Tìm hiểu trực thăng - chiếc 'máy bay treo' kỳ diệu nhất của con người
Từ bao đời nay, giấc mơ chinh phục bầu trời luôn thôi thúc con người tìm tòi và sáng tạo. Bên cạnh máy bay cánh cố định, trực thăng nổi lên như một kỳ quan cơ khí, minh chứng cho sự kiên trì và khả năng vô tận của trí tuệ con người.
Khả nâng cất, hạ cánh thẳng đứng, giữ trạng thái lơ lửng trên không và di chuyển linh hoạt trong không gian hẹp đã biến trực thăng thành một phương tiện không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực. Hành trình phát triển của máy bay trực thăng, từ ý tưởng sơ khai đến những cỗ máy phức tạp ngày nay là một câu chuyện đầy thú vị về sự sáng tạo không ngừng.
Khái niệm sơ khai về loại máy bay "lên thẳng"
Trước khi máy bay cánh cố định ra đời, con người đã mơ về cỗ máy có thể bay thẳng lên trời. Thật bất ngờ, cảm hứng đầu tiên cho trực thăng lại bắt nguồn từ một món đồ chơi dân gian – con quay tre. Khi xoay nhanh giữa hai bàn tay, nó bay vút lên, minh chứng cho nguyên lý: vật thể quay tạo ra lực nâng. Từ đó, hành trình chinh phục bầu trời theo phương thẳng đứng bắt đầu.
Một trong những nỗ lực đầu tiên nhằm hiện thực hóa giấc mơ bay thẳng đứng đến từ nhà khoa học Nga Mikhail Lomonosov. Năm 1754, ông chế tạo mô hình rô-to nhỏ dùng lò xo cót để tạo lực quay – minh chứng cho khả năng tạo lực nâng từ chuyển động xoay.
Cuối thế kỷ 18, nhà tự nhiên học Pháp Christian de Launoy tiếp nối với một thiết kế phức tạp hơn: rô-to bằng lông gà tây, quay ngược chiều bằng dây và cung, mở ra những bước tiến mới trong việc chinh phục bầu trời bằng nguyên lý rô-to.
Những thử nghiệm ban đầu đã đặt nền móng cho sự phát triển của trực thăng, nhưng phải đến khi những bộ óc vĩ đại như Leonardo da Vinci và George Cayley tham gia, những ý tưởng đột phá mới bắt đầu xuất hiện.
Leonardo da Vinci đã để lại những bản phác thảo tỉ mỉ về "vít xoắn trên không". Thiết kế của da Vinci cho thấy tầm nhìn vượt thời đại của ông về một cỗ máy có thể bay lên thẳng đứng. Cỗ máy này sử dụng một cánh quạt bằng vải lanh quấn quanh một trục, được vận hành bởi bốn người. Tuy nhiên, thiết kế này quá nặng để có thể bay lên, và nó vẫn chỉ là một ý tưởng trên giấy.
Nhà khoa học người Anh George Cayley đã góp phần quan trọng vào sự ra đời của trực thăng với mô hình “xe ngựa trên không” – trang bị hai rô-to quay ngược chiều và động cơ chạy bằng thuốc súng, dù chưa thành công. Thiết kế của ông thể hiện hiểu biết sâu sắc về khí động học.
Đầu thế kỷ 20, Thomas Edison cũng miệt mài thử nghiệm rô-to và động cơ với mong muốn tạo ra trực thăng thực thụ. Dù thất bại, những nỗ lực của ông đặt nền móng cho các đột phá sau này.
Từ thử nghiệm đến thành công
Mặc dù những nỗ lực ban đầu rất đáng khích lệ, tuy nhiên chúng chủ yếu mang tính thử nghiệm và chưa thể tạo ra một chiếc trực thăng thực sự. Vấn đề then chốt nằm ở động cơ: các động cơ thời đó quá yếu và nặng, không đủ sức để nâng một cỗ máy bay lên khỏi mặt đất.
Cuối cùng, kỹ sư hàng không người Nga Igor Sikorsky đã thay đổi hoàn toàn lịch sử của trực thăng khi phát triển chiếc trực thăng đầu tiên hội tụ đủ các yếu tố của trực thăng ngày nay.
Sau khi di cư sang Mỹ và thành lập Sikorsky Aviation Corporation, Sikorsky quay trở lại với niềm đam mê bay thẳng đứng. Ông đã tận dụng những tiến bộ trong công nghệ động cơ và khí động học để thiết kế một chiếc trực thăng hoàn toàn mới.
Năm 1939, Sikorsky giới thiệu chiếc VS-300, phiên bản đầu tiên của thiết kế trực thăng hiện đại. Chiếc VS-300 sử dụng động cơ Lycoming 75 mã lực, rô-to chính ba cánh, rô-to đuôi hai cánh cùng nhiều cơ chế điều khiển. Chiếc VS-300 đã chứng minh rằng trực thăng có thể cất, hạ cánh thẳng đứng, giữ lơ lửng trên không và di chuyển một cách ổn định.
"Giải phẫu" cấu tạo trực thăng
Máy bay trực thăng hiện đại có cấu trúc phức tạp nhưng hiệu quả, được tạo thành từ nhiều bộ phận hợp nhất. Bộ phận động lực gồm rô-to chính có cánh quạt quay, tạo ra lực nâng thiết yếu cho việc bay. Thanh ổn định, nằm vuông góc với rô-to chính, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm rung động. Cột rô-to truyền chuyển động quay từ hộp số đến rô-to. Hộp số, trung gian giữa động cơ và rô-to, giảm tốc độ quay của rô-to chính cho hiệu suất tốt nhất. Động cơ, thường là tua-bin khí, cung cấp năng lượng cần thiết cho hoạt động của máy bay và thân máy bay bao bọc các bộ phận khác.
Bộ phận điều khiển có 2 cần điều khiển chính. Thứ nhất là cần "collective" điều khiển chung cho tất cả các cánh, dùng để cất cánh, hạ cánh và tăng giảm độ cao, còn được gọi là cần “tay ga”. Thứ hai là cần "cyclic" làm thay đổi độ nghiêng của mặt phẳng cánh quạt nâng, dùng để chuyển động phải – trái, tiến – lùi.
Ngoài ra, còn có cánh quạt đuôi giúp đảm bảo sự ổn định. Cụm đĩa nghiêng với hai đĩa trên và dưới là trung tâm của hệ thống điều khiển, chuyển đổi chuyển động tuyến tính từ cần điều khiển thành chuyển động quay của cánh quạt. Đai ốc Jesus - chi tiết quan trọng, giữ trục quay của cánh quạt, đảm bảo sự ổn định. Cuối cùng là ván trượt hạ cánh, không có bánh xe, giúp trực thăng hạ, cất cánh an toàn. Tất cả các bộ phận này kết hợp cùng nhau cho phép vận hành hiệu quả máy bay trực thăng.
Điều khiển trực thăng là nghệ thuật
Điều khiển trực thăng đòi hỏi sự phối hợp tinh tế giữa tay, chân, cùng khả năng cảm nhận nhanh chóng những biến động của máy bay.
Các cần điều khiển chính mà phi công cần quan tâm bao gồm cần collective: điều chỉnh độ cao và lực nâng tổng thể; cần điều khiển cyclic: điều chỉnh hướng bay và bàn đạp chân: điều khiển mô-men xoắn của rô-to chính và lực đẩy của rô-to đuôi.
Quá trình cất cánh cần mở hết ga, kéo cần điều khiển phức hợp và sử dụng bàn đạp chân để cân bằng mô-men xoắn.
Điều khiển hướng bay của trực thăng được thực hiện bằng cách nghiêng cần điều khiển "cyclic" để thay đổi lực nâng của cánh quạt, kết hợp với điều chỉnh bàn đạp chân để duy trì hướng bay ổn định.
Để giữ trực thăng ở trạng thái "lơ lửng" phi công cần dừng mọi chuyển động, xác định điểm cố định và điều chỉnh các cần điều khiển một cách mượt mà và chính xác để duy trì độ cao và hướng.
Ngoài ra còn có kỹ thuật bay sát mặt đất (NOE) là một phương pháp bay thấp, thường được sử dụng trong quân sự để tránh bị radar đối phương phát hiện.
Từ món đồ chơi đơn giản đến những cỗ máy phức tạp và linh hoạt ngày nay, trực thăng đã trải qua hành trình dài đầy thử thách và sáng tạo. Nhờ những bộ óc vĩ đại, trực thăng đã trở thành phương tiện không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, từ vận tải, cứu hộ, quân sự đến điện ảnh. Và với những cải tiến không ngừng, tương lai của trực thăng hứa hẹn sẽ còn nhiều điều thú vị hơn nữa, mở ra khả năng mới trong việc chinh phục bầu trời và phục vụ cuộc sống con người.