Cánh lái là các tấm bản lề trên cánh và đuôi giúp máy bay đổi hướng: cánh liệng cho máy bay nghiêng, cánh lái độ cao cho máy bay ngóc hay chúi mũi, bánh lái hướng cho mũi xoay trái phải. Cánh tà và cánh mép trước thì làm việc khác: chúng biến đổi hình dạng cánh để máy bay bay chậm mà vẫn đủ lực nâng khi cất và hạ cánh. Thêm vào đó là các tấm cánh phá lực nâng dựng lên trên mặt cánh để giảm tốc.
Ngồi ghế cạnh cửa sổ phía sau cánh, ta có thể nhìn thấy gần hết những bộ phận này chuyển động trong một chuyến bay.
Ba trục quay của máy bay
Khác với ô tô chỉ rẽ trái rẽ phải, máy bay xoay quanh ba trục cùng lúc:
| Trục | Chuyển động | Bộ phận điều khiển chính | Phi công thao tác |
|---|---|---|---|
| Trục dọc (mũi – đuôi) | Lăn: nghiêng cánh trái, cánh phải | Cánh liệng (aileron), có thêm cánh phá lực nâng hỗ trợ | Xoay vô lăng hoặc nghiêng cần lái sang bên |
| Trục ngang (đầu cánh – đầu cánh) | Chúc ngóc: ngóc mũi, chúi mũi | Cánh lái độ cao (elevator) và đuôi ngang điều chỉnh | Kéo hoặc đẩy cần lái |
| Trục đứng | Đảo hướng: xoay mũi trái, phải | Bánh lái hướng (rudder) | Đạp bàn đạp chân |
Ý tưởng điều khiển cả ba trục là đóng góp lớn của anh em Wright. Trước họ, nhiều người chế máy bay chỉ lo làm sao cho máy bay tự ổn định. Wilbur và Orville nhận ra máy bay phải được lái như lái xe đạp — chủ động giữ thăng bằng. Chiếc Wright Flyer năm 1903 dùng cách vặn xoắn cả cánh (wing warping) để nghiêng. Cánh liệng dạng tấm bản lề như ngày nay nhanh chóng thay thế cách đó vì cánh cứng hơn, chắc hơn.
Vì sao máy bay rẽ bằng cách nghiêng
Đây là chỗ người mới hay ngạc nhiên nhất. Máy bay không rẽ bằng bánh lái hướng như tàu thuỷ. Nó rẽ bằng cách nghiêng cánh.
Khi một bên cánh liệng nâng lên, bên kia hạ xuống, cánh bên hạ tạo nhiều lực nâng hơn, máy bay lăn nghiêng về phía cánh kia. Lực nâng giờ không còn hướng thẳng lên mà nghiêng theo cánh. Một phần lực nâng kéo máy bay sang ngang — giống như xe đạp nghiêng người để vào cua. Bánh lái hướng chỉ dùng để giữ cho mũi và đuôi đi đúng một đường, không bị trượt ngang.
Hệ quả: khi nghiêng, phần lực nâng hướng lên giảm đi, nên phi công phải kéo mũi lên một chút để không mất độ cao. Máy bay chở khách thường chỉ nghiêng khoảng 25 độ trong vòng rẽ bình thường, để hành khách gần như không cảm thấy gì ngoài khung cảnh ngoài cửa sổ nghiêng đi.
Bánh lái hướng có vai trò thật sự quan trọng trong hai tình huống: hạ cánh khi gió ngang mạnh, và khi một động cơ hỏng — động cơ còn lại đẩy lệch một bên, phi công phải đạp bánh lái để giữ máy bay đi thẳng.
Đuôi ngang: tấm cánh nhỏ gánh việc lớn
Ở máy bay chở khách, đuôi ngang không đứng yên. Cả tấm đuôi ngang có thể xoay chậm một góc nhỏ — gọi là đuôi ngang điều chỉnh được (trimmable horizontal stabilizer). Cánh lái độ cao gắn ở mép sau của nó dùng cho các thao tác nhanh.
Vì sao phải có hai lớp như vậy? Trong một chuyến bay, trọng tâm máy bay thay đổi liên tục: nhiên liệu cháy dần, hành khách đi lại, tốc độ đổi. Nếu chỉ có cánh lái độ cao, phi công phải giữ một lực kéo hoặc đẩy suốt hàng giờ. Đuôi ngang xoay chậm theo để "cân" máy bay — người làm nghề gọi là trim — để máy bay tự bay thẳng khi phi công buông tay.
Trim nghe như chi tiết vặt, nhưng lại là một trong những hệ thống được kiểm soát chặt nhất. Đuôi ngang đủ lớn để thắng cánh lái độ cao; trim sai có thể khiến máy bay chúi mũi mà phi công kéo hết sức cũng không giữ nổi. Đây cũng là bộ phận trung tâm trong hai tai nạn Boeing 737 MAX năm 2018 và 2019, khi hệ thống tự động MCAS liên tục chỉnh đuôi ngang chúi xuống dựa trên dữ liệu từ một cảm biến góc tấn bị lỗi.
Cánh tà và cánh mép trước: đổi dáng cánh để bay chậm
Cánh máy bay phản lực được tối ưu cho bay nhanh ở độ cao hành trình: mỏng, ít cong. Dáng đó rất tệ khi bay chậm. Muốn cất và hạ cánh ở tốc độ đủ an toàn trên đường băng có hạn, cánh phải "biến hình".
Cánh tà (flap)
Cánh tà nằm ở mép sau của cánh, phần gần thân. Khi thả ra, chúng trượt về phía sau và cụp xuống. Có hai tác dụng: cánh dài ra (tăng diện tích) và cong hơn (tăng hệ số nâng). Loại phổ biến trên máy bay lớn là cánh tà Fowler, trượt ra trên đường ray trước rồi mới cụp. Những "chiếc thuyền" nhỏ treo dưới cánh mà hành khách hay thấy chính là vỏ bọc của cơ cấu ray này.
Cánh tà mở nhiều nấc. Khi cất cánh dùng nấc nhỏ — đủ tăng nâng mà không cản nhiều, vì còn phải leo. Khi hạ cánh dùng nấc lớn nhất — vừa nâng nhiều vừa cản nhiều, giúp máy bay bay chậm và hạ dốc mà không tăng tốc.
Cánh mép trước (slat)
Cánh mép trước trượt ra phía trước và chúc xuống, mở ra một khe hẹp giữa nó và cánh chính. Không khí áp suất cao bên dưới lùa qua khe này, thổi lên mặt trên cánh, giúp dòng khí bám bề mặt lâu hơn. Nhờ đó cánh chịu được góc tấn lớn hơn trước khi thất tốc. Có máy bay dùng thêm tấm Krueger — một tấm bản lề lật ra từ mặt dưới mép trước — ở phần cánh gần thân.
Gộp lại, cánh tà và cánh mép trước có thể làm tốc độ thất tốc của máy bay giảm đáng kể. Thiếu chúng, đa số sân bay hiện nay sẽ không đủ dài cho máy bay phản lực.
Vì vai trò sống còn đó, mọi buồng lái đều có cảnh báo cấu hình cất cánh: nếu cánh tà chưa ở đúng nấc mà phi công đẩy cần ga, còi báo động sẽ kêu ngay. Quên thả cánh tà khi cất cánh đã từng gây tai nạn thảm khốc, như chuyến Northwest 255 năm 1987 và Spanair 5022 năm 2008.
Cánh phá lực nâng: tấm phanh trên mặt cánh
Trên mặt trên của cánh có một dãy tấm phẳng nằm im phần lớn chuyến bay. Khi dựng lên, chúng phá dòng khí trên cánh, làm giảm lực nâng và tăng lực cản. Đó là cánh phá lực nâng (spoiler). Chúng làm ba việc:
- Phanh trên không: dựng lên một phần để máy bay hạ độ cao nhanh mà không tăng tốc, khi kiểm soát viên yêu cầu xuống gấp.
- Hỗ trợ nghiêng: dựng lên ở một bên cánh để giúp cánh liệng lăn máy bay.
- Đè máy bay xuống đường băng: ngay khi bánh chạm đất, toàn bộ dựng lên hết cỡ. Lực nâng mất gần hết, trọng lượng dồn lên bánh xe, phanh mới ăn. Hành khách thường thấy chúng bật lên gần như cùng lúc với cú chạm đất.
Từ dây cáp đến tín hiệu điện
Máy bay nhỏ nối cần lái với cánh lái bằng dây cáp và ròng rọc: phi công kéo, cánh lái nhúc nhích. Máy bay lớn không thể làm vậy vì lực gió lên cánh lái quá lớn, nên dùng hệ thống thuỷ lực — giống trợ lực tay lái ô tô nhưng mạnh hơn nhiều, và luôn có hai hoặc ba hệ độc lập phòng hỏng.
Bước tiến lớn là điều khiển bằng dây dẫn điện (fly-by-wire). Cần lái không nối cơ khí với cánh lái nữa. Nó gửi tín hiệu tới máy tính, máy tính quyết định cánh lái nào chuyển động bao nhiêu. Concorde đã có dạng điều khiển điện tương tự, nhưng chiếc Airbus A320 bay năm 1987 là máy bay chở khách đầu tiên dùng hệ thống kỹ thuật số hoàn toàn, với cần lái nhỏ đặt bên hông ghế (sidestick). Boeing theo sau với 777 năm 1994, nhưng giữ vô lăng truyền thống.
Lợi ích lớn nhất của điều khiển điện là bảo vệ giới hạn bay: máy tính không cho máy bay nghiêng quá mức, ngóc mũi quá gắt hay vượt góc tấn thất tốc trong chế độ bình thường. Cùng với đó, các bộ phận có thể làm nhiều việc cùng lúc — trên Boeing 787 có cánh lái lai vừa là cánh tà vừa là cánh liệng (flaperon).
Góc nhìn hôm nay: ngồi ghế cửa sổ mà quan sát
Lần tới đi máy bay, chọn ghế ngay sau cánh và để ý theo trình tự:
- Trước khi lăn: phi công thử cánh lái, cánh liệng và cánh phá lực nâng nhúc nhích lên xuống.
- Khi lăn ra đường băng: cánh tà và cánh mép trước trượt ra nấc cất cánh.
- Sau khi rời đất vài phút: chúng thu dần vào, cánh trở lại dáng gọn.
- Khi hạ thấp chuẩn bị hạ cánh: cánh tà ra từng nấc, mỗi nấc nghe một tiếng rì rì của mô tơ, máy bay chậm dần và mũi hơi ngóc lên.
- Ngay khi chạm đất: cánh phá lực nâng bật dựng hết cỡ.
Xem nhiều lần, ta sẽ nhận ra cánh máy bay không phải một khối cứng đứng yên mà là một cỗ máy biến hình, thay dáng ở mỗi giai đoạn bay.
Câu hỏi thường gặp
Cánh tà máy bay dùng để làm gì?
Cánh tà ở mép sau cánh trượt ra và cụp xuống, làm cánh rộng và cong hơn. Nhờ vậy máy bay tạo đủ lực nâng ở tốc độ thấp khi cất cánh và hạ cánh, cần đường băng ngắn hơn.
Cánh liệng khác cánh tà thế nào?
Cánh liệng nằm ở phần ngoài mép sau cánh, chuyển động ngược chiều nhau giữa hai bên để máy bay nghiêng và rẽ. Cánh tà nằm phía trong, hai bên cùng thả xuống một lượt để tăng lực nâng khi bay chậm.
Vì sao máy bay rẽ phải nghiêng?
Khi nghiêng, lực nâng của cánh nghiêng theo và một phần của nó kéo máy bay sang ngang, tạo ra lực hướng tâm để rẽ. Bánh lái hướng chỉ giúp mũi đi đúng đường, không phải bộ phận rẽ chính như ở tàu thuỷ.
Những tấm dựng lên trên cánh khi hạ cánh là gì?
Đó là cánh phá lực nâng (spoiler). Khi bánh chạm đất, chúng dựng lên để phá lực nâng, dồn trọng lượng lên bánh xe giúp phanh hiệu quả, đồng thời tăng lực cản để máy bay chậm lại.
Fly-by-wire là gì?
Fly-by-wire là cách điều khiển máy bay bằng tín hiệu điện qua máy tính thay vì dây cáp hay thanh nối cơ khí. Airbus A320 là máy bay chở khách đầu tiên dùng hệ kỹ thuật số hoàn toàn; máy tính còn ngăn máy bay vượt các giới hạn bay an toàn.
