Kỷ nguyên máy bay phản lực: từ Comet đến Boeing 707 và 747

Kỷ nguyên máy bay phản lực trong hàng không dân dụng bắt đầu ngày 2/5/1952, khi chiếc de Havilland Comet của hãng BOAC (Anh) chở khách từ London đi Johannesburg. Chỉ trong khoảng một thập kỷ, các máy bay phản lực như Boeing 707 và Douglas DC-8 thay thế máy bay cánh quạt trên các tuyến dài, gần như nhân đôi tốc độ và đưa máy bay lên trên tầng mây xấu. Đi máy bay chuyển từ thứ xa xỉ thành phương tiện của số đông chính trong giai đoạn này.

Động cơ phản lực ra đời: hai người làm độc lập

Ý tưởng dùng luồng khí phụt ra phía sau để đẩy vật đi tới không mới, nhưng biến nó thành động cơ máy bay dùng được là việc của thế kỷ 20. Hai người làm việc gần như cùng lúc mà không biết nhau:

• Frank Whittle (Anh), sĩ quan không quân trẻ, nộp đơn xin cấp bằng sáng chế động cơ tuốc bin phản lực tháng 1/1930. Suốt nhiều năm ông thiếu tiền và không được giới chức tin. Ông lập công ty Power Jets năm 1936, chạy thử động cơ trên giá năm 1937.
• Hans von Ohain (Đức), nghiên cứu sinh vật lý, phát triển ý tưởng tương tự giữa thập niên 1930 và được nhà chế tạo máy bay Ernst Heinkel tài trợ.

Chiếc máy bay phản lực đầu tiên bay được là Heinkel He 178 với động cơ của von Ohain, ngày 27/8/1939. Máy bay thử nghiệm Gloster E.28/39 dùng động cơ Whittle bay lần đầu ngày 15/5/1941 ở Anh. Giới sử học thường xem hai ông là đồng phát minh. Sau này hai người gặp nhau và trở thành bạn.

Động cơ phản lực khác động cơ cánh quạt thế nào?

Động cơ piston quay cánh quạt, cánh quạt đẩy không khí ra sau. Ở độ cao lớn, không khí loãng, cánh quạt kém hiệu quả, nên máy bay cánh quạt khó bay nhanh trên cao. Động cơ tuốc bin phản lực hút không khí vào, nén lại, trộn với nhiên liệu và đốt, khí nóng phụt ra làm quay tuốc bin (tuốc bin lại kéo máy nén) rồi thoát ra phía sau tạo lực đẩy. Nó có ít bộ phận chuyển động tịnh tiến, chạy êm hơn, ít rung hơn, và làm việc tốt ở độ cao 10–12 km, nơi không khí loãng giảm lực cản.

Comet: người đi đầu và cái giá phải trả

Nước Anh đi trước trong hàng không dân dụng phản lực. Chiếc de Havilland DH.106 Comet bay lần đầu ngày 27/7/1949. Ngày 2/5/1952, BOAC mở tuyến chở khách phản lực đầu tiên trên thế giới, London – Johannesburg, có dừng nhiều chặng.

Hành khách mê Comet ngay: bay ở khoảng 11–12 km, trên phần lớn thời tiết xấu, êm, nhanh hơn máy bay cánh quạt cùng thời khoảng một nửa. Nhưng năm 1953–1954, Comet gặp nhiều tai nạn, trong đó có hai vụ vỡ thân trên không sau khi cất cánh từ Rome vào tháng 1 và tháng 4/1954. Toàn bộ đội Comet bị dừng bay.

Cuộc điều tra sau đó trở thành mốc lịch sử của an toàn hàng không. Người Anh đặt nguyên một thân Comet vào bể nước khổng lồ ở Farnborough, bơm nước để mô phỏng hàng nghìn chu kỳ tăng áp và giảm áp như khi cất cánh, hạ cánh. Thân máy bay nứt vỡ sau số chu kỳ ít hơn nhiều so với dự tính. Kết luận: mỏi kim loại ở các góc của những khe cắt trên thân, nơi ứng suất tập trung. Cùng với việc vớt các mảnh xác từ đáy biển, đây là cách điều tra kỹ lưỡng chưa từng có.

Bài học từ Comet được cả ngành áp dụng: thiết kế cửa sổ và lỗ khoét bo tròn góc, tính toán mỏi kim loại theo số chu kỳ bay, thử nghiệm thân máy bay toàn phần. Comet 4 cải tiến quay lại và ngày 4/10/1958 mở tuyến phản lực qua Đại Tây Dương, nhưng đến lúc đó người Mỹ đã bắt kịp.

Boeing 707 và DC-8: người Mỹ làm cho phản lực trở thành bình thường

Boeing liều lĩnh tự bỏ tiền đóng một mẫu trình diễn, chiếc Boeing 367-80, thường gọi là "Dash 80", bay lần đầu ngày 15/7/1954. Năm 1955, trong buổi trình diễn trên hồ Washington ở Seattle trước đông đảo khách mời ngành hàng không, phi công thử nghiệm Tex Johnston cho chiếc máy bay bốn động cơ này lộn một vòng quanh trục dọc (barrel roll), làm lãnh đạo Boeing hoảng hồn. Chuyện này được kể đi kể lại trong ngành như một giai thoại có thật.

Từ Dash 80 ra đời Boeing 707. Hãng Pan Am đưa 707 vào khai thác thương mại ngày 26/10/1958 trên tuyến New York – Paris. Douglas đáp lại bằng DC-8, khai thác từ năm 1959. Pháp có Sud Aviation Caravelle với hai động cơ đặt ở đuôi, khai thác từ năm 1959, phù hợp tuyến tầm ngắn và trung. Liên Xô có Tupolev Tu-104, chở khách từ năm 1956.

Turbofan: bí mật của vé máy bay rẻ

Động cơ phản lực đời đầu (turbojet) phụt toàn bộ luồng khí qua buồng đốt, rất ồn và tốn nhiên liệu. Bước tiến lớn tiếp theo là động cơ turbofan: phía trước có một quạt lớn, phần lớn không khí do quạt đẩy đi vòng ngoài lõi động cơ, không qua buồng đốt. Tỉ lệ luồng khí đi vòng so với luồng qua lõi gọi là tỉ lệ đường vòng (bypass ratio).

Turbofan tỉ lệ đường vòng thấp xuất hiện cuối thập niên 1950 và đầu thập niên 1960. Bước nhảy thật sự là động cơ tỉ lệ đường vòng cao như Pratt & Whitney JT9D trên Boeing 747 năm 1970: êm hơn hẳn, tiết kiệm nhiên liệu hơn nhiều. Đây là lý do động cơ máy bay hiện đại trông "béo" với chiếc quạt khổng lồ phía trước. Mỗi thế hệ động cơ sau đó lại tiết kiệm thêm nhiên liệu, và chi phí nhiên liệu trên mỗi ghế giảm chính là nền tảng của vé giá rẻ ngày nay.

Bầu trời thay đổi ra sao khi phản lực lên ngôi

• Tốc độ: máy bay cánh quạt chở khách cuối cùng bay khoảng 500–550 km/giờ; máy bay phản lực bay khoảng 850–950 km/giờ. Chuyến bay qua Đại Tây Dương rút từ khoảng nửa ngày, có khi phải dừng tiếp nhiên liệu, xuống còn 7–8 giờ.
• Độ cao: bay ở 10–12 km, trên phần lớn mây dông và nhiễu động, chuyến bay êm hơn, ít người say máy bay hơn.
• Sân bay: máy bay phản lực cần đường băng dài hơn, các sân bay lớn phải kéo dài và gia cố đường băng, xây nhà ga mới, dùng ống lồng nối máy bay với nhà ga.
• Kiểm soát không lưu: máy bay nhanh hơn thì cần radar và quy trình phân cách chặt chẽ hơn. Hệ thống kiểm soát không lưu hiện đại lớn lên cùng kỷ nguyên phản lực.
• Con người: cụm từ "jet set" ra đời để chỉ giới thượng lưu đi lại bằng máy bay phản lực; "jet lag" (lệch múi giờ) trở thành trải nghiệm phổ biến khi người ta có thể vượt nhiều múi giờ trong một ngày.

Góc nhìn hôm nay

Gần như mọi chuyến bay chở khách bạn đi hôm nay đều là con cháu trực tiếp của giai đoạn 1949–1970. Cấu hình phổ biến của Boeing 707, cánh xuôi sau với động cơ treo dưới cánh, vẫn là hình dáng của phần lớn máy bay chở khách hiện đại. Thử nghiệm mỏi kim loại học từ Comet vẫn là yêu cầu bắt buộc khi cấp chứng chỉ máy bay mới.

Một chi tiết nhỏ để tự quan sát: lần tới khi ngồi máy bay, hãy nhìn cửa sổ. Nó luôn bo tròn góc. Đó là di sản trực tiếp của những chiếc Comet năm 1954.

• Bảo tàng nên xem: Một số bảo tàng ở Anh vẫn giữ Comet và các phần thân Comet, trong đó có Bảo tàng Máy bay de Havilland ở Hertfordshire; Bảo tàng Hàng không ở Seattle (Museum of Flight) có chiếc Boeing 707 đầu tiên cho Không lực Một và nhiều máy bay phản lực đời đầu; Bảo tàng Steven F. Udvar-Hazy của Smithsonian giữ chiếc Dash 80.
• Sách: các hồi ký của Frank Whittle và lịch sử chính thức của hãng Boeing là nguồn đọc thêm tốt cho ai muốn đi sâu.