Máy bay hoạt động như thế

Nhưng vào một ngày lộng gió, không khí chuyển động bên dưới con diều có thể nâng nó lên cao trên bầu trời... Điều này làm nóng các phân tử không khí bên trong.. Nhưng không giống như k

Máy bay hoạt động như thế nào?

Susan Markowitz Meredith Trần Nghiêm dịch

Không khí xung quanh chúng ta 1

Hai loại phi thuyền 4

Khí cầu không khí nóng 6

Khí cầu bay 8

Phi thuyền nặng hơn không khí: Cơ sở khoa học 10

Bốn lực tác dụng 12

Bay trên máy bay 14

Vẫn ở trên không mà không cần cấp lực 16

Máy bay dân dụng loại lớn 18

Trực thăng 20

Máy bay quân sự 22

Thiết kế “xanh” 24

Bay ở mọi nơi 26

Thuật ngữ 28

Máy bay hoạt động như thế nào? 1

Hãy đi ra ngoài vào một ngày lộng gió Bạn sẽ sớm nhận ra không khí mạnh biết dường nào Nó có thể nâng một con diều lên cao trên bầu trời và tác dụng đẩy lên khinh khí cầu và mang nó đi ra Nhưng ngay cả khi không khí lặng gió, bạn cũng có thể cảm nhận sức mạnh của nó khi bạn di chuyển Hãy nghĩ tới chuyện đi xe đạp chẳng hạn Bạn đạp xe càng nhanh, thì không khí lùa vào mặt và cơ thể bạn càng mạnh Hãy sải tay bạn ra – bàn tay hơi hướng về phía trước – không khí đang chuyển động sẽ nâng nó lên

Có lẽ chúng ta không nhìn thấy không khí, nhưng nó hiện diện xung quanh chúng ta Thật vậy, hỗn hợp này của các chất khí bao xung quanh Trái đất giống như một tấm chăn khổng lồ Những chất khí này, giống như mọi vật chất, cấu tạo gồm những hạt rất nhỏ gọi là phân tử

Cô gái này thích thả dốc xuống chân đồi trên chiếc xe đạp của mình, cô có thể cảm nhận không khí đang lùa vào mặt và

cơ thể mình

Các phân tử không khí luôn luôn chuyển động Chúng cũng chuyển động ra khỏi đường đi của chúng ta khi chúng ta đi qua Nhưng không khí cũng đẩy ngược lên chúng ta từ mọi phía Các phân tử không khí có trọng lượng

Sinh ra để bay, con mòng biển này sử dụng đôi cánh của nó để bay liệng trong không khí

Thiết kế để bay

Trong hàng thế kỉ, con người đã hiểu rõ không khí hành xử như thế nào Nhưng các nhà chế tạo máy bay còn hiểu một số cái khác nữa Họ biết rằng cấu trúc của họ, hay chiếc máy bay, phải được thiết kế theo một kiểu nhất định nào đó Khi được thiết kế như vậy, chiếc máy bay mới lượn đi trơn tru trong không khí Khi không được thiết kế như vậy, chiếc máy bay sẽ không bao giờ rời khỏi mặt đất được

Máy bay hoạt động như thế nào? 3

Máy bay của tự nhiên

Nhiều loài động vật và thực vật sử dụng không khí để di chuyển Chim chóc, dơi và nhiều loài côn trùng có cánh để mà bay lượn Một số động vật như con sóc bay lướt đi từ cây này sang cây khác Thực vật thì có thể phân tán hạt giống của chúng qua không khí Hạt cây sao chẳng hạn có lớp bọc ngoài dạng cánh và được gió thổi mang đi xa

Mọi loại phi thuyền đều được thiết kế để bay trong không khí Nhưng không phải phi thuyền nào cũng bao giống nhau Thật vậy, có hai loại phi thuyền Một loại được gọi là “nhẹ hơn không khí” Còn loại kia được gọi là

“nặng hơn không khí”

Một phi thuyền nhẹ hơn không khí có thể nổi bồng bềnh Nó có thể nhẹ hơn về trọng lượng so với không khí xung quanh nó Quả khí cầu làm xiếc là thí dụ đơn giản của loại phi thuyền này Trước khi bơm đầy, quả khí cầu

không chuyển động Trọng lượng của nó kéo nó trở xuống Nhưng bơm đầy túi với chất khí helium, thì quả khí cầu bay lên Tại sao hiện tượng này xảy ra? Nguyên do là helium nhẹ hơn nhiều so với không khí

Vì sao con diều bay được?

Phi thuyền nặng hơn không khí thì

có khác Nó vẫn luôn luôn nặng hơn không

khí xung quanh nó Loại máy bay này bay

vì một nguyên do khác Những bề mặt của

nó làm cho không khí nâng máy bay lên

Một phi thuyền nặng hơn không khí đơn

giản là con diều Con diều có nhiều hình

dạng và kích cỡ Nhưng chúng đều được

chế tạo để bay lên trong gió

Loại diều mà mọi người trên thế giới

thích chơi đùa là diều hình con chim Loại

diều này có thể tìm thấy trên khắp thế giới

Một con diều thì nặng hơn không khí Nhưng vào

một ngày lộng gió, không khí chuyển động bên

dưới con diều có thể nâng nó lên cao trên bầu trời

Máy bay hoạt động như thế nào? 5

Chỉ việc xếp và bay

Một kiểu phi thuyền nặng hơn

không khí dễ chế tạo là máy bay giấy

Bắt đầu là một tờ giấy phẳng Khi

phóng lên thì tờ giấy phẳng từ từ rơi

trở xuống sàn nhà Nhưng chỉ sau một

vài nếp gấp, tờ giấy trở thành một

chiếc máy bay Với hình dạng mới của

nó, tờ giấy cất lên và bay ngang qua

phòng

Đa số chúng ta đều đã từng thấy chúng To lớn và sặc sỡ màu sắc, những quả khí cầu không khí nóng mang người đi những hành trình dài trong không khí Làm thế nào nó có thể bay như vậy?

Những chiếc phi thuyền nhẹ hơn không khí này có vài phương thức hoạt động khác nhau Thứ nhất, mỗi khí cầu không khí nóng có một cái túi chứa đầy không khí, hay lớp vỏ Do kích cỡ lớn của nó, cái túi đó có thể đánh giạt đi rất nhiều không khí Nhưng không khí dời sang chỗ khác đẩy ngược trở lại Thật vậy, không khí bị dịch chỗ này tác dụng lực mạnh đến mức nó giữ cho cái túi nổi lên Nói cách khác, cái túi đó là một vật nổi

Nhưng cái rỗ buộc với cái túi thì vẫn ở trên đất Tải trọng của thiết bị

và con người mà nó mang thì nặng

Quả khí cầu không khí nóng sặc sỡ màu sắc nổi bồng bềnh trong Thung lũng Napa ở California

Máy bay hoạt động như thế nào? 7

Nung nóng và làm nguội không khí

Để làm cho khí cầu không khí nóng bay lên, người phi công phải bật đèn mỏ dưới cái túi Mỏ đèn tạo ra lửa Không khí nóng nhanh chóng dâng vào cái túi khổng lồ Điều này làm nóng các phân tử không khí bên trong Chúng bắt đầu chuyển động nhanh hơn Đồng thời, một số phân tử thoát ra ngoài qua phía dưới đáy của túi Sự thoát ra đó để lại ít phân tử không khí bên trong hơn Chúng cũng ở cách xa nhau hơn Không khí bên trong khi đó kém đậm đặc hơn không khí bên ngoài, và vì thế nó nhẹ hơn Kết quả là gì? Khí cầu không khí nóng bay lên cao

Để hạ khí cầu không khí nóng xuống, người phi công tắt mỏ đèn đi Không khí bên trong túi nguội dần đi Điều đó có nghĩa là các phân tử không khí chuyển động chậm dần Chúng cũng tiến đến gần nhau hơn Không bao lâu sau thì đã có chỗ cho không khí bên ngoài tràn trở vào trong túi Có nhiều phân tử hơn khiến cho không khí bên trong túi trở nên đậm đặc hơn – và nặng hơn Vì thế, máy bay sẽ hạ xuống

Chuyến bay khí cầu không khí nóng đầu tiên

Năm 1783, hai anh em người Pháp đã tạo nên lịch sử Joseph và Jacques Montgolfer đã chế tạo một cái túi bằng tơ và bơm đầy không khí nóng vào trong nó từ một ngọn lửa rơm Họ gắn một cái giỏ vào nó và quan sát thấy khí cầu không khí nóng của họ bay xa dần Những người thợ bay đầu tiên là một con vịt, một con gà và một con cừu Không bao lâu sau, những hành khách con người đầu tiên đã thực hiện một chuyến bay trên một khí cầu Montgolfer – trôi nổi trên bầu trời Paris trong gần nửa giờ đồng hồ

Khí cầu không khí nóng có thể bay, nhưng chúng không thể lái được Chúng chỉ trôi nổi trong bất kì hướng nào mà gió mang chúng đi Khí cầu bay cũng là một phi thuyền nhẹ hơn không khí Nhưng không giống như khí cầu không khí nóng, khí cầu bay có một động cơ và các cánh thăng bằng Những

bộ phận này cho phép phi thuyền được lái đi bất kì hướng nào mà người phi công muốn

Lớp vỏ bọc của khí cầu bay có dạng dài và tròn Người ta thường dùng khí helium để bơm nó Khí helium được chứa kín bên trong Nó không thể thoát ra ngoài Vì helium nhẹ hơn

không khí, nên lớp vỏ bọc đó trôi nổi

Nó là một vật nổi

Nâng động cơ và cabin

Nhưng động cơ của khí cầu bay

thì nặng Cabin, bộ phận chứa người

và hàng hóa, cũng vậy Vậy thì phi

thuyền loại này bay lên bằng cách nào?

Đối với đa số khí cầu bay ngày

nay, câu trả lời là túi khí Chúng là

những túi nhỏ cho không khí ở bên

trong lớp vỏ bọc Không khí có thể

được bơm vào hoặc bơm ra khỏi

chúng Khi không khí được bơm ra thì

các túi khí xẹp xuống Khí cầu trở nên

nhẹ hơn so với không khí bên ngoài

Vì thế, nó bay lên cao Để hạ khí cầu

xuống, người ta bơm không khí vào

các túi khí trở lại Càng chứa nhiều

Máy bay hoạt động như thế nào? 9

Không phải mọi chất khí đều giống nhau

Hindenburg là khí cầu bay đầu tiên mang những nhóm nhiều người bay xuyên Đại Tây Dương Con tàu bay khổng lồ dài tới 245 mét Lớp vỏ của nó chứa khí hydrogen Hydrogen thì nhẹ hơn không khí Nhưng không giống như helium là chất khí không bén lửa, hydrogen có thể dễ dàng bén lửa Đó là cái xảy ra vào ngày 6 tháng 5 năm 1937 Khí cầu Hindenburg phát nổ Nhiều hành khách của nó bị thiệt mạng Bức ảnh trên chụp lại xác của khí cầu sau khi nổ

Phi thuyền nặng hơn không khí không có khả năng nổi Chúng luôn nặng hơn không khí xung quanh chúng Tuy nhiên, những phi thuyền này có thể cất cánh bay Để làm như vậy, chúng cần đến không khí chuyển động nhanh và những bề mặt có hình dạng thích hợp

Cánh phi thuyền được chế tạo sao cho có hình dạng hoàn hảo để mà bay Bề mặt phía trên của nó uốn cong lượn Đồng thời, rìa trước của nó dày hơn rìa phía sau Mặt dưới của cánh hầu như phẳng Hình dạng này được gọi

Không khí chuyển động nhanh

Các phân tử đi qua phía trên cánh phải đi xa hơn – trên đường cong –

so với các phân tử đi qua mặt dưới bằng phẳng của cánh Cho nên không khí phía trên cánh phải chuyển động nhanh hơn Và khi không khí chuyển động nhanh hơn, các phân tử phân tán ra xa hơn Chúng trở nên kém đặc hơn Không khí này có áp suất thấp hơn

Nhưng không khí bên dưới cánh không bị kém đặc đi hoặc bị mất chút

áp suất nào hết Cho nên không khí bên dưới cánh đẩy lên cánh với một lực lớn hơn không khí phía trên cánh đẩy xuống Lực lớn hơn đẩy từ dưới lên này gọi là lực nâng Lực nâng là cái làm cho máy bay rời khỏi mặt đất

Máy bay hoạt động như thế nào? 11

Hình dạng của cánh máy bay tạo ra lực nâng làm cho máy bay rời khỏi mặt đất

Đường hầm gió

Để quan sát không khí chuyển động xung quanh một chiếc máy bay như thế nào, các nhà khoa học sử dụng những đường hầm gió Bên trong đường hầm, một dòng không khí mạnh thổi lùa về phía máy bay Những người kiểm tra thường thêm khói hoặc thuốc nhuộm vào không khí để dễ quan sát các dòng chảy

Bạn có thể thấy lực nâng phát huy tác dụng nếu bạn quan sát máy bay trên đường băng Một chiếc máy bay đang sẵn sàng nhận tốc độ thật nhanh Các động cơ của nó đẩy nó chuyển động mỗi lúc một nhanh Trong chốc lát, lực hấp dẫn vẫn giữ chiếc máy bay to nặng đó trên mặt đất Tuy nhiên, cuối cùng thì chiếc máy bay chuyển động đủ nhanh để cất lên Vào lúc đó, lực nâng đã đủ mạnh để thắng lực hấp dẫn

Một khi máy bay đã cất cánh, các động cơ của nó hoạt động hết công suất để đẩy phi thuyền về phía trước Nhưng không khí cũng tác dụng lực đẩy ngược, hay lực cản, đối với máy bay Lực cản này được gọi là lực kéo theo

Nó làm chậm những vật đang chuyển động trong không khí Nếu phi thuyền chuyển động chậm đi, thì lực nâng sẽ nhỏ hơn để thắng nổi lực hấp dẫn Để giữ cho máy bay ở trong không trung và chuyển động về phía trước, các động

cơ hoạt động mạnh hơn

Để cho máy bay bay trong không khí, lực nâng từ các cánh của nó phải mạnh hơn lực hấp dẫn, và lực đẩy về phía trước từ những động cơ của nó phải mạnh hơn lực của không khí

đẩy ngược lại

Máy bay hoạt động như thế nào? 13

Một khi chiếc máy bay này đã cất cánh xong, phi công sẽ thu các bánh xe vào để giảm lực kéo theo khi máy bay bay

Thu bánh xe lên

Cách thức thiết kế các bánh xe của máy bay là một thí dụ hay của sự khí động hóa Các bánh xe là cần thiết cho sự cất cánh và hạ cánh, nhưng chúng vẫn dính ở bên ngoài khi máy bay đang bay Vì thế, không khí liên tục lùa vào các bánh xe và chuyển động xoáy tròn Nó không thể chảy qua chúng một cách êm ái Để giải quyết vấn đề này, đa số các máy bay ngày nay có những dụng cụ thu bánh xe lên trong khi bay

Máy bay là phi thuyền nặng hơn không khí có các cánh cố định (nghĩa

là các cánh không chuyển động) cùng với một hoặc nhiều động cơ Ở nhiều chiếc máy bay, động cơ thường làm quay một cánh quạt Các cánh quạt thường lắp trên cánh hoặc trên mũi máy bay

Cánh quạt gồm một vài cánh chong chóng quay xung quanh một tâm, hay trục quay Mặt trước của mỗi cánh thuôn tròn Nó có hình cánh máy bay Khi cánh quạt quay, nó làm cho không khí phía trước cánh chuyển động nhanh hơn phía sau chúng Khi đó, áp suất không khí ở phía trước cánh nhỏ hơn ở phía sau Sự chênh lệch áp suất này hút cánh quạt về phía trước Máy bay cũng bị hút về phía trước

Nhưng máy bay đâu chỉ có bay về phía trước là đủ Người phi công cần phải lái được máy bay nữa Vì mục đích này, máy bay có các “mặt điều khiển” Đây là những vạt cử động được trên cánh và đuôi của máy bay

Công dụng của những cánh nhỏ

Vạt điều khiển trên mỗi cánh máy bay được gọi là cánh nhỏ Hai cánh nhỏ hoạt động theo hướng ngược nhau Khi một cánh nhỏ của cánh nâng lên, thì cánh kia hạ xuống Người phi công sử dụng chúng để nghiêng máy bay về phía bên này hoặc bên kia Chuyển động này được gọi là “lạng lách”

Những cánh nhỏ ở khu vực đuôi thì làm máy bay chuyển động theo kiểu khác Đuôi lái, bộ phận dựng đứng ở phía sau đuôi, có thể nhô ra khỏi đuôi về phía trái hoặc về phía phải Người phi công sử dụng đuôi lái để điều khiển máy bay sang trái hoặc sang phải “Bay trệch đường” là một tên gọi khác cho chuyển động này

Ở phần đuôi còn có những cánh nhỏ gọi là bánh lái độ cao Người phi công cho nâng hoặc hạ hai cánh nhỏ này Chúng làm cho máy bay thăng lên hoặc lặn xuống Chuyển động này được gọi là “liệng”

Máy bay hoạt động như thế nào? 15

Anh em nhà Wright

Hai anh em xứ Ohio, Wilbur và Orville Wright, đã chế tạo ra máy bay

có động cơ đầu tiên có khả năng lạng lách, bay trệch và bay liệng Phi thuyền nhỏ của họ, tên gọi là Flyer, thực hiện chuyến bay đầu tiên vào ngày 17 tháng

12 năm 1903, ở gần Kitty Hawk, Bắc Carolina Trong bức ảnh này, chụp vào ngày hôm đó, Orville điều khiển máy bay, còn Wilbur thì giám sát

Không phải máy bay có cánh cố định nào cũng có động cơ Tàu lượn không trung không có động cơ nào cả Để nâng khỏi mặt đất, nó được một máy bay kéo dắt trên đường băng Khi máy bay chạy đủ nhanh, thì cả hai phi thuyền cùng cất cánh

Ở cao trên không trung, máy bay thả tàu lượn ra Từ đó về sau, tàu lượn

tự bay lấy Với bộ cánh dài và mỏng của nó, tàu lượt vụt đi nhẹ nhàng trong không khí Sự bay lượn cũng thật nhẹ nhàng

Nhưng vì không có động cơ, nên tàu lượn không thể tiếp tục được đẩy

về phía trước trong không khí Nó dần dần mất độ cao, và lực hút hấp dẫn đưa phi thuyền trở về mặt đất

Chiếc tàu lượn này sắp hạ cánh Không có động cơ nên tàu lượn từ từ mất độ cao và bị lực hấp dẫn kéo về lại mặt đất

Máy bay hoạt động như thế nào? 17

Tìm luồng không khí đang dâng lên

Tuy nhiên, người phi công tàu lượn muốn ở trong không trung càng lâu càng tốt Để làm như vậy, họ đi tìm những luồng không khí đang dâng lên Thỉnh thoảng, không khí nóng bốc lên từ một cánh đồng cày cấy bên dưới Thỉnh thoảng có gió thổi lên theo phương thẳng đứng ở gần một ngọn núi hoặc một dải đất Những luồng không khí này cũng nâng con tàu lượn lên theo Đa số các chuyến bay tàu lượn kéo dài từ một đến năm giờ đồng hồ

Người phi công lái con tàu lượn lơ lửng này đang tìm kiếm luồng không khí bốc lên trên những cánh đồng nông nghiệp để ở trong không trung càng lâu càng tốt

Bay ở tuổi 14

Để được bay trên tàu lượn, bạn không cần đợi đến tuổi trưởng thành Học viên hàng không có thể tự bay ở tuổi 14 Nhưng họ phải luyện tập vất vả trước khi bay Họ cần phải tham gia 30 đến 40 chuyến bay cùng với giáo viên hướng dẫn Họ cũng phải học tập rất nhiều thứ về sự bay lượn

Để trở thành một phi công tàu lượn có giấy phép, học viên phải đủ 16 tuổi Ở Mĩ, Ban quản lí Hàng không Liên bang (FAA) là cơ quan cấp loại giấy phép này