So sánh máy bay trực thăng và phi cơ

Các loại máy bay thường có những quy chuẩn riêng về độ cao an toàn khi bay. Việc bay quá cao và quá thấp đều tiềm ẩn nhiều rủi ro mà không phải ai cũng biết.

Mỗi máy bay đều có tiêu chuẩn riêng về độ cao khi bay. Ảnh: Freepik.

Máy bay thường duy trì độ cao bao nhiêu?

Thông thường, độ cao khi bay của các máy bay thương mại phụ thuộc chủ yếu vào kích thước. Một chiếc máy bay phản lực chở khách luôn duy trì độ cao 10-12,2 km so với mặt đất. Máy bay sử dụng động cơ Turboprop có kích thước nhỏ hơn sẽ bay ở độ cao thấp hơn, khoảng 7,6-9,1 km.

Theo nhà phân tích dữ liệu hàng không Ryan Jorgenson, máy bay càng lên cao, không khí càng loãng nên chúng có thể bay dễ dàng hơn do ít lực cản trong không khí. Với những chiếc máy bay phản lực lớn hơn, việc cất cánh từ sân bay và bay càng cao là điều cần thiết.

Tuy nhiên, máy bay bay cao hơn độ cao cho phép có thể gây ra những vấn đề về an toàn. Cụ thể, phi công sẽ mất nhiều thời gian hơn để đưa máy bay trở lại độ cao an toàn trong trường hợp khẩn cấp như cần giảm tốc nhanh chóng.

Khi bay quá cao, máy bay sẽ tốn nhiều nguyên liệu hơn. Máy bay duy trì ở độ cao cho phép sẽ đỡ hao nhiên liệu nhờ sự hỗ trợ từ gió.

Lý do máy bay tư nhân nhỏ và trực thăng không bay cùng độ cao

Theo Hiệp hội Hàng không Kinh doanh Quốc gia (Mỹ), những chiếc máy bay tư nhân nhỏ sử dụng động cơ piston tương tự như trên ôtô. Loại động cơ này chỉ cho phép máy bay di chuyển chặng ngắn, an toàn ở độ cao dưới 4,5 km. Nếu phi công bay với độ cao lớn hơn, sẽ dẫn đến nguy cơ tiềm ẩn về sức khỏe như thiếu oxy.

Các máy bay tư nhân sử dụng động cơ pitson chỉ có thể bay với độ cao dưới 4,5 km. Ảnh: FVW.

Các máy bay trực thăng được thiết kế phục vụ cho những chuyến hành trình ngắn nên thường bay ở độ cao dưới 3 km. Ngoài ra, máy bay trực thăng bay bằng cánh quạt nên sẽ không thể bay đến độ cao mà các máy bay khác có thể đạt được.

Chướng ngại vật trên bầu trời

Các loài chim có khả năng cản trở máy bay ở độ cao thấp, trong quá trình cất cánh và hạ cánh. Ông Jorgenson cho biết trường hợp hi hữu diễn ra vào năm 2009 khi chiếc Airbus A320 của hãng hàng không US Airways hạ cánh trên sông Hudson do bị chim đâm phải.

Theo các chuyên gia, khi máy bay ở độ cao an toàn, chim sẽ không còn là một mối đe dọa. Hành khách có thể thắt dây an toàn, thư giãn và tận hưởng chuyến bay.

Để diễn giải tính ưu việt của trực thăng: Nếu bạn đang gặp sự cố, một chiếc máy bay chỉ có thể bay qua và thả hoa xuống cho bạn, nhưng một máy bay trực thăng có thể đến cứu sống bạn. Nó có thể cơ động khéo léo bay qua các địa hình phức tạp tới những vũng xa xôi. Nó cũng có neo lại bên cạnh một trái núi để tìm kiếm cứu nạn. Và tiếng động với một niềm cảm hứng cao nhất cho một binh sĩ bị thương là tiếng cánh quạt của động cơ máy bay trực thăng đang chém vào không khí, chỉ cần vài phút sau khi được chuyển đến khu cấp cứu, khi hệ thống đường bộ không thể đi được, cầu đã bị phá huỷ, hệ thống điện cũng đã bị phá hỏng, thì máy bay trực thăng vẫn có thể đến cung cấp vật tư và những người cứu hộ giúp bạn.

Tuy nhiên có một điểm yếu chết người là máy bay trực thăng thì không thể bay nhanh được. Các kỷ lục của thế giới về tốc độ máy bay trực thăng được ghi lại hiện nay là cho máy bay trực thăng Westland Lynx, năm 1986, là khoảng 400 km / giờ. Nếu là máy bay cánh cố định, tốc độ này đã đạt được năm 1923 cho máy bay cánh hai tầng Curtiss. Trực thăng Westland Lynx là một khởi đầu tốt, nhưng nó được xem giống như một xe đua hơn là một chiếc xe của gia đình bởi vì nó không thích hợp để thực hiện các nhiệm vụ thường xuyên. Các máy bay trực thăng hiện nay cũng thường chỉ làm việc với tốc độ cao nhất khoảng 270 km / giờ.

Trực thăng Westland Lynx

Máy bay cánh hai tầng Curtiss

Công ty chế tạo máy bay ở Mỹ, Sikorsky Aircraft Corp, ở Stratford, Conn, đã bắt đầu thử nghiệm thiết kế từ những năm 1970 vào việc chế tạo một máy bay trực thăng nhanh nhất thế giới. Mục đích là để đạt tốc độ 480 km / h mà không bị mất đi những điểm mạnh khác của trực thăng. Gần 40 năm sau, Sikorsky giờ đây đã hội tụ gần đến mục tiêu này. Tháng 8 năm 2010, một trình diễn về công nghệ đã được thực hiện, đó là máy bay trực thăng Sikorsky X2 bay đạt tốc độ 435 km / giờ, coi như là đã phá vỡ kỷ lục tốc độ máy bay trực thăng hiện nay. Một vài việc phải làm để Sikorsky X2 có thể đệ trình hồ sơ chính thức lên Liên đoàn Aéronautique Internationale (FAI) để xét duyệt kỷ lục tốc độ này. Người ta dự đoán rằng Sikorsky sẽ sớm bắt đầu sản loại xuất máy bay trực thăng thương mại này sử dụng công nghệ X2.

Để đạt được kỷ lục tốc độ cao, Sikorsky đã phải thực hiện một số thay đổi cơ bản so với khi thiết kế máy bay trực thăng thông thường khác. Đây là lý do như bạn có thể thấy trong sự khác nhau của máy bay trực thăng và máy bay cánh cố định.

Khi một chiếc máy bay đang chạy trên đường băng, dòng chảy không khí qua cánh sẽ sinh ra lực nâng. Khi máy bay đạt tới một tốc độ nhất định, phi công sẽ nâng mũi máy bay lên một chút để tạo góc nghiêng lớn hơn của cánh với không khí. Và như thế sẽ tạo lực nâng lớn hơn đủ để mày bay bắt đầu cất cánh. Một khi một máy bay đã cất cánh trên không, tốc độ của máy bay chỉ bị giới hạn bới công suất lực đẩy động cơ của nó.

Trong khi đó, một máy bay trực thăng tạo ra lực nâng và lực đẩy hoàn toàn khác. Máy bay trực thăng điều khiển dòng không khí chảy qua cánh quạt quay rotor động cơ, cho phép nó bay lên và di chuyển. Lực nâng máy bay được điểu chỉnh liên tục bằng góc nghiêng của cánh quạt theo các vị trí khác nhau trong 360 độ làm máy bay có thể dịch chuyển lên phía trước, lùi về sau, lái qua trái hoặc qua phải.

Như vậy so với máy bay có cánh cố định, một chiếc trực thăng phải điều chỉnh góc nghiêng của cánh quạt rất cơ động và phức tạp trong một vòng quay để đảm bảo sự cơ động và sự ổn định của máy bay. Cánh quạt phải chịu được lực nâng, lực xoắng, lực bẻ, cho phép nâng được những trọng lượng lớn gấp rất nhiều lần trọng lượng bản thân. Một máy bay trực thăng cũng cần một động cơ mạnh và một hệ thống hộp số có tỷ số truyền rất lớn để giảm tốc độ từ những động cơ tuốc bin khí với tốc độ vài chục ngàn vòng phút đến rotor cánh quạt quay chỉ vài trăm vòng phút. Ví dụ, một máy bay trực thăng trong quân đội Mỹ UH-60 Black Hawk có động cơ tuốc bin khí quay 20 900 vòng / phút phải thông qua một hộp số giảm tốc đến cánh quạt quay khoảng 258 vòng / phút, một tỷ lệ là 81-1.

Nhưng đó không phải là khó khăn nhất. Khi máy bay trực thăng bay về phía trước, các cánh quạt rotor phải nghiêng góc để tạo ra sự thay đổi rất lớn về tốc độ dòng chảy không khí ở phía trước và phía sau. Bạn có thể tưởng tượng về tốc độ dòng chảy không khí thể nào không? Một dòng không khí bay qua mặt bạn chẳng hạn. Nếu một máy bay trực thăng đang được treo cố định lơ lửng trên không, bạn sẽ cảm nhận được một dòng không khí có vận tốc không đổi khoảng 800-km / giờ xung quanh khi các cánh quạt rotor quay. Nếu các máy bay trực thăng đang bay về phía trước, bạn sẽ lưu ý rằng gió đã mạnh mẽ hơn ở phía máy bay tiến lên và yếu hơn ở phía ngược lại. Đó là việc điều chỉnh độ nghiêng của cánh quạt khi quay khi ở phía trước và phía sau. Ví dụ khi máy bay trực thăng bay về phía trước với tốc độ 150 km / giờ, bạn sẽ cảm thấy một cơn gió với tốc độ 950 km / giờ ở phía trước và một cơn gió với tốc đột 650 km / giờ ở phía sau. Tốc độ tương đối của gió ở phía trước và phía sau càng lớn thì máy bay càng bay nhanh. Khi máy bay trực thăng bay 300 km / giờ, thì gió ở phía trước sẽ đạt 1.100 km / giờ, trong khi gió về phía đối diện sẽ là 500 km / giờ. Đó cũng là giới hạn của tốc độ máy bay trực thăng.

Cuối cùng, máy bay trực thăng sẽ phải điều khiển độ nghiên của các cánh quạt liên tục trong một vòng quay để đạt được sự ổn định trong khi bay. Như đã trình bày ở phần trên, các cánh quạt sẽ tạo ra gió với vận tốc vượt quá tốc độ âm thanh, tạo ra các sóng xung kích gây chấn động lớn và tạo ra tiếng ồn đáng kể. Vì thế các máy bay trực thăng không thể thiết kế để bay được nhanh hơn.

Để có tốc độ bay nhanh và có khả năng hạ và cất cánh thẳng đứng (VTOL - Vertical Take Off and Landing), Sikorsky X2 dùng hai cánh quạt đồng trục quay ngược chiều nhau thẳng đứng và một cánh quạt ở phía sau.

Máy bay trực thăng dụng động cơ gì?

Động cơ tuốc bin trục thường được sử dụng nhiều trong các máy bay trực thăng, tàu thuyền, tàu đệm khí, xe tăng, thủy phi cơ v.v.

Tại sao máy bay có thể bay được?

Máy bay bay thắng được trọng lực và bay lên được là nhờ lực nâng khí 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 không khí chuyển động chảy bao quanh vật thể.

Trực thăng và máy bay khác nhau như thế nào?

“Sự khác biệt chính giữa máy bay trực thăng và máy bay là trực thăng có nhiều chuyển động phức tạp hơn”, ông Verde nói. Theo chuyên gia Verde, mô-men xoắn của cánh quạt mạnh nhất khi chúng quay với tốc độ rất cao và điều đó tạo ra xu hướng thân máy bay trực thăng quay theo hướng ngược lại.

Ai là người tạo ra 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 Breguet người Pháp chế tạo dưới sự cố vấn kỹ thuật của giáo sư Charles Richet.