Thực đơn
Máy_bay
Ước mơ được như chim bay lên bầu trời đã ấp ủ trong lòng nhân loại ở mọi dân tộc, tôn giáo kể từ khi con người biết ước mơ mà điển hình được văn học hình tượng hoá rõ nhất là câu chuyện của cha con Daedalus và Icarus với đôi cánh bằng lông chim gắn sáp trong thần thoại Hy Lạp, hoặc như hình tượng Tề thiên đại thánh của Trung Hoa "cân đẩu vân" đi vạn dặm trong chớp mắt... Nhưng trong hàng nghìn năm đối với con người ước mơ đó chỉ dừng lại ở ước mơ xa: có một vài người có các thí nghiệm bay nhưng rất tiếc đều thất bại và không gây được tiếng vang nào, và con người đã an phận là không thể bay được như chim... Mãi cho đến thời kỳ Phục hưng: trong các ghi chép của Leonardo da Vinci ở thế kỷ 15, thế kỉ 16 người ta tìm thấy các bản vẽ về thiết bị bay có nguyên tắc giống như máy bay trực thăng ngày nay với cơ cấu quay cánh quạt bằng dây chun xoắn lại và có cả bản vẽ người nhảy dù. Từ thời gian đó một số người táo bạo không chỉ ước mơ mà đã tin tưởng là có thể bay được: một loạt các nhà tiên phong hàng không đã có các thực nghiệm để bay vào không trung. Nhưng tất cả họ cho đến thế kỷ 19 đều thực hiện việc bay bằng cơ chế "vỗ cánh" mô phỏng động tác bay của chim và tất cả đều thực hiện việc bay bằng "sức mạnh cơ bắp" (dùng tay vẫy cánh hoặc dùng chân đạp cơ cấu truyền lực như khi đạp xe đạp), khi đó con người chưa có động cơ để thực hiện bay... Chỉ với sức mạnh cơ bắp con người lại gần như tin rằng không thể bay được.
Các bản vẽ của Leonardo da VinciVào thế kỷ 19 với cách mạng khoa học kỹ thuật bùng nổ ở châu Âu và Mỹ con người đã có các nền tảng để bay vào không khí: đó là lý thuyết về thuỷ khí động lực học với các nhà khoa học đi đầu như Daniel Bernoulli, George Cayley, và ở Nga có Nikolai Yegorovich Joukowski (Николай Егорович Жуковский)...trong đó liên quan trực tiếp để bay được là các lý thuyết và tính toán về lực nâng khí động lực học hay còn gọi là lực nâng Joukowski đã được Joukowski trình bày rất rõ ràng khi sáng lập ngành khoa học thuỷ khí động lực học. Sự ra đời của các thế hệ động cơ có công suất lớn gấp nhiều lần sức người mở ra triển vọng thắng trọng lực để bay thực sự vào không khí.
Jean-Marie Le Bris trên lưng máy bay L'Albatros artificial của mình (Pháp 1868): Phía dưới là xe ngựa kéo để xuất phátTừ đầu đến cuối thế kỷ 19 một loạt các nhà tiên phong hàng không đã tiến hành các thí nghiệm bay thành công với lực nâng khí động học bằng tàu lượn như Otto Liliental người Đức đã bay được bằng thiết bị với các cơ cấu bay và lái giống như diều Delta (Deltaplane) mà ngày nay là một ngành thể thao rất phát triển; Huân tước George Cayley người Anh đã dùng thiết bị có động cơ bay được nhưng vẫn không thể tự cất cánh mà vẫn phải dùng ngựa kéo. Một người Pháp là Jean-Marie Le Bris với máy bay L'Albatros artificial có động cơ với trợ lực sức ngựa kéo đã cất cánh và bay lên được độ cao 100 m và xa 200 m... Tất cả các nguyên nhân chính ngăn cản phát triển của hàng không trong thời kỳ này là chưa có một động cơ tốt vừa nhỏ nhẹ vừa phát huy được công suất lớn vì thời kỳ đó con người vẫn chỉ dùng động cơ hơi nước rất nặng nề, có chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) thấp và chưa có nghiên cứu chuyên ngành về khí động lực học nên các nhà tiên phong của Hàng không chỉ làm theo kinh nghiệm mò mẫm, hiệu suất lực nâng không cao đòi hỏi diện tích cánh phải rất lớn, nặng nề và chưa có hình dạng thích hợp để bảo đảm vừa có lực nâng tốt vừa có độ vững chắc của kết cấu cánh.
Đầu thế kỷ 20 với sự xuất hiện của ô tô với động cơ đốt trong chạy xăng mạnh, lại gọn nhẹ thì việc bay được đã trở thành hiện thực trước mắt.
Năm 1903 đánh dấu cho lịch sử Hàng không bằng chuyến bay của anh em nhà Wright người Mỹ, máy bay của họ có động cơ khả dĩ duy trì bay trong một khoảng cách vài trăm mét, tuy rằng chưa thể tự cất cánh mà vẫn phải bằng thiết bị phóng bằng vật nặng cho thả rơi và khi cất cánh, hạ cánh phải lựa theo chiều gió, nhưng thành công của họ cho thấy máy bay là hoàn toàn hiện thực và đã gây tiếng vang lớn trong dư luận, tạo động lực cho việc nghiên cứu phát triển ngành Hàng không.[1]
| Máy bay của Anh em nhà Wright bay biểu diễn cho quân đội Hoa Kỳ 1908 tại Fort Myer | Động cơ máy bay của Anh em nhà Wright |
Ngày 13 tháng 9 năm 1906 Alberto Santos-Dumont tại Paris đã thực hiện chuyến bay trình diễn của máy bay 14 Bis, máy bay này đã tự cất cánh, tự bay và tự hạ cánh không cần thiết bị phóng, chiều gió hoặc các phương tiện phụ trợ từ bên ngoài, nhiều người coi đây thật sự là chuyến bay đầu tiên của máy bay theo đúng nghĩa. Sau đó các cá nhân tiên phong đua nhau sản xuất máy bay, tăng kích thước, tăng công suất, hoàn thiện kết cấu: thời kỳ này máy bay chưa có thân vỏ chỉ có khung xương bằng gỗ, cánh là khung gỗ căng vải, cánh quạt đẩy đặt sau cánh và người lái, thổi gió về phía sau.
Ngày 13 tháng 11 năm 1907 nhà sáng chế người Pháp Paul Cornu tự chế máy bay trực thăng bay lên được độ cao nửa mét và giữ được trong không khí 20 giây.
Trong khi máy bay thông thường từ đây phát triển rất nhanh mạnh thì máy bay trực thăng tiến bộ chậm chạp hơn rất nhiều vì sự phức tạp kỹ thuật của nó. Chỉ đến sau thế chiến II các khó khăn này mới được giải quyết và trực thăng mới có cơ hội phát triển mạnh.
Tuy nhiên phải kể đến một nền tảng đóng vai trò quyết định cho sự phát triển đồ sộ sau này của ngành hàng không vũ trụ, đó chính là sự ra đời của lý thuyết lực nâng cánh máy bay. Lý thuyết này đã được ông tổ của ngành hàng không Liên-Xô Joukowski xây dựng vào những năm đầu thế kỉ XX, được công bố lần đầu tiên tại hội nghị khoa học diễn ra vào năm 1909. Trong tài liệu khoa học hiện đại ngày nay chúng ta được biết đến với tên gọi định lý Kutta–Joukowski theorem. Để chứng minh định lý này, Joukowski đã sử dụng giả thuyết Joukowski-Chaplygin để tính toán giá trị lưu số vector vận tốc [2].
Liên tiếp trong các năm trước thế chiến thứ nhất việc chế tạo máy bay được đẩy mạnh bởi các con người nhiệt huyết và các công ty. Người ta tổ chức các giải thưởng rất lớn cho nhiều cuộc thi hàng năm bay xuyên biển La Manche giữa Paris và London, các cuộc thi này đã góp phần rất lớn cho việc hoàn thiện công nghệ máy bay. Việc nghiên cứu máy bay bây giờ đã không còn là việc của những người nhiệt huyết tiên phong nữa mà đã là cạnh tranh của các quốc gia và các hãng lớn.
Cũng như mọi ngành tiên phong khác máy bay được ứng dụng đầu tiên cho mục đích quân sự và ở thế chiến thứ nhất lần đầu tiên máy bay tham chiến như một lực lượng quân sự mới và sau này trở thành lực lượng không quân của các quốc gia. Và chiến tranh là động lực rất mạnh để hoàn thiện máy bay. Máy bay của thời kỳ này tất cả đã có thân vỏ hình dạng thích hợp để tăng hiệu suất khí động học, vỏ căng bằng vải hoặc ốp bằng gỗ, vẫn chưa có cabin kín cho phi công. Cũng như trước kia lực đẩy vẫn bằng cánh quạt, nhưng để hợp lý cấu trúc máy bay và tăng hiệu suất khí động học và cơ học, các cánh quạt đều là loại kéo tải thay vì đẩy tải như một số các mẫu cũ ở đầu thế kỷ. Do vận tốc còn thấp nên để tăng lực nâng cần diện tích cánh lớn, máy bay có 2 tầng cánh nâng (Biplane). Về vũ trang: súng máy lắp trên cánh hoặc trước mặt phi công hoặc nếu máy bay có hai chỗ ngồi thì người ngồi sau bắn súng máy, hết đạn thì phi công rút súng lục ra bắn nhau. Máy bay có thể không chiến bằng súng hoặc tấn công quân bộ bằng súng hoặc bằng cách thả lựu đạn, ngoài ra còn để tiến công khinh khí cầu của đối phương, tiến hành trinh sát và liên lạc đưa thư. Mẫu máy bay nổi tiếng nhất thời kỳ này là máy bay Sopwith Camel của Anh với các thông số chính như sau: kích thước dài × sải cánh × cao: 5,7 × 8,5 × 2,5 m; Khối lượng rỗng/có tải: 430/672 kg; Vận tốc Max/thiết kế: 180/92 km/h; trần bay 6.400 m; động cơ: 9 xi lanh 150 mã lực.
Thời kỳ giữa hai đại chiến là thời kỳ nở rộ của kỹ thuật máy bay. Yếu tố quan trọng nhất của kỹ thuật máy bay là động cơ được quan tâm đặc biệt, không còn là động cơ tự chế hoặc cải tiến từ động cơ thông thường, mà động cơ máy bay đã được các hãng lớn chuyên sản xuất động cơ máy bay nên đã có công suất rất lớn, có sức lai cánh quạt đường kính lớn, lực đẩy mạnh cho phép nâng sức nặng, kích thước và tốc độ máy bay. Thời kỳ này vẫn là động cơ đốt trong chạy bằng xăng, thường là nhiều xi lanh bố trí hình sao. Các cơ cấu điều khiển của máy bay đã hoàn chỉnh: máy bay đã có thể thực hiện được các hình nhào lộn pilotage phức tạp. Việc tăng kích thước và các thông số của máy bay đòi hỏi kết cấu vững chắc nhưng vẫn phải nhẹ nên thân vỏ gỗ chỉ còn tồn tại trên những máy bay nhẹ loại nhỏ biplane (hai tầng cánh) mà thôi, còn hầu hết máy bay đã có thân hợp kim nhôm vừa nhẹ vừa có độ bền vững kết cấu tốt. Vì tốc độ đã cao (đến 500–700 km/h) nên không cần diện tích cánh lớn nên máy bay chỉ còn một tầng cánh nâng monoplane điều này làm tăng tính cơ động linh hoạt của máy bay lên rất nhiều. Tất cả máy bay đều đã có cabin kín bằng thuỷ tinh hữu cơ. Ngoài những thiết bị bay, máy bay được trang bị thêm rất nhiều các thiết bị phụ trợ khác như radio liên lạc, các hệ vũ khí: súng máy, pháo, bom, đạn các loại. Đặc biệt thời kỳ này người ta đã sử dụng dù như phương tiện cứu sinh cho phi công và để tạo ra một binh chủng mới là quân nhảy dù. Sự phát triển của máy bay thời kỳ trước và trong đại chiến gắn liền với sự phát triển không quân của các nước.
Siêu pháo đài bay B-29 của Hoa Kỳ – máy bay ném bom tầm xa hạng nặngTrước đại chiến không quân các nước đã phát triển chuyên môn hoá ra các nhánh trong không quân là:
Ngoài việc xây dựng lực lượng Không quân đóng căn cứ trên bộ, các cường quốc quân sự nhất là Hoa Kỳ, Nhật Bản phát triển lực lượng không quân của Hải quân trên các tàu sân bay mở ra một loại binh chủng rất mới làm thay đổi hoàn toàn cách thức tiến hành chiến tranh trên biển của nhân loại trong đại chiến và sau này đến tận ngày nay. Các máy bay trên tàu sân bay là loại được thiết kế đặc biệt: có khả năng cất cánh, hạ cánh trên đường băng ngắn. Trên tàu sân bay chỉ chở loại máy bay tiêm kích và tấn công.
Từ trong đại chiến II đến sau này Hoa Kỳ đã vươn lên thành cường quốc không có đối thủ trong ngành Hàng không và nước này luôn coi Hàng không là ưu tiên số một của quốc gia và là xương sống của chính sách quốc phòng của mình. Tại Hoa Kỳ đã sản xuất ra các loại máy bay mà sau này tồn tại hàng chục năm và là mẫu mực để các nước khác hướng đến để tham chiếu khi xây dựng Không quân.
Với sự lớn mạnh của Không quân, tính chất chiến tranh đã thay đổi rất nhiều: có thể mang tàn phá vào rất sâu trong hậu phương quân địch và đòn tấn công từ trên không rất bất ngờ và mãnh liệt. Hầu hết sự tàn phá tiềm lực các thành phố của Đức cũng như của các nước tham chiến là do không quân gây nên. Đối với chiến tranh trên biển với sự xuất hiện của máy bay và tàu sân bay đã chấm hết thời đại của các pháo hạm, các trận hải chiến diễn ra ở rất xa ngoài tầm bắn pháo và tầm quan sát của các bên và các hạm đội tàu sân bay có thể mang máy bay tới tận sát bờ biển của địch. Với bài học về vai trò của không quân, sau chiến tranh thế giới các cường quốc tăng cường chạy đua vũ trang mà mũi nhọn là ở lực lượng Không quân và tên lửa chiến lược.
Sau đại chiến, kỹ thuật máy bay phát triển rất mạnh theo nhiều hướng khác nhau nhưng có thể thấy vài điểm chính đặc trưng cho giai đoạn này là: phát triển động cơ, phát triển cấu trúc máy bay, phát triển các công năng đặc dụng, phát triển theo công nghệ cao và phát triển trực thăng.
Khi vận tốc máy bay đạt đến gần tốc độ âm thanh cánh quạt sẽ chuyển động tương đối trong không khí với vận tốc gần âm thanh và vượt âm thanh điều đó sẽ làm thụt giảm hiệu suất cánh quạt rất mạnh. Vì vậy với cánh quạt cổ điển máy bay không thể đạt được vận tốc âm thanh, Để có vận tốc vượt tốc độ âm thanh máy bay cần phải có cơ chế chuyển động mới đó là cơ chế chuyển động nhờ phản lực là khi động cơ phụt thẳng luồng khí năng lượng cao về phía sau tạo lực đẩy cho máy bay chuyển động về phía trước.
Đây là sự phát triển bao trùm sau đại chiến trong cả hàng không dân dụng và quân dụng. Với sự phát triển này có thể nói sau chiến tranh là thời đại của máy bay phản lực: ngay cuối đại chiến nước Đức Quốc xã đã cho ra đời máy bay phản lực đầu tiên với vận tốc vượt rất xa tất cả các loại tiêm kích đương thời. Ngay sau chiến tranh các cường quốc dẫn đầu cạnh tranh trong chiến tranh Lạnh mà điển hình là Hoa Kỳ và Liên Xô chạy đua quyết liệt để chế tạo máy bay phản lực mà vấn đề chìa khóa của nó là động cơ. Động cơ piston đến cuối đại chiến đã hết tiềm năng, xuất hiện loại động cơ nhiệt mới với nguyên tắc hoạt động hoàn toàn khác đó là động cơ tuốc bin khí (tiếng Anh: gas turbine engine). Đây là động cơ rất gọn, nhưng có công suất cực lớn nếu so với động cơ piston: chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) của nó cao gấp hàng chục lần. Máy bay giờ đây có công suất rất mạnh mà khối lượng, thể tích thậm chí còn giảm nhiều.
Đầu tiên là các máy bay chiến đấu dùng loại động cơ này để biến thành máy bay phản lực. Sau đó các loại khác như vận tải, hành khách, trực thăng cũng lắp động cơ mới để tăng mạnh công suất. Ngày nay hầu hết các loại máy bay đã lắp động cơ tuốc bin khí, động cơ piston chỉ còn lại trên các máy bay dân dụng loại nhỏ như máy bay gia đình Cessna, máy bay thể thao, nông nghiệp...
Để tạo lực đẩy ngang, động cơ tuốc bin khí được lắp trên máy bay theo ba phương án như sau:
Với động cơ tuốc bin khí công suất cao và phương thức tạo lực đẩy phản lực đến giữa những năm 1960 máy bay chiến đấu phản lực đã có thể có vận tốc vượt tốc độ âm thanh (siêu thanh khoảng 1000 km/h) và ngày càng cao hơn nữa. Từ giữa những năm 1970 đã có các máy bay hành khách khổng lồ siêu thanh là Tupolev Tu-144 của Liên Xô và Concorde của hợp tác Pháp – Anh. Các mark máy bay chiến đấu hiện đại ngày nay có số Mach khoảng 2,5 – 3 (vận tốc gấp tốc độ âm thanh).
Sự thay đổi cấu trúc máy bay chủ yếu diễn ra ở máy bay chiến đấu, đi liền với sự thay đổi tốc độ và các thay đổi về công nghệ khác. Dạng khí động học hợp lý cho siêu thanh khác xa với mức dưới âm thanh nên hình thù cánh và thân thay đổi rất nhiều và dần dần có dạng "delta" (mũi tên). Và như loại máy bay ném bom B-2 Spirit tàng hình của Hoa Kỳ hiện nay thì đã không còn ranh giới giữa cánh và thân: máy bay có hình dạng như cá đuối. Một số loại máy bay có dạng "cánh cụp cánh xòe" như B1, F-111, F-22 Raptor của Hoa Kỳ, MIG-23 của Liên Xô là loại có hình dạng và diện tích cánh có thể thay đổi tùy theo yêu cầu tốc độ và tải trọng. Các loại cao tốc như MIG-25 của Liên Xô, của Mỹ có 2 đuôi, và một số loại khác như Eurofighter của châu Âu có cánh phụ nhỏ (canard) ở phía trước.
Các công năng đặc dụng chỉ phát triển cho một số loại đặc dụng như máy bay phản lực cất cánh, hạ cánh thẳng đứng để bố trí tại nơi không có đường băng, loại này có cửa phụt phản lực theo chiều thẳng đứng cho phép máy bay hạ cánh, cất cánh thẳng đứng như một số loại của Anh, Mỹ, Liên Xô điển hình nhất là loại Harrier Jump Jet và F-35 Lightning II của Anh. Thủy phi cơ: cất cánh, hạ cánh trên mặt nước...
Các máy bay của thời kỳ này có những công nghệ rất cao, nhất là công nghệ vật liệu và thiết bị điện tử, viễn thông, máy tính tự động hoá... Trên máy bay có rất nhiều hệ thống radar và chống radar, hệ thống nhận biết địch – ta, hệ thống định vị, dẫn đường... và các phương tiện đấu tranh điện tử. Đặc biệt đến cuối thế kỷ 20 Hoa Kỳ cho ra đời các loại máy bay với công nghệ tàng hình không bị phát hiện bằng sóng radar là B-2 và F-117.
Ngay từ đầu thế kỷ 20 song hành cùng máy bay cánh cố định, trực thăng cũng đã được nghiên cứu phát triển, nhưng vì những khó khăn về kỹ thuật trong vấn đề cộng hưởng, độ ổ định, vật liệu, điều khiển... nên trực thăng phát triển rất chậm chạp so với máy bay cánh cố định. Chỉ sau thế chiến II các vấn đề kỹ thuật rất phức tạp trên mới được giải quyết tạo sự ứng dụng đại trà cho trực thăng vào các lĩnh vực cuộc sống, kinh tế và đặc biệt trong quân sự. Vì các ưu việt rất độc đáo là khả năng cất cánh, hạ cánh thẳng đứng không cần đường băng và khả năng bay đứng treo một chỗ của loại máy bay này mà trong các năm 1950, 1960 đã xảy ra sự bùng nổ của trực thăng và tiếp diễn đến bây giờ.
Máy bay trực thăng của thời kỳ này được trang bị động cơ tuốc bin khí với công suất rất lớn, tải trọng rất mạnh, với đầy đủ cơ cấu điều khiển cho phép loại máy bay này có tính cơ động rất cao và rất đa dạng theo các phương án thiết kế. Và đến những năm 1970 – 1980 thì trực thăng dường như đã đạt đến độ hoàn thiện của nó.
Thực đơn
Máy_bayLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Máy_bay