Máy bay phản lực chở khách thường bay ở độ cao khoảng 10–12 km, tức chừng 33.000–41.000 bộ. Lý do chính: ở đó không khí loãng nên lực cản nhỏ và động cơ phản lực đốt nhiên liệu hiệu quả nhất, đồng thời máy bay nằm trên phần lớn mây và thời tiết xấu. Máy bay cánh quạt tầm ngắn bay thấp hơn, khoảng 5–7 km.
Độ cao hành trình của các loại máy bay
| Loại máy bay | Độ cao hành trình thường gặp | Ghi chú |
|---|---|---|
| Máy bay nhỏ một động cơ piston | 1.000–3.000 m | Thường không điều áp khoang, phải bay thấp |
| Máy bay cánh quạt tuabin (ATR 72) | Khoảng 5.000–7.500 m | Cánh quạt kém hiệu quả ở không khí quá loãng |
| Máy bay phản lực một lối đi (A321, 737) | Khoảng 10.000–12.000 m | Trần chứng nhận khoảng 12.000–12.500 m |
| Máy bay phản lực thân rộng (787, A350, 777) | Khoảng 10.500–13.000 m | Leo dần lên cao khi nhiên liệu cạn |
| Máy bay phản lực thương gia cỡ lớn | Tới khoảng 15.500 m | Một số mẫu được chứng nhận tới 51.000 bộ |
| Concorde (đã nghỉ hưu 2003) | Khoảng 15.000–18.000 m | Bay siêu thanh cần không khí rất loãng |
Trong ngành, độ cao hành trình được gọi bằng mực bay (flight level): FL350 nghĩa là 35.000 bộ, khoảng 10,7 km. Mực bay tính theo áp suất chuẩn chứ không theo khoảng cách thật tới mặt biển, để mọi máy bay trên cùng vùng trời dùng chung một thước đo và không va nhau.
Vì sao bay cao lại tiết kiệm
Ở độ cao 11 km, mật độ không khí chỉ còn chừng 30% so với mặt biển. Điều này có hai mặt:
- Lực cản giảm: không khí loãng thì cản ít. Máy bay có thể bay nhanh hơn — khoảng 850–900 km/h so với mặt đất khi không có gió — mà tốn ít nhiên liệu hơn bay chậm ở thấp.
- Lực nâng cũng giảm: cánh cần tốc độ cao hơn để đỡ máy bay. May là đây chính là tốc độ mà động cơ phản lực làm việc tốt nhất.
Động cơ phản lực còn được lợi từ không khí lạnh. Ở độ cao hành trình, nhiệt độ thường khoảng −50 đến −56°C. Không khí lạnh đặc hơn ở cùng áp suất, dễ nén hơn, giúp chu trình đốt hiệu quả. Kết quả tổng hợp: với máy bay phản lực, mỗi chuyến bay có một khoảng độ cao "ngọt" nơi tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, thường ở vùng 10–12 km.
Leo dần lên khi máy bay nhẹ đi
Độ cao tối ưu không cố định. Trên chặng dài, máy bay đốt hàng chục tấn nhiên liệu, nhẹ đi đáng kể. Máy bay nhẹ hơn thì cần ít lực nâng hơn, có thể bay ở không khí loãng hơn. Vì thế các chuyến bay đường dài thường leo bậc (step climb): bắt đầu ở khoảng FL330, vài giờ sau xin lên FL350, rồi FL370, thậm chí FL390 khi gần tới nơi.
Tầng đối lưu và bình lưu
Khí quyển Trái Đất được chia thành nhiều tầng. Gần như toàn bộ thời tiết — mây, mưa, dông — nằm trong tầng đối lưu, nơi nhiệt độ giảm dần khi lên cao. Ranh giới trên của nó là đỉnh tầng đối lưu (tropopause), phía trên là tầng bình lưu khô và ổn định hơn.
Đỉnh tầng đối lưu không phẳng. Nó cao khoảng 16–18 km ở vùng xích đạo và chỉ khoảng 8–9 km ở vùng cực. Ở Việt Nam, vĩ độ nhiệt đới, đỉnh tầng đối lưu khá cao, nên máy bay bay ở 11 km vẫn nằm trong tầng đối lưu và đỉnh mây dông có thể vươn cao hơn máy bay. Đó là lý do ở miền nhiệt đới, phi công thường phải lách vòng mây dông thay vì bay vượt lên trên.
Ngược lại, trên tuyến bay vùng vĩ độ cao như châu Âu – Bắc Mỹ, máy bay ở mực bay cao có khi đã nằm trong tầng bình lưu, trời yên hơn, phía dưới là biển mây trải dài.
Giới hạn trên: vì sao không bay cao mãi
Nếu không khí loãng là tốt, tại sao không bay lên 20 km? Có ba giới hạn:
- Khoảng tốc độ hẹp dần: lên cao, tốc độ tối thiểu để không thất tốc tăng lên, còn tốc độ tối đa trước khi gặp hiệu ứng nén gần tốc độ âm thanh lại giảm xuống. Đến một độ cao, hai mốc này sát nhau, phi công gọi là "góc quan tài" (coffin corner). Máy bay chở khách không được thiết kế để bay ở đó.
- Động cơ yếu đi: không khí loãng quá thì động cơ không đủ lực đẩy để leo thêm hay giữ tốc độ.
- Kết cấu và điều áp: thân máy bay phải chịu chênh áp giữa bên trong và bên ngoài. Bay càng cao, chênh áp càng lớn, thân phải dày và nặng hơn.
Mỗi loại máy bay có trần bay chứng nhận. Với A320 là khoảng 39.000–39.800 bộ tuỳ phiên bản, Boeing 787 là 43.000 bộ.
Bay cao mà vẫn thở được: điều áp khoang
Ở 11 km, áp suất bên ngoài chỉ khoảng một phần tư so với mặt biển. Người không được bảo vệ sẽ mất ý thức nhanh chóng: thời gian còn tỉnh táo hữu ích ở độ cao này chỉ tính bằng chục giây tới khoảng một phút. Vì vậy thân máy bay được bơm khí để giữ áp suất bên trong cao hơn.
Khoang không được giữ ở áp suất mặt biển, mà ở mức tương đương độ cao khoảng 1.800–2.400 m — như đứng trên một đỉnh núi vừa. Quy định của FAA cho phép độ cao khoang tối đa 8.000 bộ (khoảng 2.400 m) khi khai thác bình thường. Boeing 787 và Airbus A350 nhờ thân composite chịu chênh áp tốt hơn nên giữ khoang ở khoảng 6.000 bộ, hành khách ít mệt và khô hơn sau chuyến dài.
Nếu mất áp suất khoang, mặt nạ dưỡng khí rơi xuống và phi công đưa máy bay xuống độ cao khoảng 3.000 m — nơi người thở bình thường được — trong vài phút. Hướng dẫn "đeo mặt nạ cho mình trước rồi mới giúp người khác" xuất phát từ chính khoảng thời gian tỉnh táo ngắn ngủi đó.
Những chuyện nhỏ do bay cao
- Ù tai khi leo và hạ: áp suất khoang thay đổi, tai giữa cần cân bằng. Nuốt, ngáp, nhai kẹo giúp mở vòi nhĩ.
- Chai nhựa móp khi hạ cánh: chai đậy nắp ở độ cao khoang 2.000 m, xuống mặt đất áp suất lớn hơn nên bị ép bẹp.
- Đồ ăn nhạt hơn: độ ẩm thấp và áp suất giảm làm vị giác kém nhạy, nên suất ăn trên máy bay thường được nêm đậm hơn.
- Không khí khô: độ ẩm khoang thường rất thấp vì không khí ngoài trời ở độ cao đó gần như không có hơi nước. Uống nước đều đặn trên chuyến dài.
Ai quyết định máy bay bay ở độ cao nào
Hãng bay tính độ cao tối ưu theo trọng lượng, gió và nhiệt độ; phi công xin độ cao đó, và kiểm soát viên không lưu chấp thuận dựa trên mật độ máy bay trên tuyến. Có vài quy tắc nền:
- Giãn cách 1.000 bộ: từ FL290 tới FL410, phần lớn vùng trời thế giới áp dụng giãn cách tối thiểu giảm (RVSM) — các máy bay trên cùng tuyến cách nhau theo chiều đứng 1.000 bộ (khoảng 300 m), nhờ đồng hồ độ cao chính xác cao.
- Hướng bay quyết định mực chẵn lẻ: theo quy tắc cơ bản của ICAO, máy bay bay về phía đông dùng một nhóm mực bay, về phía tây dùng nhóm còn lại, để máy bay ngược chiều nhau không cùng độ cao. Một số vùng trời có quy định riêng theo hướng tuyến.
- Gió: bay ngược dòng phản lực thì có khi chọn mực thấp hơn để né gió mạnh; bay xuôi thì tìm đúng lõi gió để được đẩy thêm.
Góc nhìn hôm nay: tự đo độ cao trên chuyến bay của mình
Màn hình bản đồ ở lưng ghế thường hiển thị độ cao và nhiệt độ bên ngoài. Hãy để ý: khi leo qua khoảng 3.000 m, nhiệt độ ngoài đã xuống dưới 0°C dù dưới đất đang 35°C; ở độ cao hành trình, nó thường hiện khoảng −50°C. Mỗi nghìn mét lên cao, không khí trong tầng đối lưu lạnh đi trung bình khoảng 6,5°C.
Các trang theo dõi chuyến bay công khai cho xem độ cao của từng máy bay theo thời gian thực. Mở một chuyến bay đường dài, ta sẽ thấy rõ những bậc leo cao dần sau mỗi vài giờ — dấu vết của máy bay đang nhẹ đi khi đốt nhiên liệu.
Câu hỏi thường gặp
Máy bay bay cao bao nhiêu mét?
Máy bay phản lực chở khách thường bay ở khoảng 10.000–12.000 m (33.000–41.000 bộ). Máy bay cánh quạt tầm ngắn bay thấp hơn, khoảng 5.000–7.500 m. Độ cao cụ thể phụ thuộc trọng lượng, gió và chỉ dẫn của kiểm soát viên không lưu.
Vì sao máy bay phải bay cao?
Ở độ cao lớn không khí loãng nên lực cản thấp, động cơ phản lực đốt nhiên liệu hiệu quả hơn. Máy bay cũng nằm trên phần lớn mây và thời tiết xấu, đồng thời có nhiều độ cao để xử lý nếu gặp sự cố.
Ở độ cao máy bay bay, nhiệt độ bên ngoài là bao nhiêu?
Thường khoảng −45 đến −60°C. Trong tầng đối lưu, nhiệt độ giảm trung bình khoảng 6,5°C cho mỗi nghìn mét lên cao, nên dù dưới đất nóng 35°C, ở 11 km vẫn lạnh sâu dưới 0°C.
Vì sao lên máy bay hay bị ù tai?
Áp suất trong khoang thay đổi khi máy bay leo và hạ, trong khi áp suất ở tai giữa cần thời gian để cân bằng qua vòi nhĩ. Nuốt, ngáp hoặc nhai kẹo giúp vòi nhĩ mở ra, giảm ù tai.
Áp suất trong khoang máy bay tương đương độ cao nào?
Phần lớn máy bay giữ khoang ở mức tương đương khoảng 1.800–2.400 m so với mặt biển. Boeing 787 và Airbus A350 giữ ở khoảng 1.800 m nhờ thân composite, giúp hành khách ít mệt hơn trên chuyến dài.
