Tại sao máy bay cất cánh được

Theo Boeing, một chuyến bay dài 90 phút được chia thành 8 giai đoạn, trong đó cất và hạ cánh được biết đến là hai giai đoạn nguy hiểm nhất.

Sau khi thống kê tất cả các vụ tai nạn máy bay thương mại xảy ra hàng năm và sắp xếp theo thời điểm xảy ra tại nạn, Boeing đã đưa ra biểu đồ dưới đây.

Hai giai đoạn cất cánh và tăng độ cao, chỉ chiếm 2% thời gian bay nhưng tỉ lệ xảy ra tai nạn lên mức 14%. Giai đoạn duy trì độ cao chiếm một nửa thời gian bay nhưng tỉ lệ xảy ra tai nạn lại thấp hơn, chỉ chiếm 11%. Tỉ lệ xảy ra tai nạn lại cao nhất, lên đến 49% rơi vào giai đoạn giảm độ cao và hạ cánh dù chỉ chiếm 4% thời gian bay.

Khi máy bay ở độ cao 10.000m, nếu xảy ra sự cố, phi công sẽ có khoảng thời gian dài để giải quyết. Trong trường hợp động cơ máy bay tắt hẳn thì cũng không thể rơi ngay xuống đất được, thậm chí nó còn có thể lượn theo các luồng không khí. Trong trạng thái đó, máy bay sẽ hạ độ cao khoảng 1.600m cho mỗi 16.000m di chuyển tiến lên giúp phi công có khoảng 8 phút để có thể tìm vị trí hạ cánh an toàn.

Tỷ lệ tai nạn của giai đoạn cất cánh và hạ cánh cao là do ở khoảng thời gian đó, máy bay sẽ ở độ cao thấp và có tốc độ chậm nên khi xảy ra vấn đề phi công sẽ không có đủ thời gian để phản ứng. Quá trình cất cánh của máy bay thương mại chỉ khoảng 30 đến 35 giây. Nếu xảy ra sự cố, phi không không có đủ thời gian để đưa ra quyết định tiếp tục cất cánh hay tìm cách đáp máy bay xuống mặt đất.

Trong hầu hết các trường hợp, phi công sẽ quyết định tiếp tục cất cánh bởi việc ngừng cất cánh khi đang di chuyển trên đường băng với vận tốc hơn 160km/h là điều rất khó khăn. Bạn chỉ có thể làm được điều đó trước khi máy bay đạt ngưỡng vận tốc cho phép, còn không là điều không thể.

Nếu máy bay không cất cánh nó sẽ đi hết đường băng. Thông thường, phía cuối đường băng là một cánh đồng.

Vậy thì điều gì khiến quá trình hạ cánh lại nguy hiểm hơn nhiều so với cất cánh?

Rất đơn giản, khi một chiếc máy bay di chuyển chậm lại và đang trong quá trình đáp xuống đường băng, nó dễ bị tác động hơn là quá trình cất cánh. Một cơn gió hay một thứ gì tương tự cũng có thể tác động mạnh đến máy bay khi đang hạ cánh, một tình huống không may mắn xảy ra cũng sẽ dẫn đến tai nạn.

Tuy nhiên, trong số các phương tiện di chuyển thì máy bay vẫn là phương tiện an toàn nhất.

• Wi-Fi trên máy bay và những điều bạn cần biết trước khi sử dụng
• Tại sao cửa lên xuống của hành khách luôn nằm bên trái máy bay?

Những thông tin về cơ chế hoạt động khi máy bay cất cánh, bay trên không trung và hạ cánh... sẽ giúp bạn hiểu hơn mỗi lần "du lịch bầu trời".

Nguyên lý hoạt động của máy bay

Cơ chế cất cánh của máy bay

Máy bay có trọng lượng tới cả trăm tấn. Nhiều người sẽ tự hỏi vậy thứ lực khủng khiếp nào có thể nhấc “con quái vật không trung” ấy lên khỏi mặt đất? Câu trả lời chính là lực nâng khí động lực học [còn gọi là lực nâng Joukowski].

Cụ thể, một chiếc máy bay chuyển động bao giờ cũng chịu tác dụng của 4 lực: lực kéo, lực cản của không khí, lực hấp dẫn và lực nâng. Theo đó, khi máy bay chạy trên đường băng, dòng khí chảy bao quanh cánh máy bay sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa mặt dưới cánh và mặt trên cánh.

Hệ quả vật lý của hiện tượng này là một lực nâng xuất hiện theo hướng từ dưới mặt đất đẩy lên trời. Máy bay càng di chuyển nhanh, lực tăng này càng lớn, cho tới mức lực nâng thắng được trọng lực Trái đất, nhấc bổng cỗ máy khổng lồ hàng trăm tấn lên không trung.

Động cơ phản lực làm việc như thế nào?

Hoạt động trên không trung

Thực tế, máy bay có thể bay ở độ cao bao nhiêu tùy ý thích. Kỷ lục thế giới từng ghi nhận trường hợp máy bay SR – 71 Blackbird của Mỹ đạt tới độ cao gần 26km so với mặt nước biển năm 1976. Còn máy bay thương mại dân dụng thông thường thì bay ở độ cao 8,5km - 10,7km, tức là nằm trong phần trên tầng đối lưu của khí quyển.

Nhiệt độ giảm dần khi lên cao, mức thấp nhất là khoảng -50 độ C. Do đó, dù ở trong khoang chứa bánh xe của máy bay cũng khó mà ngăn được khí lạnh do độ dày vật liệu cách nhiệt cũng như hệ thống sưởi không có như trong khoang chở hành khách. Cùng với đó, không khí trong tầng đối lưu chuyển động theo chiều thẳng đứng và nằm ngang rất mạnh, gây ra rất nhiều hiện tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương mù…

Tốc độ bay ổn định của máy bay dân dụng khoảng 900km/h. Càng lên cao, sức cản không khí càng giảm đi [trên 5,5km sức cản giảm một nửa], giúp máy bay bay nhanh hơn. Đồng thời, bay cao giúp máy bay hạn chế nguy cơ đâm phải những đàn chim di cư - một trong những nguyên nhân gây nên những tai nạn thảm khốc trên bầu trời.

Áp suất không khí trong máy bay khi lên cao giảm đi rất nhiều, chỉ khoảng 1/10 so với trên mặt đất.

Nhưng ngược lại, không khí càng lên cao càng loãng. Áp suất không khí cũng giảm đi rất nhiều, chỉ còn khoảng 1/10 so với trên mặt đất. Do đó, lượng không khí có ở trong khoang chứa bánh xe là rất thấp.

Đối với những máy bay dùng động cơ cánh quạt, lượng oxy thấp đi cũng khiến việc đốt nguyên liệu trở nên khó khăn. Trên không, các máy bay cũng thường thu bánh xe lại bởi nếu giữ nguyên, không khí sẽ lùa vào bánh, làm nó chuyển động xoáy tròn, gây sức cản làm giảm tốc độ bay.

Cơ chế hạ cánh của máy bay

Chuyến bay kết thúc với sự hạ cánh của máy bay trên đường băng. Khi máy bay gần tiếp đất, không khí phía dưới cánh bị ép xuống mặt đất, gây nên những luồng xoáy nhỏ cũng như tạo “hiệu ứng mặt đất” [ground effect] làm máy bay nâng lên trong một thời gian ngắn trước khi chính thức tiếp xuống đường băng.

Ngoài ra, máy bay hạ cánh còn kéo theo tiếng ồn cực lớn ở ngưỡng 120-140dB, có thể làm tổn thương tâm trí người nếu đứng gần đó.

Nguyên tắc hoạt động của máy bay

Cập nhật: 19/11/2018 Tổng hợp

Máy bay là phương tiện đi lại đã được ra đời từ lâu, dù là trong thời kì nào cũng cũng luôn đòi hỏi phải đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật khắt khe nhất. Tuy vậy, máy bay vẫn luôn là phương tiện có độ an toàn cực cao, xác suất rủi ro là cực thấp so với các phương tiện khác. Tuy nhiên, một chiếc máy bay nặng hàng tấn, lại trở thêm mấy chục người nữa mà lại có thể bay vi vu trên bầu trời. Đây là một câu hỏi mà rất nhiều người cảm thấy tò mò. Bài viết sau đây sẽ trả lời cho câu hỏi ” Tại sao máy bay lại bay được ? “

Tại sao máy bay lại bay được?

Mục lục

Máy bay là loại khí cụ bay nặng hơn không khí, bay được là nhờ lực nâng khí động lực học. Thuật ngữ “máy bay” thì thường được hiểu là loại có cánh nâng cố định, nhưng cũng có thể hiểu là bao gồm cả loại máy bay trực thăng [xem phân loại khí cụ bay].

Bạn đang xem: Tại sao máy bay có thể bay được

Máy bay thẳng được trọng lực và bay lên được là nhờ lực nâng khí động động lực học hay còn gọi là lực nâng Joukowski. Là kết quả của sự chênh lệch áp suất không khí tại mặt trên và mặt dưới của vật thể [cánh máy bay] khi dòng khí chuyển động chảy bao vật thể. Để có lực nâng khí động lực học thì thiết diện vật thể [cánh] phải không đối xứng qua trục chính và đường biên của mặt trên phải lớn hơn của mặt dưới, những vật thể có hình dạng thiết diện như vậy được gọi là có hình dạng khí động lực học. Khi không khí chảy bao quanh hình khí động sẽ có lực nâng khí động lực và đồng thời xuất hiện lực cản. Hình khí động lực nào cho hiệu ứng lực nâng càng cao mà lực cản càng ít thì được coi là có hiệu suất khí động học càng tốt. Đối với chất lỏng hiệu ứng cũng tương tự [thuỷ động học].

Khi không khí chảy qua hình khí động là cánh, tại mặt dưới sẽ có áp suất cao hơn so với mặt trên và hệ quả là sẽ xuất hiện một lực tác động từ dưới lên vuông góc với cánh. Lực nâng có độ lớn bằng diện tích cánh nhân với chênh lệch áp suất hai mặt. Độ chênh lệch áp suất phụ thuộc vào hình dạng thiết diện cánh tức là phụ thuộc vào hiệu suất khí động học của cánh, góc tấn [góc chảy của không khí tương đối với vật khí động – tiếng Pháp: [Incidence aérodynamique] và vận tốc dòng chảy. Như vậy khi vận tốc dòng chảy đạt đến độ lớn nào đó thì chênh lệch áp suất [đồng nghĩa với lực nâng] sẽ đủ để thắng trọng lực và vật thể có thể bay lên được. Muốn có lực nâng đủ thì vận tốc và diện tích cánh phải đủ: cánh càng rộng thì máy bay có thể cất cánh với vận tốc nhỏ hơn, ngược lại cánh càng nhỏ thì đòi hỏi vận tốc càng lớn để cất cánh.

Trong máy bay có cánh cố định vật thể khí động học để tạo lực nâng là đôi cánh của máy bay được gắn cố định vào thân. Vận tốc ngang của máy bay [cũng đồng nghĩa với vận tốc dòng chảy bao máy bay nếu xét trong hệ quy chiếu gắn với máy bay] có được nhờ lực tác động ngang sinh ra nhờ động cơ [có thể thông qua cánh quạt hoặc dòng khí phản lực]. Động cơ quay cánh quạt [hoặc phụt dòng khí phản lực] sẽ tạo phản lực đẩy máy bay chuyển động tương đối với không khí về phía trước, khi chuyển động tương đối như vậy cánh máy bay sẽ bị dòng khí chảy bao bọc xung quanh và tạo hiệu ứng lực nâng khí động lực học tác động từ dưới lên, khi vận tốc máy bay đạt đến giá trị nào đó lực nâng sẽ đủ lớn để thắng trọng lực và máy bay sẽ bay được.

Còn đối với máy bay trực thăng cánh nâng là cánh quạt nâng nằm ngang, nó đồng thời còn để tạo lực đẩy ngang làm trực thăng chuyển động ngang.

Như vậy đối với máy bay có cánh cố định thì lực nâng chỉ có khi có đủ vận tốc, mất vận tốc sẽ mất lực nâng [thất tốc] nên máy bay không thể bay đứng một chỗ. Trực thăng cũng theo nguyên tắc lực nâng khí động lực học nhưng các cánh nâng là cánh quạt ngang quay xung quanh trục nên vẫn đảm bảo chuyển động tương đối với không khí và có lực nâng khi trực thăng vẫn đứng yên nên trực thăng có thể bay đứng một chỗ.

Máy bay có bao nhiêu loại cánh?

Các cơ cấu điều khiển bay của máy bay để thực hiện các chuyển động bay: cất cánh, hạ cánh; vòng trái, phải; nghiêng cánh; nâng, hạ độ cao khi bay bằng; hướng mũi bay lên trên, xuống dưới.

Để thực hiện điều khiển bay có các cơ cấu cánh là: cánh nâng chính [wing], cánh đuôi ngang[tail wing], bánh lái độ cao [elevator], đuôi đứng [vertical fin], cánh đuôi đứng [rudder], cánh tà trước [leading-edge flap], cánh tà sau [flap], cánh liệng [aileron], các cánh tà lưng [spoiler], phanh khí động [Leading edge slats].

Nguyên tắc điều khiển bay sử dụng cơ học cổ điển để cân đối lực nâng khí động lực học và mô men cơ học. Các cánh đuôi [cánh ngang, cánh đứng] chỉ cần có kích thước nhỏ vẫn đủ mô men vì cánh tay đòn mô men là khoảng cách khá lớn từ đuôi đến trọng tâm máy bay.

Đuôi ngang để tạo lực nâng ở phần đuôi máy bay, lực này sẽ cùng lực nâng ở cánh chính cân bằng mô men với trọng lực tại trọng tâm máy bay cho phép máy bay không bị lộn vòng [nếu không có cánh đuôi ngang thì lực nâng tại đôi cánh và trọng lực tại trọng tâm máy bay sẽ tạo thành mô men làm máy bay bị lộn vòng].

Xem thêm: Download Tài Liệu Giáo Trình Quản Trị Marketing Quốc Tế Chọn Lọc

Các cánh tà sau và cánh liệng là bộ phận cử động được ở phía sau của các cánh ngang. Các cánh tà nằm ở phía sau cánh nâng chính, phía gần thân máy bay có thể thu vào trong cánh chính hoặc đẩy dài ra, ngoài ra còn có thể chúc xuống phía dưới. Chuyển động chúc xuống hoặc kéo dài ra của cánh tà nhằm tăng lực nâng [đồng thời làm tăng lục cản] khi máy bay cất hạ cánh. Chuyển động của cánh tà 2 bên có thể giống nhau hoặc khác nhau tùy loại máy bay và điều kiện bay.

Cánh liệng [aileron] cũng nằm mép sau cánh nhưng ở phía xa thân [đầu mút cánh] chỉ có thể cụp xuống hoặc vểnh lên. Cánh liệng 2 bên khi chuyển động thì sẽ chuyển động ngược chiều nhau nhằm tạo ra một moment xoay làm máy bay xoay quanh trục dọc [rolling] vì khi đó lực nâng 2 bên cánh khác nhau

Cánh lái độ cao nằm ở phía mép sau đuôi ngang. Có thể vểnh lên hoặc cụp xuống để thay đổi lực nâng cánh đuôi, tạo moment xoay quanh trục cánh [moment chúc ngóc – pitching]. Hai bánh lái độ cao luôn được điều khiển chuyển động cùng chiều, cùng góc lệch.

Đuôi đứng có chức năng định hướng, giữ cho thân máy bay ổn định theo chuyển động thẳng về phía trước. Trên cánh đuôi đứng có bộ phận cử động được là cánh bánh lái đuôi sẽ đóng vai trò bánh lái thông thường: Khi cánh bánh lái đứng đối xứng sẽ không có lực tác dụng theo chiều ngang nhưng khi nó quay sang phải hoặc trái sẽ sinh lực tác dụng ngang vào bánh lái đuôi sang trái hoặc sang phải tương ứng. Lực này tạo mô men [với tay đòn là khoảng cách từ bánh lái đến trọng tâm báy bay] làm máy bay hướng mũi sang phải hoặc trái tương ứng [yawing].

Các cánh lưng [spoiler] nằm trên lưng cánh chính về phía sau, chỉ có thể ngóc lên, hướng về phía sau. Khi spoiler bên nào ngóc lên, lực nâng cánh đó giảm xuống, máy bay nghiêng về phía đó. Spoiler có tác dụng hỗ trợ cánh liệng [aileron] trong quá trình nghiêng máy bay. Thông thường chỉ spoiler một phía hoạt động, phía kia nằm im.

Slats là các tấm cánh nhỏ nằm ở trên lưng cánh nhưng ở phía trước, khi hoạt động thì vểnh lên, hướng về phía trước có tác dụng như phanh khí động, làm tăng lực cản của máy bay khi máy bay hạ cánh. Thông thường slat của cả hai phía cùng vểnh lên một lúc

Số lượng các aileron, flap, spoiler, slat có thể khác nhau ở các loại máy bay. Nhiều loại máy bay không có slat

Máy bay cất cánh và hạ cánh như thế nào?

Khi cất cánh, hạ cánh vận tốc máy bay thấp mà cần duy trì lực nâng nên cánh cần có diện tích lớn nhất và có hiệu suất khí động cho lực nâng tốt nhất việc này được thực hiện bằng cách kéo dài tối đa cánh tà và chúc cánh tà xuống hết cỡ về phía dưới. Khi tiếp đất có thể bật các slat vểnh lên để tăng lực cản.

Nghiêng cánh: Để nghiêng cánh thì cần tạo chênh lệch lực nâng tại hai cánh chính ví dụ cánh liệng phải thì chúc xuống, cánh liệng trái thì quay lên, khi đó lực nâng tại cánh phải lớn hơn lực nâng tại cánh trái làm máy bay nghiêng cánh sang trái. Để hỗ trợ thêm, người ta bật spoiler bên trái vểnh lên để giảm thêm lực nâng bên trái.

Đổi hướng bay ngang sang phải, trái: Để đổi hướng thì dùng bánh lái đuôi [rudder] cho quay về phía nào thì đầu máy bay rẽ về hướng bên đó. Để đổi hướng gấp [góc ngoặt lớn] thì còn có thể kết hợp bánh lái với nghiêng cánh muốn rẽ về phía nào thì nghiêng cánh về phía đó.

Bay lên, bay xuống: Để máy bay chúc đầu lên – xuống [bay lên, bay xuống] thì hiệu chỉnh bánh lái độ cao [elevator] bằng cách chĩa lên hoặc chúc xuống: Nếu cánh lái độ cao chĩa lên thì lực nâng tại đuôi giảm mà lực nâng tại cánh chính giữ nguyên sẽ tạo nên mô men làm đầu máy bay hướng lên phía trên, nếu cánh lái độ cao chúc xuống thì ngược lại máy bay sẽ chúí đầu xuống. Có thể kết hợp cùng cánh tà sao cho có sự thay đổi tương quan lực nâng tại cánh chính và cánh đuôi và sẽ tạo nên mô men làm đầu máy bay lên hay xuống [xem hình minh hoạ].

Thay đổi độ cao khi bay bằng: bằng cách hiệu chỉnh cánh tà và cánh lái độ cao để tăng hoặc giảm lực nâng. Khi tăng lực nâng máy bay sẽ tăng độ cao lên một mức cân bằng mới, nếu giảm lực nâng máy bay sẽ hạ độ cao xuống mức cân bằng mới thấp hơn.

Nếu bạn còn thắc mắc gì vui lòng để lại comment phía bên dưới để mình trả lời giúp bạn nhé!

Tag :

tai sao may bay bay duoctai sao may bay lai bay duocmáy bay bay gìtại sao máy bay bay đượcvì sao máy bay bay đượctại sao máy bay nặng thế mà lại bay đượcmáy bay nặng bao nhiêu kg