Concorde - Siêu phi cơ dân sự nhanh hơn cả âm thanh
| 06/12/2011 06:17 PM
Cùng tìm hiểu về chiếc máy bay có khả năng bay nhanh hơn tốc độ âm thanh.
Công việc quá bận rộn, và bạn cần một chuyến bay khẩn cấp từ London về New York? Lúc này, Concorde - chiếc máy bay với tốc độ nhanh nhất thế giới có lẽ sẽ là giải pháp của bạn. Với khả năng di chuyển nhanh hơn cả tốc độ âm thanh, chuyến đi của bạn có lẽ sẽ chỉ kéo dài vài giờ đồng hồ. Vậy làm cách nào để những chiếc máy bay này có thể vượt Đại Tây Dương với một khoảng thời gian ngắn đến vậy? Hãy cùng chúng tôi tìm câu trả lời qua bài viết dưới đây.
Những chiếc Concorde đầu tiên
Năm 1962, chính phủ Anh và Pháp đã ký thỏa thuận phát triển một loại máy bay vận tải siêu âm (Supersonic Transport Aircraft - SST). Sản phẩm này được phát triển chung bởi 2 hãng chế tạo máy bay British Aerospace và Aerospatiale. Hai nguyên mẫu ra đời, và các chuyến bay thử nghiệm đầu tiên được tiến hành vào năm 1969. Tổng cộng có 20 chiếc Concorde đã được tạo ra trong giai đoạn này.
Trong thời gian này, chính phủ Mỹ và Liên Xô cũng đã lên kế hoạch xây dựng những mẫu SST đầu tiên. Tại Mỹ, Boeing đã được giao vai trò này, tuy nhiên, dự án đã bị phá hủy vào năm 1971 sau khi có báo cáo cho rằng dự án này là quá tốn kém. Về phía Nga, chiếc Concorde đầu tiên đã ra đời với tên gọi Tupolev Tu - 144, hay một biệt danh khác "Konkordski".
Tuy nhiên, chiếc Tu - 144 đã rơi trong lần cất cánh thử nghiệm tại Triển lãm hàng không Paris. Vụ tai nạn được cho là do lỗi của phi công, nhưng Tu - 144 sau đó cũng đã bị đình chỉ sử dụng. Số phận của những chiếc Tu - 144 này sau đó là nằm lại trong viện bảo tàng, một số khác được sử dụng trong việc nghiên cứu để cải tiến và tạo ra những mẫu SST mới.
Ngày 25 tháng 7 năm 2000, chiếc Air France Concorde với lịch trình Paris - New York đã rơi chỉ vài phút sau khi cất cánh. Vụ tai nạn đã làm thiệt mạng tất cả hành khách và phi hành đoàn cũng như một số người không may mắn có mặt tại hiện trường vụ rơi máy bay. Nguyên nhân vụ tai nạn này được cho là do lỗi kỹ thuật thuộc về đường băng làm cho các lốp bánh của chiếc Concorde nổ tung. Không chỉ vậy, các mảnh vụn lốp này còn bị cuốn vào động cơ và thùng nhiên liệu, gây ra một vụ nổ với bán kính vào khoảng 200 feet (khoảng 6 mét). Chiếc máy bay này sau đó đã đâm vào một khách sạn ở gần đó, tiếp tục gây thêm thiệt hại về người và vật chất. Cả hai hãng máy bay British Airways và Air France ngay sau đó đã lập tức hủy ngay tất cả những chuyến bay có sự hiện diện của Concorde.
Sự khác biệt của Concorde
Concorde bay nhanh hơn và cao hơn so với hầu hết các loại máy bay phản lực dân dụng hiện nay. Cùng so sánh với một chiếc Boeing 747, với vận tốc bay trung bình là 900 km/h, độ cao tối đa là 10.000 mét. Trong khi đó, những con số này ở một chiếc Concorde là 2200 km/h và 18.000 mét. Có thể thấy, một chiếc Concorde có thể bay nhanh hơn cả vận tốc âm thanh (khoảng 1200 km/h), và có thể đạt độ cao gần gấp đôi một chiếc máy bay thông thường. Vậy điều gì đã tạo nên sự khác biệt đó?
Kiểu dáng
Bất cứ chiếc máy bay nào khi đạt đến ngưỡng vận tốc âm thanh (1100 ft/s, hay 343 m/s), đều sẽ gặp phải lực cản rất lớn từ "bức tường" không khí. Để phá vỡ bức tường này, chiếc máy bay cần phải được thiết kế hợp lý. Về cơ bản, thiết kế của Concorde gồm những điểm sau:
Thân máy bay dạng hình kim
Thân của Concorde có chiều rộng chỉ khoảng 2.7 mét, dài khoảng 61.7 mét. Chính kiểu dáng dài, thuôn nhọn của Concorde đã làm giảm đáng kể lực cản tác động lên máy bay khi nó di chuyển với tốc độ nhanh hơn cả vận tốc âm thanh.
Kiểu cánh tam giác có khả năng gấp về phía sau
Cánh của Concorde rất mỏng, có hình tam giác, và có khả năng gấp lại về phía sau. Điều này đồng nghĩa với việc gần như không hề có một khoảng không gian nào nằm giữa thân và cánh máy bay. Vai trò của đôi cánh này là:
Giảm lực cản từ không khí.
Tạo ra một lực nân đủ lớn giúp máy bay cất cánh và hạ cánh.
Giúp đường bay trở nên ổn định hơn.
Mũi di động
Mũi máy bay với cấu trúc thuôn dài, dạng kim giúp máy bay có khả năng "đâm xuyên" qua bức tường không khí phía trước. Các mũi này có khả năng nghiêng lên trên hoặc xuống dưới, để giúp cho phi công có thể nhìn thấy đường băng. Những tấm che nằm trên mũi máy bay sẽ giúp bảo vệ kính chắn gió khi chiếc máy bay này lao đi với vận tốc siêu âm.
Thiết kế đuôi
Như đã đề cập ở trên, vì các cánh đã làm quá tốt vai trò ổn định đường bay, nên Concorde không cần đến các cấu trúc ổn định đường bay ở phần đuôi, như hầu hết các loại máy bay khác.
Từ những thiết kế trên, hẳn bạn đọc giờ đây có thể hiểu vì sao những chiếc Concorde lại có thể dễ dàng bay với tốc độ siêu âm mà không hề lo ngại về lực cản khủng khiếp của "bức tường" không khí.
Động cơ
Là cái sẽ cung cấp cho Concorde động lực cần thiết cho việc cất cánh, bay, và hạ cánh. Concorde có đến 4 động cơ phản lực tuabin Rolls Royce/Snecma Olympus 593. Mỗi động cơ có khả năng tạo ra một lực đẩy lên đến 180 kN. Khi bốn động cơ này hoạt động cùng nhau, chúng sẽ tiêu tốn vào khoảng 26.000 lít nhiên liệu mỗi giờ.
Ngoài ra, loại động cơ và vị trí đặt động cơ của Concorde cũng có đôi chút khác biệt so với các loại máy bay khác. Động cơ của Concorde được gắn trực tiếp vào mặt dưới của cánh mà không hề cần đến những thanh chắn động cơ. Thiết kế này giúp giảm sự nhiễu loạn không khí, làm cho động cơ hoạt động ổn định hơn. Mặt khác, khi bay với tốc độ siêu âm, các thanh chắn này sẽ trở nên quá tải và nhanh chóng vỡ vụn.
Động cơ của Concorde là loại sử dụng thêm buồng đốt phụ, và lực đẩy bổ sung từ buồng đốt này sẽ giúp Concorde có thể đạt được vận tốc siêu âm. Buồng đốt phụ sẽ trộn thêm nhiên liệu với khí ga đến từ buồng đốt chính, và sau đó đốt cháy hỗn hợp này để tạo ra một lực đẩy đủ lớn giúp chiếc Concorde lao đi với tốc độ nhanh hơn cả tốc độ âm thanh.
Một số thiết kế khác
Thùng nhiên liệu
Concorde có tới 17 thùng nhiên liệu, với khả năng trữ tổng cộng khoảng 32.000 gallon (tương đương với khoảng 120.000 lít) nhiên liệu. Các thùng nhiên liệu chính nằm ở hai bên cánh (5 thùng mỗi bên), và ở thân máy bay (4 thùng). Các thùng nhiên liệu phụ trợ nằm ở phía trước (2 thùng) và ở đuôi máy bay. Không giống như những máy bay khác, nhiên liệu được sử dụng ở đây không chỉ là tạo lực đẩy, mà nó giúp tạo ra sự ổn định khí động học trong suốt quá trình bay. Nói một cách đơn giản hơn, lực tạo ra từ những thùng nhiên phụ trợ sẽ giúp cho trọng tâm của chiếc máy bay luôn ổn định, bất chấp điều kiện bên ngoài là thế nào đi nữa.
Sơn và vật liệu
Do Concorde di chuyển nhanh hơn so với âm thanh, áp suất không khí và sự ma sát sẽ tạo ra một sức nóng đủ khả năng đốt cháy chiếc máy bay này. Để giúp giảm bớt sự hấp thu các bức xạ nhiệt này, Concorde sử dụng một loại sơn có khả năng phản xạ ánh sáng cao hơn gấp 2 lần so với các máy bay khác.
Mặt khác, lượng nhiệt trên cũng có thể làm cho khung máy bay giãn nở rộng đến 20 cm trong mỗi lần bay. Để giảm thiểu điều này, Concorde sử dụng vật liệu là một loại hợp kim nhôm đặc biệt (AU2GN), có trọng lượng nhẹ hơn và chịu nhiệt tốt hơn so với titan.
Một chuyến bay trên Concorde
Hãy cùng tưởng tượng rằng bạn là một du khách chuẩn bị có một chuyến bay từ London về New York trên một chiếc Concorde. Bạn đến sân bay lúc 10h30' sáng, kiểm tra giấy tờ, thủ tục và hành lý của bạn, và sau đó bước chân lên máy bay. Bạn tiến đến chỗ ngồi của mình và chờ máy bay cất cánh.
Thời điểm đã đến, chiếc máy bay lao đi và bạn nhanh chóng đạt vận tốc 362km/h chỉ trong 3 giây - gia tốc khủng khiếp này sẽ đẩy bạn bật ngược trở về sau. Tiếng động cơ gầm rú qua các cabin, và bạn nhận ra mình đã ở độ cao 18km. Lúc này, bạn thấy mình đã bay nhanh hơn cả một tiếng hét. Hãy thử nhìn ra ngoài cửa sổ, bạn sẽ thấy những đường cong kỳ ảo, vì lúc này đây bạn đang ở ranh giới giữa tầng bình lưu và tầng điện ly của Trái đất.
Trong suốt chuyến bay, bạn có thể thưởng thức một bữa ăn có chất lượng tương đương với những khách sạn 5 sao, kèm theo đó là rượu vang hoặc sâm-panh. Trên thực tế, bữa ăn của bạn có thể bị gián đoạn, vì thời gian cho chuyến bay này chỉ là 2-3 giờ. Khi bạn đã gần đến New York, chiếc máy bay sẽ giảm dần tốc độ và hạ cánh. Bạn đặt chân xuống New York, và nhận ra rằng mình phải chỉnh lại đồng hồ, vì lúc này mới là 9h30' sáng, sớm hơn 1 tiếng so với thời điểm bạn bước chân lên máy bay.
Hơn 2,5 triệu hành khách đã trải nghiệm cảm giác được bay trên một chiếc Concorde. Và chi phí cho chuyến bay một chiều vào khoảng... 5.000 đô la.
Những chiếc Concorde trong tương lai
Trong một tương lai gần, tốc độ của những chiếc Concorde sẽ được cải thiện, với kỳ vọng đặt ra là chúng có thể bay nhanh gấp...2 lần những người đàn anh của mình. Nhiều nghiên cứu đã được đặt ra nhằm tạo ra một đường bay thẳng từ New York tới Tokyo chỉ trong khoảng thời gian...dưới 1h đồng hồ.
Không chỉ dừng lại ở đó, những nỗ lực hiện nay của các nhà nghiên cứu còn nhằm mục đích đưa Concorde bay ra ngoài vũ trụ. Để đạt được điều này, có lẽ họ sẽ còn phải giải đáp nhiều vấn đề liên quan đến động cơ, nhiên liệu, lực cản của tầng khí quyển....
Hãy cùng chờ xem tương lai của những chiếc Concorde này là như thế nào. Một chuyến bay thẳng tới Mặt trăng trong khoảng thời gian dưới-một-giờ, tại sao không?