Lực Nâng, Lực Cản, Lực Đẩy và Trọng Lượng

Bốn Lực Tác Động

Mỗi máy bay trong chuyến bay đều chịu tác động của đúng bốn lực:

Lực Nâng tác động vuông góc với luồng gió tương đối (luồng không khí mà cánh gặp phải). Lực Nâng được tạo ra bởi sự khác biệt áp suất giữa hai mặt cánh. Lực Nâng phụ thuộc vào tốc độ không khí, mật độ không khí, diện tích cánh, hình dạng cánh, & góc tấn.

Trọng lượng tác dụng thẳng xuống về phía tâm Trái Đất. Đây là lực hấp dẫn tác dụng lên máy bay và mọi thứ bên trong: nhiên liệu, hành khách, hàng hóa. Trọng lượng thay đổi trong quá trình bay khi nhiên liệu được đốt cháy.

Lực đẩy là lực hướng về phía trước được sinh ra bởi động cơ: cánh quạt, động cơ tuabin cánh quạt, động cơ phản lực, hoặc động cơ tên lửa. Lực đẩy đẩy nhanh máy bay và duy trì tốc độ bay đối với lực cản.

Lực cản là lực hướng về phía sau cản trở sự chuyển động của máy bay qua không khí. Có two main types: parasite drag (friction & form drag from the fuselage, landing gear, antennas) which increases with speed, & induced drag (a byproduct of generating lift) which decreases with speed.

Trong chuyến bay thẳng và ngang không gia tốc, tất cả four forces are in equilibrium: lift equals weight, thrust equals drag. Change any one force & the aircraft accelerates, climbs, descends, or turns.

Các Lực Tác Động

Cân Bằng & Vượt Cân Bằng

Hiểu biết về bốn lực không chỉ là lý thuyết: đó là cách phi công tư duy. Mỗi giai đoạn bay đều là sự mất cân bằng có kiểm soát của các lực này. Cất cánh: lực đẩy vượt lực cản. Leo dốc: lực nâng vượt trọng lượng. Hạ độ cao: trọng lượng vượt lực nâng. Hạ cánh: lực cản vượt lực đẩy.

Sự tương tác giữa các loại lực cản đặc biệt quan trọng. Ở tốc độ thấp, lực cản cảm ứng cao (cánh hoạt động mạnh ở góc tấn cao). Ở tốc độ cao, lực cản ký sinh cao (khung máy bay đẩy qua luồng không khí tương đối dày đặc). Có một tốc độ mà tổng lực cản được tối thiểu hóa: đây là tốc độ cho tầm bay xa & thời gian bay dài tối đa.

Cánh liệng, Cánh đuôi ngang và Cánh lái

Ba trục quay

Máy bay quay quanh ba trục, mỗi trục được điều khiển bằng một bề mặt điều khiển bay cụ thể:

Trục dọc (lăn): Được điều khiển bởi cánh lái ngang (aileron), là các bề mặt bản lề nằm ở mép sau ngoài cùng của mỗi cánh. Di chuyển cần lái sang trái & cánh lái ngang bên trái sẽ ngẩng lên (giảm lực nâng trên cánh đó) trong khi cánh lái ngang bên phải sẽ hạ xuống (tăng lực nâng). Máy bay sẽ lăn sang trái. Chuyển động lăn là cách máy bay rẽ: nghiêng vào đường rẽ để một thành phần của lực nâng kéo máy bay quanh đường cong.

Trục ngang (độ cao): Được điều khiển bởi cánh lái cao (elevator) trên bộ ổn định ngang ở đuôi. Kéo cần lái về phía sau & cánh lái cao sẽ ngẩng lên, đẩy đuôi xuống & mũi máy bay lên. Độ cao điều khiển góc tấn &, gián tiếp, tốc độ không khí.

Trục thẳng đứng (đảo đầu): Được điều khiển bởi cánh lái hướng (rudder) trên bộ ổn định thẳng đứng. Đạp bàn đạp lái hướng bên trái & cánh lái hướng sẽ lệch sang trái, đẩy đuôi sang phải & mũi máy bay sang trái. Cánh lái hướng được sử dụng chủ yếu để phối hợp đường rẽ & phản lực nghịch đảo, chứ không phải để rẽ máy bay một mình.

Cánh tà là các bề mặt bản lề nằm ở mép sau trong cùng của các cánh. Được mở rộng trong quá trình cất cánh & hạ cánh, chúng tăng cả lực nâng & lực cản, cho phép máy bay fly at lower airspeeds. Cánh tà thay đổi độ cong (camber) của cánh.

Trim cho phép phi công điều chỉnh vị trí trung lập của cánh lái cao để máy bay duy trì tư thế pitch mong muốn mà không cần áp lực liên tục lên cần lái. Việc trim đúng cách giúp giảm đáng kể khối lượng công việc cho phi công.

Chuyến bay phối hợp

Quay máy bay

Một quan niệm sai lầm phổ biến là máy bay quay bằng cách sử dụng cánh lái hướng, giống như một chiếc thuyền. Thực tế, máy bay quay bằng cách nghiêng, lăn các cánh để một thành phần của lực nâng kéo máy bay theo chiều ngang quanh đường cong. Cánh lái hướng có vai trò phối hợp trong một sự quay, để giữ mũi máy bay hướng dọc theo đường bay & ngăn máy bay trượt ngang hoặc trượt dọc.

Trong một sự quay nghiêng, một phần của vector lực nâng vốn hỗ trợ trọng lượng của máy bay nay được hướng theo chiều ngang. Điều này nghĩa là ít lực nâng theo chiều رأس hơn có sẵn, vì vậy máy bay mất độ cao trừ khi phi công tăng áp lực kéo cần lái (hoặc tăng công suất) để tăng tổng lực nâng.

Bộ Sáu Dụng cụ & Hệ thống Điều hướng

Sáu Dụng cụ Bay Chính

Mọi máy bay từ Cessna 172 đến Airbus A380 đều hiển thị cùng sáu thông tin cốt lõi, theo truyền thống được sắp xếp thành hai hàng ba (gọi là 'six-pack'):

Máy đo tốc độ không khí: Hiển thị tốc độ của máy bay qua không khí (không phải tốc độ so với mặt đất). Được điều khiển bằng hệ thống pitot-static: một ống hướng về phía trước (ống pitot) đo áp suất không khí động, & các cổng tĩnh đo áp suất môi trường. Sự khác biệt là áp suất động, cho biết tốc độ không khí.

Máy chỉ thái độ (chân trời nhân tạo): Hiển thị độ ngẩng & độ nghiêng của máy bay so với chân trời. Đây là thiết bị quan trọng nhất khi bay trong mây hoặc ban đêm khi chân trời tự nhiên không nhìn thấy được.

Máy đo độ cao: Hiển thị độ cao so với mực nước biển trung bình, dựa trên áp suất khí quyển đo được từ cổng tĩnh. Phi công điều chỉnh cài đặt máy đo độ cao để tính đến áp suất khí quyển địa phương.

Bộ chỉ thị độ nghiêng (turn coordinator): Hiển thị tốc độ & chất lượng của một cú rẽ: máy bay có đang được điều phối, trượt ngang hay trượt dọc.

Bộ chỉ thị hướng (directional gyro): Hiển thị hướng từ tính của máy bay. Ổn định hơn la bàn từ tính trong điều kiện nhiễu loạn hoặc khi rẽ.

Bộ chỉ thị tốc độ dọc (VSI): Hiển thị tốc độ leo hoặc hạ cánh theo feet mỗi phút.

Điều hướng

VOR (VHF Omnidirectional Range): Các đèn hiệu vô tuyến đặt trên mặt đất phát ra các tia hướng (radials): các hướng từ tính từ trạm. Phi công theo dõi các tia hướng cụ thể để điều hướng giữa các VOR. Đây đã là nền tảng của điều hướng đường hàng không từ những năm 1950.

GPS: Hệ thống điều hướng dựa trên vệ tinh hiện đang chiếm ưu thế. Các phương pháp tiếp cận GPS hiện đại có thể hướng dẫn máy bay đến trong vòng 200 feet so với ngưỡng đường băng trong điều kiện tầm nhìn bằng không.

IFR vs VFR: Quy tắc bay bằng mắt (Visual Flight Rules - VFR) yêu cầu tham chiếu thị giác đến mặt đất và các điều kiện thời tiết tối thiểu cụ thể (tầm nhìn, khoảng cách mây). Quy tắc bay bằng thiết bị (Instrument Flight Rules - IFR) cho phép bay trong mây và điều kiện tầm nhìn thấp sử dụng thiết bị và hướng dẫn từ ATC. IFR yêu cầu chứng chỉ bay bằng thiết bị, máy bay được trang bị cho IFR, và một kế hoạch bay đã nộp.

Bay Mù

Khi Bạn Không Thể Nhìn Thấy

Mất định hướng không gian là một trong những nguyên nhân hàng đầu của tai nạn hàng không dân dụng chết người. Hệ thống tiền đình (tai trong) của con người đã phát triển để phục vụ việc đi bộ, chứ không phải bay. Trong mây hoặc lúc đêm không có đường chân trời nhìn thấy được, cơ thể bạn sẽ nói dối bạn: bạn có thể cảm thấy đang bay ngang khi thực tế đang nghiêng 30 độ, hoặc cảm thấy đang lên cao khi thực tế đang hạ thấp.

John F. Kennedy Jr. đã tử nạn năm 1999 khi ông lái chiếc Piper Saratoga bay vào vùng sương mù trên đại dương vào ban đêm. Ông không có chứng chỉ bay theo thiết bị. Không có đường chân trời nhìn thấy được, ông rất có thể đã rơi vào tình trạng xoắn ốc nghĩa địa: một vòng xoay hạ cánh dần dần dốc hơn mà tai trong cảm nhận như đang bay thẳng.

Thời tiết và các mối nguy hiểm cho phi công

Thời tiết giết chết phi công

Thời tiết là yếu tố phổ biến nhất gây ra tai nạn chết người trong hàng không dân dụng. Không phải vì thời tiết khó dự đoán: mà vì phi công đưa ra quyết định sai lầm về thời tiết.

Front: Front lạnh đẩy dưới không khí ấm, tạo ra một dải hẹp với thời tiết dữ dội: dông, wind shear, nhiễu động. Front ấm trượt lên trên không khí lạnh, tạo ra vùng rộng với mây thấp, mưa, & tầm nhìn giảm. Biết loại front đang đến sẽ giúp bạn biết được các mối nguy hiểm cần chuẩn bị.

Nhiễu động: Nhiễu động cơ học xuất phát từ gió thổi qua địa hình. Nhiễu động đối lưu xuất phát từ các dòng thăng nhiệt vào những ngày nóng. Nhiễu động không khí trong (CAT) xảy ra ở độ cao lớn gần dòng tia không có dấu hiệu cảnh báo bằng mắt. Nhiễu động từ máy bay lớn có thể lật úp máy bay nhỏ.

Đóng băng: Đóng băng cấu trúc xảy ra khi các giọt nước siêu lạnh đóng băng khi tiếp xúc với máy bay. Băng trên cánh phá hủy lực nâng & tăng lực cản. Băng trên cánh quạt giảm lực đẩy. Băng che ống Pitot làm vô hiệu hóa chỉ thị tốc độ không. Hầu hết các máy bay nhỏ không được chứng nhận bay trong điều kiện đóng băng đã biết.

Độ cao mật độ: Không khí nóng, ẩm, ở độ cao lớn là mỏng. Máy bay hoạt động như thể nó ở độ cao cao hơn: quãng đường cất cánh dài hơn, tốc độ leo cao giảm, công suất động cơ giảm. Một đường băng an toàn khi sử dụng ở mực nước biển vào buổi sáng mát mẻ có thể trở thành quá ngắn nguy hiểm ở độ cao 5.000 feet vào buổi chiều nóng.

Go or No-Go

Quyết định Hàng không

Mỗi chuyến bay bắt đầu với quyết định go/no-go. Các phi công chuyên nghiệp sử dụng các khung cấu trúc: PAVE (Pilot, Aircraft, enVironment, External pressures) & IMSAFE (Illness, Medication, Stress, Alcohol, Fatigue, Eating). Các danh sách kiểm tra này tồn tại vì mối nguy hiểm nhất trong hàng không là không phải bão tố hay hỏng động cơ: mà là một phi công đã quyết định bay trước khi đánh giá rủi ro.

Get-there-itis, áp lực phải hoàn thành chuyến bay bất chấp điều kiện xấu đi, là mô hình chết chóc nhất trong hàng không dân dụng. NTSB đã điều tra hàng trăm vụ tai nạn chết người trong đó phi công bay vào thời tiết xấu đã biết vì họ cảm thấy phải đến nơi đến.

Hàng Không Đưa Bạn Đến Đâu

Chứng chỉ Phi công

Giấy phép Phi công Tư nhân (PPL): Tối thiểu 40 giờ bay (trung bình quốc gia là 60-70 giờ). Cho phép bạn lái máy bay động cơ đơn theo quy tắc bay VFR, chở hành khách, nhưng không được bay để nhận thù lao. Chi phí: $10,000-$15,000.

Đánh giá Bay bằng Dụng cụ (Instrument Rating): Huấn luyện bổ sung để bay trong mây & điều kiện tầm nhìn thấp sử dụng các thiết bị. Yêu cầu cho hầu hết các công việc bay chuyên nghiệp & được khuyến nghị mạnh mẽ vì lý do an toàn.

Giấy phép Phi công Thương mại (CPL): Tối thiểu 250 giờ bay. Cho phép bạn bay để nhận thù lao: kéo biểu ngữ, khảo sát trên không, chuyến bay thuê bao.

Giấy phép Vận tải Hàng không (ATP): Tối thiểu 1,500 giờ bay (1,000 giờ cho quân đội, ATP hạn chế ở 750 giờ cho một số chương trình). Yêu cầu để làm phi công trưởng tại một hãng hàng không. Đây là chứng chỉ phi công cao nhất.

Các Nghề Hàng không Khác

Thợ Máy A&P (Airframe & Powerplant): Kỹ thuật viên bảo trì máy bay được FAA chứng nhận. 18-24 tháng học hoặc kinh nghiệm quân đội tương đương. Nhu cầu cao, lương tốt, & bạn không bao giờ phải lo lắng về thị trường việc làm: máy bay luôn cần bảo trì.

Kiểm soát viên Không lưu (ATC): Được quản lý bởi FAA. Phải được tuyển dụng trước 31 tuổi. Lựa chọn cạnh tranh thông qua bài kiểm tra năng lực AT-SA của FAA. Áp lực cao, lương cao, nghỉ hưu bắt buộc ở tuổi 56. Lương khởi điểm khoảng $40,000 trong thời gian đào tạo, kiểm soát viên có kinh nghiệm kiếm được $100,000-$180,000.

Phi công Drone (Part 107): Chứng chỉ Phi công Điều khiển Từ xa của FAA cho hoạt động drone thương mại. Chỉ cần thi viết, không yêu cầu giờ bay. Mở ra các nghề nghiệp trong nhiếp ảnh hàng không, khảo sát, kiểm tra, nông nghiệp, & bất động sản. Phân khúc phát triển nhanh nhất của ngành hàng không.

Đường ống Quân sự: Tất cả các quân chủng đều vận hành máy bay. Phi công quân sự nhận được đào tạo đẳng cấp thế giới miễn phí để đổi lấy cam kết phục vụ (thường là 10 năm cho phi công). Nhiều phi công hàng không dân sự chuyển từ sự nghiệp quân sự. Nhân viên bảo dưỡng & kiểm soát viên không lưu quân sự cũng chuyển đổi tốt sang sự nghiệp dân sự.

Tổng hợp

Kết nối Tất cả

Bạn đã hiểu bốn lực của chuyến bay, cách phi công điều khiển máy bay, cách các thiết bị giúp họ an toàn trong mây, tại sao thời tiết là mối nguy hiểm chết người nhất trong hàng không dân dụng, & các con đường sự nghiệp có sẵn trong ngành.

Hàng không thưởng cho những người tư duy theo hệ thống: lực tương tác với điều khiển, điều khiển tương tác với thiết bị, thiết bị tương tác với thời tiết, & thời tiết tương tác với quyết định. Những phi công, thợ máy, & kiểm soát viên giỏi nhất không phải là những người có phản xạ nhanh nhất. Họ are the ones who think ahead.