Máy bay hạ độ cao như thế nào năm 2024

Khi bay càng cao, máy bay càng tiết kiệm nhiên liệu, bay nhanh hơn và êm hơn. Thế nhưng chúng không thể bay vào vũ trụ vì một số giới hạn thiết kế.

Khi bay càng cao, máy bay càng tiết kiệm nhiên liệu, bay nhanh hơn và êm hơn. Thế nhưng chúng không thể bay vào vũ trụ vì một số giới hạn thiết kế.

Vì một số giới hạn trong thiết kế, máy bay dân dụng không thể bay ra không gian

Theo ScienceABC, máy bay thương mại thường bay ổn định ở độ cao 10.700m cách mặt đất. Đây được xem là độ cao lý tưởng giúp các hãng hàng không tiết kiệm tiền, bay nhanh và an toàn hơn.

Có ba lý do chính để giải thích việc này.

Khi bay càng cao, mật độ không khí càng loãng. Điều này giúp lực cản của máy bay giảm xuống. Bên cạnh đó, không khí ép xuống thân máy bay cũng thấp hơn không khí nâng.

Đồng thời, máy bay cũng phải di chuyển nhanh hơn để có thêm lực nâng của không khí. Vì thế khi di chuyển ở độ cao lớn, máy bay sẽ tiêu thụ ít nhiên liệu và bay nhanh hơn.

Một lý do nữa là sự thoải mái. Một chiếc máy bay có thể bay ở độ cao 10.700 - 42.000 m cách mặt đất. Các hiện tượng thời tiết có ảnh hưởng lớn nhất ở độ cao 0-10.700 m.

Nếu bay trên độ cao này, máy bay sẽ không phải chịu ảnh hưởng lớn của tình trạng nhiễu loạn thời tiết đó. Điều này giúp hành khách trải qua một chuyến bay nhẹ nhàng và thoải mái hơn.

Lý do cuối cùng là vì an toàn của mọi người. Trong trường hợp máy bay đang ở độ cao 11.900 m và có chuyện gì đó xảy ra với động cơ, các phi công sẽ có thêm thời gian để khắc phục sự cố và liên lạc với trung tâm điều hành trước khi hạ cánh khẩn cấp.

Hầu hết máy bay hiện đại đều có hệ thống phản ứng khi gặp sự cố rất tốt. Mọi người thường nghĩ khi hỏng động cơ, máy bay sẽ rơi tự do. Nhưng sự thật không phải như vậy. Máy bay sẽ lượn tới phía trước.

Nhiễu động không khí theo do địa hình sẽ không tác động đến máy bay nếu nó đạt được độ cao an toàn

Với mỗi m rơi, máy bay sẽ lượn 16-17m tới phía trước. Như vậy, tính từ lúc hỏng động cơ ở độ cao 10.000m đến khi hạ cánh, máy bay có thể đi thêm 160km nữa.

Điều này cho phép phi công điều khiển máy bay tới sân bay gần nhất để hạ cánh khẩn cấp. Như vậy, bay cao hơn sẽ giúp máy bay tiết kiệm, an toàn, nhanh hơn.

Bên cạnh đó, việc bay ở độ cao 10km so với mực nước biển sẽ khiến máy bay không va phải những chú chim trên trời. Các mẫu máy bay dân dụng có thể đạt tốc độ trên 900 km/h. Việc va phải một chú chim có thể ngang với việc va phải một viên đạn bay với vận tốc 1.220 km/h.

Ngày 15/1/2009, một chiếc Airbus 320 của US Airway mang số hiệu 1549 đã phải hạ cánh tại sông Hudson sau khi va phải một chú chim khi chỉ vừa cất cánh từ sân bay LaGuardia, New York.

Máy bay 1549 của US Airway đã phải hạ cánh trên sông sau khi va phải một chú chim.

Vậy tại sao máy bay không bay cao và nhanh hơn giới hạn trên?

Càng bay lên cao, không khí càng loãng. Vì vậy, máy bay phải tăng tốc để nhận đủ lượng không khí giúp nâng cánh. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ bay sẽ bằng vận tốc âm thanh. Điều này phá vỡ bức tường âm thanh, tạo ra sóng xung kích, phá hủy kết cấu máy bay thương mại.

Có một số máy bay được thiết kế để bay nhanh hơn vận tốc âm thanh. Tuy vậy, những loại máy bay này phục vụ mục đích khoa học, quân sự chứ không dùng để chở khách, ngoại trừ máy bay Concorde của Pháp và Tu-144 của Liên Xô. Sau một số tai nạn, hai loại máy bay này đều bị ngừng sử dụng.

Thêm nữa, nếu bay ở nơi không khí loãng, động cơ của máy bay sẽ không đủ oxy để đốt cháy. Khi mật độ không khí giảm, lực đẩy của động cơ cũng giảm.

Và khi các đợt nắng nóng trở nên thường xuyên hơn, vấn đề có thể tác động tới nhiều chuyến bay hơn, buộc các hãng hàng không phải để hành khách ở lại mặt đất, theo CNN.

“Thách thức cơ bản đối với bất kỳ chiếc máy bay nào khi nó cất cánh là máy bay rất nặng và lực hấp dẫn muốn giữ chúng ở trên mặt đất”, Paul Williams, giáo sư ngành Khí quyển học tại Đại học Reading ở Anh, cho biết.

“Để vượt qua trọng lực, chúng cần tạo ra lực nâng, đó là bầu khí quyển đẩy máy bay lên. Lực nâng phụ thuộc vào một số yếu tố, nhưng một trong những yếu tố quan trọng nhất là nhiệt độ của không khí – và khi không khí nóng lên, nó sẽ giãn nở ra, do đó số lượng phân tử có sẵn để đẩy máy bay lên sẽ giảm đi”.

Chuyên gia này cho biết, với mỗi 3 độ C nhiệt độ tăng lên, lực nâng của máy bay sẽ giảm đi hơn 1%.

“Đó là lý do tại sao nhiệt độ cực cao khiến máy bay khó cất cánh hơn – và trong một số điều kiện thực sự khắc nghiệt, điều đó hoàn toàn có thể trở thành bất khả thi”, ông nói.

Vấn đề này tác động trầm trọng hơn tới các sân bay ở độ cao lớn, nơi không khí vốn đã loãng hơn và với đường băng ngắn, khiến máy bay có ít khoảng trống hơn để tăng tốc. Theo chuyên gia Williams, ở nhiệt độ 20 độ C, máy bay chỉ cần một đường băng dài 1900m là đủ cất cánh. Tuy nhiên, ở mức nhiệt độ 40 độ C, máy bay sẽ cần đường băng dài 2,5km để bay lên không trung.

'Sự tĩnh lặng toàn cầu'

Williams và nhóm của ông đã nghiên cứu dữ liệu lịch sử từ 10 sân bay ở Hy Lạp, tất cả đều có đặc điểm là nhiệt độ mùa hè cao và đường băng ngắn. Họ đã tìm thấy sự nóng lên 0,75 độ C sau mỗi thập kỷ kể từ những năm 1970.

Williams cho biết: “Chúng tôi cũng nhận thấy gió ngược dọc theo đường băng giảm 2,3 hải lý mỗi thập kỷ.Gió ngược có lợi cho việc cất cánh. Tuy nhiên một số bằng chứng cho thấy biến đổi khí hậu đang gây ra cái gọi là 'sự tĩnh lặng toàn cầu', đó là lý do tại sao gió dường như đang chậm lại."

Sau đó, nhóm nghiên cứu đưa những nhiệt độ và sức gió ngược đó vào máy tính hiệu suất cất cánh của máy bay cho nhiều loại máy bay khác nhau, bao gồm cả Airbus A320 – một trong những loại máy bay phổ biến nhất trên thế giới.

“Những gì chúng tôi nhận thấy là trọng lượng cất cánh tối đa đã giảm 127 kg mỗi năm – gần tương đương với trọng lượng của một hành khách cộng với vali của họ. Điều này có nghĩa là mỗi năm máy bay có thể chở ít hơn một hành khách,” Williams nói.

Từ khi được trình làng vào năm 1988 cho đến năm 2017, A320 đã giảm hơn 3628kg trọng lượng cất cánh tối đa tại sân bay Quốc gia Đảo Chios, sân bay chính trong nghiên cứu, có chiều dài đường băng chỉ dưới 1.500 mét.

Sân bay Thành phố London, ở khu tài chính của thủ đô Vương quốc Anh,cũng có một đường băng chỉ dài khoảng 1500m. Trong đợt nắng nóng năm 2018, hơn chục chuyến bay buộc phải giảm bớt hành khách để có thể cất cánh an toàn. Một chuyến bay thậm chí đã buộc 20 hành khách phải quay lại sân bay để có thể cất cánh. Năm 2017, hàng chục chuyến bay bị hủy toàn bộ trong vài ngày tại sân bay quốc tế Sky Harbor của Phoenix, khi nhiệt độ tại đây lên tới 48,8 độ C, cao hơn nhiệt độ hoạt động tối đa của nhiều máy bay chở khách.

Một nghiên cứu từ Đại học Columbia dự đoán rằng vào năm 2050, một chiếc máy bay thân hẹp điển hình như Boeing 737 sẽ phải chịu hạn chế về trọng lượng tăng thêm từ 50% đến 200% trong những tháng mùa hè tại bốn sân bay lớn của Mỹ: La Guardia, Sân bay Quốc gia Reagan, Quốc tế Denver và Sky Harbor. May mắn thay, các hãng hàng không không bất lực trước vấn đề này. Đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra.

Chẳng hạn, các hãng hàng không sẽ lên lịch khởi hành cách xa thời điểm nóng nhất trong ngày, với nhiều chuyến khởi hành vào sáng sớm và tối muộn. Đây là một chiến thuật đã được sử dụng ở những khu vực nóng như Trung Đông. Trong khi đó, các máy bay nhẹ hơn cũng ít bị ảnh hưởng bởi vấn đề này. Vì vậy điều này có thể đẩy nhanh việc sử dụng các vật liệu composite như sợi carbon cho khung máy bay.

Trong thời gian các máy bay đời mới được xuất xưởng, các nhà sản xuất như Boeing đã cung cấp tùy chọn “nóng và cao” trên một số máy bay của họ, dành cho các hãng hàng không dự định sử dụng chúng rộng rãi ở các sân bay có độ cao lớn, nhiệt độ cao. Tùy chọn này cung cấp lực đẩy bổ sung và bề mặt khí động học lớn hơn để bù đắp cho việc mất lực nâng mà không thay đổi phạm vi hoạt động hoặc sức chứa hành khách.

Tất nhiên, một cách tiếp cận quyết liệt hơn sẽ là kéo dài đường băng, mặc dù điều này có thể không thực hiện được ở tất cả các sân bay. Trong một số trường hợp, khi không có giải pháp nào trong số này được áp dụng, hành khách sẽ phải nhường chỗ.

Tuy nhiên, đây sẽ vẫn là một vấn đề nhỏ trong tương lai gần. Những người buộc phải rời khỏi máy bay vì trời quá nóng là rất hiếm và sẽ ít xảy ra trong tương lai. Hầu hết các máy bay không bao giờ đạt trọng lượng cất cánh tối đa, vì vậy điều này sẽ xảy ra trong một số trường hợp hiếm hoi – chủ yếu là các sân bay có đường băng ngắn, ở độ cao lớn và vào mùa hè.

Máy bay quân sự bay cao nhất được bao nhiêu km?

MiG-25 có trần bay cao kỷ lục – 37,65 km và là máy bay chiến đấu nhanh nhất thế giới từng được sử dụng.

Tại sao máy bay thường bay ở độ cao trên 10.000 m?

Tránh được thời tiết xấu Tình trạng thời tiết khi bạn nhìn qua ô cửa sổ ở độ cao hơn 10.000m rất khác với lúc chúng ta hạ cánh. Thông thường khi bay ở độ cao đó, máy bay sẽ tránh được phần lớn hiện tượng thời tiết xấu, dù bên dưới có mưa to gió lớn thế nào thì cũng không ảnh hưởng đến quá trình di chuyển.

Máy bay bay ổn định ở độ cao bao nhiêu?

Máy bay thương mại thường bay ở độ cao trên 9.144 m. Trong phần lớn trường hợp, máy bay chở khách sẽ bay ở độ cao hơn 9.144 m, theo John Cox, cựu phi công lái máy bay thương mại kiêm giám đốc công ty tư vấn Safety Operating Systems. Máy bay có thể lên cao tới 12.192 – 12.496 m, nhưng trường hợp đó tương đối hiếm.

Máy bay chở khách bay cao bao nhiêu km?

Máy bay tư nhân có thể bay cao hơn 15.500 m, trong khi đa số máy bay chở khách thương mại hoạt động ở độ cao 9.000 - 12.000 m.