉ có tác dụng sinh ra lực nâng. Những cánh vỗ được mới có thể đồng thời sinh ra lực nâng và lực đẩy. Cho nên cánh máy bay bất động còn cánh chim thì phải vẫy lên vẫy xuống.

Thế liệu có thể làm cánh máy bay vỗ lên vỗ xuống không? Đó là ý tưởng mà từ xa xưa loài người đã mong muốn mà chưa thực hiện được. Nghiên cứu khí động lực học cho thấy, dùng phương thức bay vỗ cánh tương đối tiết kiệm lực. Nhưng do nguyên lý và hình dạng bên ngoài của cánh vỗ khá phức tạp, nên loài người đến nay vẫn chưa làm chủ được công nghệ này.

Tại sao phải chế tạo máy bay có cánh hướng về phía trước?

Thông thường thì cánh máy bay đều hướng về phía sau, nhưng chẳng lẽ lại không có loại máy bay nào cánh hướng về phía trước? Tháng 9/1997, tại một sân bay ở ngoại ô Matxcơva, lần đầu tiên loại máy bay chiến đấu mới có cánh hướng về phía trước mang tên S-37 đã cất cánh. Đôi cánh kéo dài về phía trước của nó đã đem lại cho người xem một cảm giác mới.

Hiện nay, không ít máy bay có cánh hướng về phía sau đã đạt được tốc độ rất cao, thậm chí đã vượt qua tốc độ của âm thanh. Nhưng loại máy bay này cũng có một nhược điểm rất lớn là khi máy bay đạt đến tốc độ cao, luồng không khí có thể chuyển động trên bề mặt máy bay. Khi một phần khí men theo mép cánh chuyển động từ trong ra ngoài, đầu mút phía ngoài cánh máy bay sẽ xuất hiện những rối loạn đáng sợ. Những rối loạn này ảnh hưởng rất lớn đến lực nâng của cánh ngoài máy bay, nghiêm trọng hơn thì nó có thể ảnh hưởng đến hiệu quả điều khiển của tay lái, dẫn đến trường hợp máy bay đang bay có thể tự lăn tròn trên không, gây ra nguy hiểm tới sự an toàn của máy bay và người lái.

Nếu đem so sánh, máy bay có cánh hướng về phía trước không có nhược điểm này. Khi luồng khí chuyển động men theo bề mặt của máy bay, cánh trước sẽ cho luồng khí chuyển động từ ngoài vào trong, làm luồng khi trong cánh có sự phân ly. Do luồng khí đi từ ngoài vào trong có thể tập trung lại, cùng đi qua bề mặt cánh máy bay và không ảnh hưởng chút nào đến lực nâng, lại càng không thể ảnh hưởng tới sự điều khiển hoạt động của máy bay, trạng thái làm việc của tay lái. Như vậy, loại máy bay có cánh hướng về phía trước có đặc tính chuyển động khí tốt hơn, đạt được lực nâng lớn, lực cản lại nhỏ. Một điểm tốt nữa là máy bay chiến đấu có cánh hướng về phía trước có thể hoạt động được trên không với một góc độ lớn làm cho máy bay chiến đấu đạt được tốc độ cần thiết để bắt được các máy bay chiến đấu khác, chiếm ưu thế trên bầu trời.

Tại sao trước đây tất cả các loại máy bay đều có cánh hướng về phía sau? Lý do là vì độ cứng của nguyên liệu tạo nên cánh máy bay trước đây không đủ, nếu máy bay sử dụng loại cánh hướng về phía trước sẽ làm cho khả năng chống bay ngoặt trong lúc bay của động cơ giảm sút rõ rệt. Dưới tác dụng gia tăng của luồng không khí, cánh ngoài của máy bay có thể xuất hiện hiện tượng cong lên trên, cùng với sự gia tăng của lực nâng và góc độ bay thì hiện tượng này tiếp tục tăng lên. Như vậy, sự tuần hoàn không tốt này có thể làm gẫy giữa phần cánh và thân máy bay. Giả sử phải ngăn chặn hiện tượng cánh máy bay rạn nứt thì chỉ còn cách gia tăng độ dày của cánh để tăng cường khả năng chống cong. Nhưng làm như vậy thì trọng lực của máy bay sẽ gia tăng rất nhiều. Thế là các kỹ sư đành phải bỏ qua thiết kế cánh máy bay hướng về phía trước mà phổ biến áp dụng hình thức cánh hướng về phía sau.

Sự ra đời của những loại vật liệu mới đã làm cho máy bay có cánh hướng về phía trước hồi sinh. Cùng với sự gia tăng trong việc tổng hợp các sợi, các loại vật liệu này ngày càng nhẹ hơn, mạnh hơn, cứng hơn, khả năng chống cong vẹo đặc biệt mạnh mẽ. Do vậy, người ta lại đi sâu vào nghiên cứu máy bay có cánh hướng về phía trước. Năm 1984 Mỹ đã nghiên cứu chế tạo ra máy bay thử nghiệm có cánh hướng về phía trước “X – 29A” toàn bằng các vật liệu phức hợp, còn máy bay “S – 27”, là loại máy bay có cánh hướng về phía trước có tính năng ưu việt, tạo tiền đồ phát triển rộng lớn cho kiểu máy bay mới của thế kỷ XXI.

Máy bay đều muốn bay cao phải không?

Chúng ta biết rằng, máy bay thường đều bay càng cao càng tốt. Vì vậy, xét về mặt quân sự, khi không chiến, nếu có thể bay cao hơn máy bay của địch thì có thể nhìn từ trên xuống, thuận tiện để tấn công đối phương; Còn nếu nói về máy bay ném bom và máy bay trinh sát thì càng bay cao càng có lợi để tránh bị máy bay đối phương tấn công và pháo bắn lên từ mặt đất. Nói về mặt dân dụng, bay cao trên không, sức cản không khí nhỏ, dòng không khí tương đối ổn định, hành khách ngồi trên máy bay ít cảm thấy xóc. Nếu bay trên cao nguyên, giống như trên cao nguyên Thanh Tạng của Trung Quốc, thông thường cao trên mặt nước biển 45km mới đảm bảo an toàn.

Nhưng do sự phát triển kỹ thuật phòng không hiện đại, hiện nay có máy bay quân dụng lại ngược lại, nó không yêu cầu bay cao, mà lại mong bay càng thấp càng tốt. Như vậy nghe ra thật khó lý giải, tại sao lại cần bay thấp?

Thì ra máy bay quân dụng bay cao rất dễ bị ra đa của địch phát hiện. Sóng vô tuyến điện trên không do ra đa phát ra khi gặp phải máy bay địch thì sẽ phản xạ lại, hiển thị rõ ảnh của máy bay địch trên màn hình ra đa. Nhưng sóng điện ra đa có một đặc điểm là nó chỉ có thể truyền theo đường thẳng, không thể quay. Nếu máy bay bay được rất thấp, do bề mặt Trái đất lồi lõm, thì ngoài khoảng cách nhất định máy bay sẽ nằm ngoài tầm kiểm soát của ra đa, sóng ra đa không tìm thấy máy bay. Do vậy, để đột phá vào khu vực phòng không của đối phương, máy bay ném bom và máy bay trinh sát hiện đại áp dụng phương pháp bay là là trên mặt đất, gọi là “đột kích phòng không bay thấp”. Do máy bay bay thấp với tốc độ cao gần khu vực của địch, khi bị ra đa của địch phát hiện thì đã nhanh chóng bay đến đỉnh đầu chúng. Như vậy, từ lúc đối phương phát hiện máy bay địch đến ném bom hoặc máy bay chiến đấu cất cánh thì thời gian chuẩn bị cực kỳ ngắn, thậm chí có lúc không kịp trở tay. Chính vì máy bay bay thấp đột phá vào phòng tuyến của đối phương có tính bất ngờ cực mạnh, do vậy cơ hội mà nó bị đánh trả là rất nhỏ.

Bay tốc độ cao là là trên mặt đất không phải là chuyện dễ. Vì trên mặt đất có dãy núi, có công trình xây dựng cao to, một khi không cẩn thận sẽ bị đâm máy bay và tử nạn. Máy bay cao tốc hiện đại có khả năng đột phá phòng không bay thấp đều có một hệ thống theo dõi địa hình, liên tục dùng máy tính để tính toán khoảng cách với mặt đất, tự động điều khiển máy bay bay cao hoặc thấp để tránh nguy hiểm khi va chạm với chướng ngại vật trên mặt đất.

Ngoài máy bay quân sự ra, có loại máy bay dân dụng cũng cần bay là là trên mặt đất. Ví dụ máy bay dùng trong nông nghiệp để phun thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ thì cần loại máy bay siêu thấp bay cách cánh đồng mấy mét. Nếu bay quá cao, thuốc bột rải từ trên máy bay sẽ bị gió cuốn đi bay lung tung, bay thấp thì mới có hiệu quả. Nhưng loại máy bay tốc độ chậm, không cần lắp ráp hệ thống tự động thăm dò địa hình có giá đắt, chỉ cần nhân viên điều khiển là được.

Máy bay hàng không là gì?

Máy bay hàng không là một loại thiết bị đang được nghiên cứu, tên gọi đầy đủ của nó là máy bay hàng không vũ trụ. Nó vừa có thể bay trên bầu trời, vừa có thể bay vào vũ trụ, đó là một loại thiết bị kết hợp cao kĩ thuật hàng không và kĩ thuật hàng không vũ trụ.

Năm 1981, nước Mĩ đã chế tạo thành công máy bay vũ trụ,trở thành một mốc lịch sử quan trọng trong lịch sử phát triển ngành hàng không vũ trụ. Nhưng máy bay vũ trụ vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm, chủ yếu là việc bảo dưỡng phức tạp, phí tổn quá lớn và thường xuyên xảy ra sự cố. Nhưng nếu đem so sánh máy bay hàng không và máy bay vũ trụ thì máy bay hàng không có nhiều ưu điểm của máy bay hơn. Địa hình hạ cánh đơn giản, bảo dưỡng và sử dụng dễ dàng, thao tác và phí dùng thấp, có thể bay và hạ cánh trên những sân bay cỡ lớn thông dụng, ngay đến bề ngoài của nó cũng rất giống với máy bay chở khách. Nhiên liệu của nó là khí Hidro, khi bay trong bầu khí quyển,có thể lợi dụng triệt để được khí ôxi trong không khí. Thêm vào đó là nó có thể sử dụng đi sử dụng lại nhiều lần, thực sự đã thực hiện được hiệu năng cao mà phí dùng lại thấp.

Kĩ thuật mấu chốt khi nghiên cứu máy bay hàng không đó là thiết bị động lực. Thiết bị động lực của nó bắt buộc phải có thể làm việc trong một phạm vi rất rộng, đó chính là nó có thể vận hành một cách bình thường từ lúc mát bay cất cánh từ tốc độ bằng 0 cho đến phạm vi tốc độ siêu cao khi đã bay vào trong vũ trụ. Điều này yêu cầu các thiết bị động lực của nó phải có hai chức năng: Thứ nhất là chức năng của động cơ tên lửa dùng vào việc đẩy ở ngoài tầng khí quyển; Thứ hai đó là chức năng động cơ theo hình thức hút khí, dùng để đẩy trong tầng khí quyển. Khi động cơ theo kiểu hút khí làm việc, dùng tác dụng nén để tiến hành nén không khí hoá lỏng, cung cấp nhiên liệu oxi lỏng.

Có thể dự liệu, máy bay hàng không một khi được chế tạo thành công, nó sẽ hoàn toàn thay thế cho máy bay vũ trụ, mà thời gian bay giữa hai thành phố bất kỳ nào trên Trái đất đều không quá hai tiếng đồng hồ. Nếu điều đó trở thành hiện thực sẽ là một thành công lớn lao của nhân loại!

>> Xem thêm : Khám phá thế giới con người – 10 vạn câu hỏi vì sao?