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. Máy bay hoạt động như thế nào? 2 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. Máy bay hoạt động như thế nào? 4 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. Máy bay hoạt động như thế nào? 6 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. [...]... thay i v trí Khi bay t c cao thì cánh b c p ra phía sau Như v y làm phi thuy n lư t i êm Nhưng t c th p, các cánh bám th ng v i sư n bên c a máy bay Máy bay lo i này h cánh và c t cánh v i hai cánh v trí chĩa th ng ra như v y Máy bay tàng hình B-2 Spirit là m t lo i máy bay ném bom quân s c bi t Khi bay trên tr i, khó quan sát th y máy bay này ó là nguyên do khi n nó ư c g i là máy bay ném bom “tàng... dư i Tác d ng này y máy bay i lên M t khi phi thuy n ã trên không trung thì các ng cơ ph n l c chuy n sang y v trư c Chi c máy bay ném bom “tàng hình” B-2 Spirit khó b k thù phát hi n ra Máy bay ho t ng như th nào? 22 Nh ng máy bay có cánh c bi t V i nh ng s m nh chi n u, quân i c n có nhi u máy bay M i máy bay có m t nhi m v khác nhau M t máy bay chi n u, ch ng h n, ư c thi t k bay t c cao l n ch m... 18.300m, nó bay cao g p g n hai l n so v i nh ng máy bay dân d ng khác Concorde l p k l c như v y nh hình dáng c bi t và nh ng ng cơ ph n l c m nh m c a nó Nhưng chi phí i u hành nó r t t n kém và nó không th ch quá nhi u ngư i Cho nên các công ti có máy bay Concorde ã không cho nó bay n a vì h không th thu l i nhu n t nh ng chuy n bay Concorde Máy bay ho t ng như th nào? 19 Gi ng như máy bay, tr c thăng... nhiên li u Nhưng chuy n d ng cu i cùng c a h ã không theo k ho ch Máy bay c a Earhart b h t nhiên li u Nh ng ngư i c u h ã tìm ki m khá lâu Nhưng không ai tìm th y chi c máy bay – cùng v i hai hành khách c a nó Máy bay ho t ng như th nào? 26 Amelia Earhart ng trư c chi c máy bay c a bà, trư c chuy n bay năm 1937 Thú vui bay lư n Hãy nói m t chút v thú vui bay lư n, Amelia Earhart t ng phát bi u như th... bánh xe c a máy bay là m t thí d hay c a s khí ng hóa Các bánh xe là c n thi t cho s c t cánh và h cánh, nhưng chúng v n dính bên ngoài khi máy bay ang bay Vì th , không khí liên t c lùa vào các bánh xe và chuy n ng xoáy tròn Nó không th ch y qua chúng m t cách êm ái gi i quy t v n này, a s các máy bay ngày nay có nh ng d ng c thu bánh xe lên trong khi bay Máy bay ho t ng như th nào? 13 Máy bay là phi... phía sau S chênh l ch áp su t này hút cánh qu t v phía trư c Máy bay cũng b hút v phía trư c Nhưng máy bay âu ch có bay v phía trư c là Ngư i phi công c n ph i lái ư c máy bay n a Vì m c ích này, máy bay có các “m t i u khi n” ây là nh ng v t c ng ư c trên cánh và uôi c a máy bay Công d ng c a nh ng cánh nh V t i u khi n trên m i cánh máy bay ư c g i là cánh nh Hai cánh nh ho t ng theo hư ng ngư c... ngày hôm ó, Orville i u khi n máy bay, còn Wilbur thì giám sát Máy bay ho t ng như th nào? 15 Không ph i máy bay có cánh c nh nào cũng có ng cơ Tàu lư n không trung không có ng cơ nào c nâng kh i m t t, nó ư c m t máy bay kéo d t trên ư ng băng Khi máy bay ch y nhanh, thì c hai phi thuy n cùng c t cánh cao trên không trung, máy bay th tàu lư n ra T ó v sau, tàu lư n t bay l y V i b cánh dài và m ng... riêng cho bay M t bánh lái ngang th hai dùng cho h cánh Máy bay ho t ng như th nào? 18 Chi c máy bay dân d ng này chu n b h cánh s d ng các cánh nh c a nó và th ra các bánh xe ti p t c a nó gi m t c Máy bay Concorde – Vua t c H i năm 2003, m t lo i máy bay dân d ng n i ti ng ã ngh hưu, tên g i c a nó là Concorde Phi thuy n này bay nhanh hơn nh ng máy bay dân d ng khác n 12 l n t c 2180 km/h, nó bay nhanh... d n gi cho máy bay trong không trung và chuy n ng v phía trư c, các ng cơ ho t ng m nh hơn cho máy bay bay trong không khí, l c nâng t các cánh c a nó ph i m nh hơn l c h p d n, và l c y v phía trư c t nh ng ng cơ c a nó ph i m nh hơn l c c a không khí y ngư c l i Máy bay ho t ng như th nào? 12 M t khi chi c máy bay này ã c t cánh xong, phi công s thu các bánh xe vào kéo theo khi máy bay bay gi m l... khí trong m t khí c u, ch ng h n, là s lư ng phân t và m c g n nhau c a các phân t bên trong nó Máy bay ho t ng như th nào? uôi lái – Cánh nh di ng ư c uôi máy bay giúp máy bay r trái ho c r ph i chuy n ng này g i là bay tr ch” hình cánh máy bay – M t b ph n, thí d như cánh, có m t b m t cong Hình cánh máy bay ư c thi t k nâng phi thuy n lên lái – D n hư ng trên m t hành trình nh t nh l c y–L c trư