Chương 3. Nguyên lý hoạt động tàu bay - Hàng không dân dụng | Học viện Hàng Không Việt Nam

CHƯƠNG 3 TÀU BAY VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TÀU BAY 1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ BAY a) Định nghĩa
Thiết bị bay là một thuật ngữ chung để chỉ một
phương tiện hoặc công cụ
được sử dụng để di chuyển trong không gian hoặc trên
mặt đất. Nó bao gồm một
loạt các phương tiện bay từ máy bay truyền thống đến máy bay không người lái
(drone), cũng như các phương tiện di chuyển khác như trực thăng, tàu bay, xe bay,
và các phương tiện tương tự.
Theo khoản 1 Điều 13 Luật Hàng không dân dụng Việt Nam 2006 quy định tàu bay
là thiết bị được nâng giữ trong khí quyển nhờ tác động tương hỗ với không khí,
bao gồm: máy bay, trực thăng, tàu lượn, khí cầu và các thiết bị bay khác. Hình 1 Tàu bay
Một tàu bay có thể có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, từ các phương tiện
vận chuyển hàng lớn như tàu bay hàng hóa cho đến các phương tiện vận chuyển
hành khách như tàu bay du lịch. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, tàu bay có thể
được trang bị các cấu trúc và công nghệ đặc biệt để đáp ứng yêu cầu của nhiệm vụ
cụ thể. Tàu bay thường có lợi thế về khả năng chở hàng lớn hơn so với máy bay
truyền thống, do không bị hạn chế bởi đường băng hay sân bay. Tuy nhiên, tàu bay
cũng có hạn chế về tốc độ di chuyển so với máy bay và cần phụ thuộc vào các
tuyến đường mặt đất hoặc mặt nước để di chuyển hiệu quả. Tàu bay có thể đáp ứng
nhu cầu vận chuyển trên các tuyến đường không có sân bay hoặc không thể tiếp
cận được bằng máy bay truyền thống. b) Phân loại Theo ICAO
- Thiết bị bay nhẹ hơn không khí: Lực nâng đến từ những loại khí đốt nhẹ
hơn không khí (khí heli hoặc không khí được đốt nóng) Gồm:
Có động cơ: air ship (tàu hàng không)
Không động cơ: captive balloon ( khinh khí cầu), free balloon (bóng bay)
- Thiết bị bay nặng hơn không khí: Tàu bay có nhiều hình dạng cánh và
khi di chuyển trong không khí, cánh tạo ra lực nâng. Gồm :
Có động cơ: aeroplane (máy bay), rotorcraft (tàu bay cánh quạt),
ornithopter ( máy bay cánh chim)
Không động cơ: glider kite (diều lượn)
Hình 2 máy bay hình 3 trực thăng
hình 4 flycam hình 5 khinh khí cầu
Ngoài ra Thiết bị bay có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau,
bao gồm loại máy bay, mục đích sử dụng, cấu trúc và công nghệ. Dưới đây là một
phân loại chung về thiết bị bay dựa trên loại máy bay:
- Máy bay cánh cố định (Fixed-wing aircraft): Đây là loại máy bay phổ
biến nhất, có cánh cố định và động cơ để tạo lực đẩy. Chúng có thể được chia thành các loại như:
Máy bay phản lực (Jet aircraft): Sử dụng động cơ phản lực (turbojet,
turbofan) để tạo lực đẩy.
Máy bay piston (Piston aircraft): Sử dụng động cơ piston đốt trong để tạo lực đẩy.
- Máy bay không cánh (Wingless aircraft): Đây là loại máy bay không có
cánh cố định và tạo lực nâng bằng cách tạo ra lực đẩy ngang hoặc sự
phản lực. Một số ví dụ gồm: Máy bay trực thăng (Helicopter): Sử dụng
cánh quạt quay để tạo lực nâng và lực đẩy ngang.
- Máy bay cánh quạt đứng (VTOL aircraft): Có khả năng cất cánh và hạ
cánh thẳng đứng và sử dụng động cơ cánh quạt dứng.
- Máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle - UAV): Máy bay
tự động hoặc từ xa điều khiển không có người lái trên tàu bay.
- Máy bay mô phỏng (Simulator): Đây là các thiết bị được sử dụng để mô
phỏng một máy bay thực tế để huấn luyện phi công hoặc mục đích nghiên cứu.
Còn có các loại máy bay đặc biệt khác như máy bay không gian, máy bay tiêm
kích, máy bay vận tải, máy bay nông nghiệp, máy bay dân dụng, và máy bay quân
sự. Mỗi loại máy bay đều có chức năng và ứng dụng riêng biệt.
2 CẤU TẠO CỦA TÀU BAY THƯƠNG MẠI
Tàu bay thương mại còn được gọi là máy bay thương mại, có cấu tạo phức tạp và
bao gồm nhiều phần chính. Dưới đây là mô tả tổng quan về cấu tạo của một tàu
bay thương mại thông thường:
- Thân máy bay (Fuselage): Thân máy bay là khung gầm chính của tàu
bay, có nhiệm vụ chứa hành khách, hàng hoá và các thiết bị khác. Thân
máy bay thường có hình dạng dẹp, hình ống và chia thành các phần khác
nhau như buồng lái, khoang hành khách và khoang hàng hoá.
- Cánh (Wings): Cánh là phần máy bay có chức năng tạo lực nâng và hỗ
trợ tàu bay trong quá trình bay. Cánh thông thường được gắn vào hai bên
thân máy bay và có hình dạng mỏng và cong lên để tạo lực nâng khi máy
bay di chuyển. Cánh cũng có thể được trang bị các điều khiển để điều
chỉnh độ cao và độ xoay của máy bay.
- Động cơ (Engines): Máy bay thương mại thường được trang bị hai hoặc
nhiều hơn động cơ phản lực (jet engines) để tạo lực đẩy cần thiết để cất
cánh, duy trì và điều chỉnh tốc độ. Động cơ phản lực hoạt động bằng cách
nén và đốt chất nhiên liệu để tạo ra dòng khí nóng và áp suất, tạo ra lực đẩy.
- Đuôi (Tail): Đuôi máy bay bao gồm các phần chính như buồng lái, thăng
bằng ngang (horizontal stabilizer) và thăng bằng dọc (vertical stabilizer).
Thăng bằng ngang giúp máy bay duy trì độ cao ổn định, trong khi thăng
bằng dọc giúp kiểm soát hướng bay của máy bay.
- Hệ thống điều khiển (Control System): Hệ thống điều khiển của tàu bay
bao gồm các bộ phận như bộ điều khiển bay (flight control system), các
bộ điều khiển tự động (autopilot), bộ điều chỉnh cánh và các bộ phận
khác để kiểm soát hành trình và độ an toàn của máy bay.
- Trang thiết bị và hệ thống khác: Máy bay thương mại còn được trang bị
nhiều trang thiết bị và hệ thống khác như hệ thống treo cánh (landing
gear), hệ thống thông tin chuyến bay (avionics system), hệ thống thông
tin hành khách (in-flight entertainment system), hệ thống điều hòa không
khí (air conditioning system), hệ thống tuần hoàn không khí (ventilation
system) và hệ thống nhiên liệu (fuel system).
Tuy nhiên, cấu trúc và các thành phần chi tiết có thể thay đổi tùy theo loại và mô
hình máy bay cụ thể. Tàu bay thương mại được sử dụng chủ yếu để vận chuyển
hành khách và hàng hoá, góp phần quan trọng trong việc kết nối thế giới và thúc
đẩy sự phát triển kinh tế và văn hóa trên toàn cầu. Các nhà sản xuất máy bay lớn
như Airbus, Boeing, Bombardier, Embraer và Gulfstream thường cung cấp phụ
tùng cho máy bay của họ thông qua các dây chuyền sản xuất riêng. Có nhiều công
ty chuyên sản xuất phụ tùng hàng không như United Technologies Corporation
(bao gồm Pratt & Whitney, UTC Aerospace Systems), Safran (bao gồm Safran
Aircraft Engines, Safran Landing Systems), General Electric Aviation, Honeywell
Aerospace, Rolls-Royce, Collins Aerospace (thuộc sở hữu của Raytheon
Technologies) và nhiều công ty khác.
3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU BAY a) Nguyên lý hoạt động
Dựa trên các nguyên tắc hàng không và động lực học. Dưới đây là một giải
thích tổng quan về nguyên lý hoạt động của tàu bay:
- Lực nâng (Lift): Lực nâng là lực tạo ra bởi cánh máy bay để vượt lên trên
trọng lực và đưa máy bay bay. Lực nâng được tạo ra bởi hình dạng và
mô-men xoắn của cánh cùng với áp suất không khí khác biệt giữa bề mặt
trên và dưới cánh. Khi máy bay di chuyển qua không khí, hình dạng cánh
và góc tấn công của cánh tạo ra một luồng khí chuyển động nhanh hơn
trên mặt trên cánh và chậm hơn ở mặt dưới. Sự khác biệt trong áp suất
không khí này tạo ra lực nâng.
- Lực đẩy (Thrust): Lực đẩy là lực tạo ra bởi động cơ máy bay để đưa máy
bay điều khiển và vượt qua lực cản. Động cơ máy bay, thông qua quá
trình đốt cháy nhiên liệu, tạo ra lực đẩy bằng cách thổi khí ra phía sau với
tốc độ cao. Nguyên tắc hoạt động tương tự như nguyên lý hành động
phản lực Newton thứ ba: mọi hành động đều có phản hồi tương ứng về phía ngược lại.
- Lực cản (Drag): Lực cản là lực trở lại khi máy bay di chuyển qua không
khí. Lực cản bao gồm lực cản khí động (aerodynamic drag) và lực cản
cuộn (induced drag). Lực cản khí động là do sự ma sát giữa không khí và
bề mặt của máy bay khi nó di chuyển. Lực cản cuộn là do sự tạo ra của
lực nâng trên cánh, tạo ra một luồng xoáy không khí ở đuôi máy bay. Để
giảm lực cản, các máy bay thương mại thường có thiết kế nhằm giảm đối
lực cản và tối ưu hóa hiệu suất bay.
- Trọng lực (Gravity): Trọng lực là lực hút đẩy máy bay xuống đất. Trọng
lực luôn hoạt động theo hướng xuống dưới và phải được vượt qua bằng
lực nâng để máy bay có thể bay.
Tổng hợp lại, để máy bay có thể bay, cánh tạo ra lực nâng để vượt qua
trọng lực và đưa máy bay lên không. Động cơ tạo ra lực đẩy để vượt qua lực cản và
duy trì tốc độ bay. Tổng cộng của các lực này phải cân bằng với nhau để máy bay
duy trì độ ổn định và bay theo đúng đường bay mong muốn. b) Điều khiển máy bay
Dưới đây là một tổng quan về quá trình điều khiển máy bay:
- Buồng lái (Cockpit): Buồng lái là nơi điều khiển máy bay, nơi phi công
hoặc nhóm phi công ngồi. Trong buồng lái, có các bảng điều khiển, công
tắc và thiết bị điều khiển để kiểm soát các hệ thống máy bay như động
cơ, cánh, điều khiển bay và các hệ thống khác.
- Động cơ (Engines): Động cơ máy bay được điều khiển thông qua các bộ
điều khiển trong buồng lái. Bằng cách điều chỉnh công suất động cơ và
các thông số khác, phi công có thể tăng hoặc giảm tốc độ, thay đổi độ cao
và thực hiện các thao tác khác liên quan đến động cơ.
- Hệ thống điều khiển bay (Flight Control System): Hệ thống điều khiển
bay bao gồm các bộ điều khiển và các bộ phận liên quan để kiểm soát
chuyển động và độ ổn định của máy bay. Nó bao gồm các thiết bị như bộ
điều khiển bay tự động (autopilot), các bộ điều khiển bề mặt điều chỉnh
cánh (ailerons, elevators, rudder), hệ thống cân bằng và các bộ phận khác.
- Hệ thống điều hướng và định vị (Navigation and Avionics Systems): Hệ
thống điều hướng và định vị giúp phi công xác định vị trí hiện tại của
máy bay, theo dõi đường bay dự kiến và đảm bảo an toàn trong quá trình
bay. Các công nghệ điều hướng bao gồm máy bay tự định vị địa hình
(GPS), hệ thống tự động hướng dẫn (ILS), hệ thống báo hiệu và các thiết bị đo lường khác.
- Giao tiếp và quản lý thông tin (Communication and Information
Management): Giao tiếp trong buồng lái bằng cách sử dụng các thiết bị
như radio và hệ thống giao tiếp vô tuyến. Phi công cũng phải quản lý
thông tin từ các thiết bị hiển thị trong buồng lái, bao gồm các bảng điều
khiển, màn hình đa chức năng và các hệ thống thông tin chuyến bay.
- Quy trình và kỹ năng: Điều khiển máy bay đòi hỏi sự tuân thủ các quy
trình và kỹ năng bay chính xác. Phi công phải được đào tạo và có kiến
thức về lý thuyết bay, quy tắc hàng không, quy trình an toàn, xử lý tình
huống khẩn cấp và nhiều kỹ năng khác liên quan đến việc điều khiển máy bay.
Điều khiển máy bay là một quá trình phức tạp và đòi hỏi kiến thức, kỹ
năng và kinh nghiệm. Các hãng hàng không và tổ chức đào tạo phi công cung cấp
các khóa học và đào tạo chi tiết về việc điều khiển máy bay. Việc điều khiển máy
bay đòi hỏi sự chuyên môn và kinh nghiệm, và mỗi loại máy bay có các quy trình
và phương pháp điều khiển riêng.
4 TÀU BAY TRONG HOẠT ĐỘNG THƯƠNG MẠI
Tàu bay trong hoạt động thương mại được sử
dụng để vận chuyển hành khách và hàng hóa
trên các đường bay thương mại. Chúng đóng
vai trò quan trọng trong ngành hàng không
thương mại và là phương tiện chủ yếu để di
chuyển trên khoảng cách dài.
Một số hoạt động thương mại chính mà tàu bay tham gia bao gồm:
- Chuyến bay hành khách: Tàu bay
thương mại được sử dụng để vận
chuyển hành khách trên các đường
bay thương mại. Hành khách có thể
đi từ một địa điểm đến một địa
điểm khác, hoặc đi qua các chuyến bay trung gian để đến nơi đích cuối
cùng. Hàng không thương mại cung cấp các dịch vụ bay liên tục và đa
dạng, từ các hãng hàng không giá rẻ đến các hãng hàng không cao cấp.
- Vận chuyển hàng hóa: Tàu bay cũng được sử dụng để vận chuyển hàng
hóa trên các đường bay thương mại. Các hàng hóa bao gồm hàng tiêu
dùng, hàng hóa công nghiệp, hàng hóa y tế, thư từ, và các mẫu phẩm
quan trọng. Tàu bay thương mại có thể có khoang chứa hàng ở phần chứa
hàng hoặc thậm chí là phiên bản được chuyển đổi từ tàu bay hành khách
để vận chuyển hàng hóa.
- Chuyến bay thuê bao (Charter flights): Các chuyến bay thuê bao là khi
một nhóm hoặc một tổ chức thuê toàn bộ tàu bay để vận chuyển nhóm
người hoặc hàng hóa đặc biệt. Điều này thường xảy ra trong các chuyến
du lịch, chuyến công tác, sự kiện đặc biệt, chuyến bay hành hương hoặc
trong các tình huống khẩn cấp.
- Chuyến bay chở khách riêng (Private jets): Một số tàu bay thương mại có
thể được thuê để cung cấp dịch vụ chở khách riêng. Đây là dịch vụ cao
cấp và thường được sử dụng bởi người giàu có, doanh nhân, ngôi sao và
các cá nhân quan trọng khác.
- Bảo dưỡng và sửa chữa: Các nhà sản xuất, hãng hàng không và các công
ty dịch vụ hàng không cung cấp các dịch vụ bảo dưỡng, sửa chữa và
kiểm tra định kỳ để đảm bảo an toàn và hiệu suất của máy bay.
- Đào tạo và giáo dục: Ngành công nghiệp hàng không cũng cung cấp các
dịch vụ đào tạo và giáo dục liên quan đến thiết bị bay. Đây là những hoạt
động thương mại nhằm đào tạo phi công, kỹ thuật viên, tiếp viên hàng
không và các chuyên gia khác liên quan đến việc vận
hành, bảo trì và quản lý máy bay
Hình 6 vận chuyển hành lí hàng hóa tại sân bay
Các hoạt động thương mại này cung cấp sự linh hoạt và tiện lợi trong việc
di chuyển hành khách và hàng hóa trên khoảng cách dài. Tàu bay thương mại đóng
góp quan trọng vào việc kết nối các quốc gia và khu vực, thúc đẩy thương mại, du
lịch và sự phát triển kinh tế toàn cầu.