Cánh quạt nhỏ ở đuôi máy bay trực thăng có tác dụng gì?

Chắc chắn ngay cả một người không biết gì về máy bay cũng hiểu phần cánh quạt to ngay phía trên đỉnh máy bay có tác dụng vô cùng quan trọng trong việc giúp máy bay bay lên. Tiếng cánh quạt quay trong gió đã trở nên phổ biến và gắn liền với hình ảnh một chiếc máy bay đang bay lên hay hạ cánh. Chiếc cánh quạt đó rất to và khi quay, chúng tạo ra tiếng ồn lớn. Một số người nói rằng họ rất khó chịu khi nghe tiếng ồn này.

Tuy vậy, rất nhiều người sẽ bỏ qua một chiếc cánh quạt khác của máy bay. Cánh quạt này nhỏ hơn, và được bố trí lắp đặt ở phần đuôi của máy bay. Tại sao nó lại ở đó? Cụ thể hơn, nó có tác dụng gì khi ở tận đuôi của chiếc máy bay và quá bé nhỏ so với chiếc máy bay như vậy?

Trả lời: Cánh quạt ở đuôi máy bay trực thăng nhằm giúp máy bay giữ thăng bằng, không quay vòng tròn, và đảm bảo đường bay ổn định cho chiếc trực thăng.

Khi chiếc trực thăng bay lên

Theo Science ABC, một chiếc trực thăng được nâng lên nhờ cánh quạt chính của nó. Các cánh quạt quay tròn sẽ đẩy không khí xuống dưới, và đẩy trực thăng lên cao, giữ cho chiếc trực thăng lơ lửng trên không. Nhưng, có một điều đặc biệt ở điểm này…

Khi thân máy bay trực thăng bắt đầu xoay ...

Theo định luật thứ Ba của Newton về chuyển động, bất kỳ hành động nào cũng đều có một phản lực tương đương với nó. Điều này có nghĩa khi bạn tác động lên vật nào đó một lực, vật đó ngay lập tức cũng sẽ tác động lên bạn một lực tương đương, nhưng với hướng ngược lại. Có rất nhiều ví dụ thực tế về hiện tượng này: Độ giật của súng, phóng tên lửa, cách tên lửa bay vào không gian, nâng những vật nặng, v.v…

Lực xoắn

Áp dụng định luật thứ ba về chuyển động với trường hợp của cánh quạt trên đỉnh máy bay, bạn sẽ nhận thấy khi cánh quạt này quay ngược chiều kim đồng hồ, thân máy bay sẽ được đẩy theo chiều kim đồng hồ. Và theo quy luật, thân máy bay đương nhiên sẽ xoay tròn theo chiều kim đồng hồ (ngược với chiều quay của cánh quạt trên đỉnh máy bay).

Hãy cùng minh họa điều này bằng ví dụ sau: Bạn ngồi trên một chiếc ghế xoay và chân không chạm đất. Giờ, hãy cố gắng xoay ghế ngược chiều kim đồng hồ. Bạn sẽ nhận thấy hai điều: một là, sẽ khó khăn hơn nhiều so với bạn nghĩ; và hai là, bạn sẽ quay theo chiều kim đồng hồ, mặc dù bạn đã cố gắng quay ngược lại.

Về cơ bản, điều tương tự sẽ xảy ra với một chiếc máy bay trực thăng, khi cánh quạt trên đỉnh máy bay quay và làm cho chiếc trực thăng quay ngược lại. Khi một chiếc máy bay quay vòng tròn, bất kỳ nhà vật lý nào cũng biết rằng đó là do lực xoắn, khiến một vật quay tròn.

Vai trò của cánh quạt ở đuôi máy bay trực thăng

Tạo phản lực với lực mô-men xoắn

Cánh quạt truyền thống ở đuôi máy bay của chiếc Aérospatiale Puma (Nguồn ảnh: Darz Mol / Wikimedia Commons)

Để máy bay trong khi bay đỡ bị lắc, các nhà thiết kế đã bố trí thêm một cánh quạt nằm ngang phía đuôi máy bay. Cánh quạt này quay với vận tốc cao sẽ sinh ra một mô men ngăn cản chuyển động xoay tròn của thân máy bay, bảo đảm hướng của chuyển động quay không thay đổi, duy trì sự ổn định, giống như con quay của trẻ con lúc đang quay. Hướng của mô-men do cánh quạt phía đuôi gây ra với mô-men phản lực của không khí chuyển động của cánh quạt phía trên ngược chiều nhau. Mô-men do lực tác dụng và cánh tay đòn tạo nên. Vì vậy, tuy cánh quạt phía đuôi nhỏ nhưng do đuôi của máy bay trực thăng rất dài tạo thành cánh tay đòn dài, nên có thể sinh ra một mô-men tương đương với mô-men của cánh quạt to phía trên. Nó có thể ngăn cản được sự dao động của máy bay, giúp chiếc máy bay không lung lay, xoay tròn và khiến máy bay ổn định trong suốt chuyến bay. Đây chính là lý do tại sao chiếc trực thăng sẽ gặp vấn đề nghiêm trọng nếu cánh quạt ở đuôi bị hư hỏng.

Cần lưu ý rằng việc sử dụng cánh quạt đuôi máy bay không phải là cách duy nhất để bù đắp lực của mô-men xoắn. Một cánh quạt khác, đồng trục cũng có tác dụng tương tự.

Russian Air Force Ka-52, chiếc máy bay có hai cánh quạt chính và không cần cánh quạt đuôi nào (Nguồn ảnh: Vlsergey / Wikimedia Commons)

Điều khiển chiếc trực thăng

Ngoài việc tạo lực ngược lại lực xoắn tạo ra bởi cánh quạt chính nhằm giữ trực thăng thăng bằng và ổn định, cánh quạt đuôi cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh hướng bay của chiếc trực thăng bằng cách thay đổi góc độ của cánh quạt. Việc điều khiển hướng bay của trực thăng được thực hiện bởi các phi công bằng cách thay đổi cao độ của các cánh quạt bằng bàn đạp chống mômen xoắn, được trang bị sẵn trong buồng lái.

Dĩ nhiên, cánh quạt đuôi máy bay cũng gây ra một số hạn chế nhất định, ví dụ như khiến cho âm thanh của trực thăng ồn ào hơn và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để nâng máy bay lên. Hai vấn đề này, mặc dù đã được tính toán và hạn chế khi sử dụng cánh quạt đồng trục, nhưng những cánh quạt đồng trục này cũng không tránh khỏi các nhược điểm khác.

Trên thực tế, bạn sẽ khó phân biệt được bạn đang đi trên một chiếc trực thăng thông thường với cánh quạt đuôi máy bay hay một chiếc trực thăng với nhiều cánh quạt đồng trục. Dù là loại trực thăng nào, thì hãy yên tâm, bởi bạn sẽ luôn được đảm bảo an toàn nhất có thể.