Thất tốc - sát thủ vô hình trên không

Thất tốc là gì mà phi công nào cũng sợ?

Một chiếc máy bay khi di chuyển trong không trung luôn chịu tác động của 4 lực theo các hướng khác nhau: lực kéo cản của không khí, lực hấp dẫn, lực đẩy của động cơ và lực nâng.

Cỗ máy nặng cả trăm tấn cần lực nâng để bay lên trời. Cánh máy bay được thiết kế để tạo ra loại lực đó. Nhìn vào cánh, ta thấy mặt trên lồi lên còn mặt dưới phẳng.

Không khí đi qua cánh chia thành 2 dòng. Do mặt trên lồi hơn, dòng khí qua mặt trên phải di chuyển nhanh hơn để chạm tới mép sau của cánh cùng lúc với dòng khí mặt dưới.

Nếu tốc độ di chuyển của không khí tăng lên, áp suất của nó giảm đi. Điều này đồng nghĩa áp suất ở mặt trên thấp hơn mặt dưới. Sự chênh lệch áp suất giữa 2 mặt tạo ra lực nâng theo phương thẳng đứng, nâng máy bay lên trời.

“

Hơn 25% số vụ tai nạn hàng không gây tử vong xảy ra ở giai đoạn cất hạ cánh. Trong số những vụ tai nạn đó, một nửa liên quan đến các tình huống thất tốc.

Cục Hàng không Liên bang Mỹ

Nếu lực nâng giảm, tình trạng “thất tốc" đáng sợ có thể xuất hiện. Theo sổ tay kiến thức hàng không của phi công, thất tốc là tình trạng giảm lực nâng nhanh chóng do sự tách luồng không khí khỏi bề mặt cánh, gây ra do vượt quá góc tấn tới hạn.

Vậy, góc tấn (angel of attack, AOA) là gì? Góc tấn là góc tạo bởi dòng không khí và dây cung cánh. Vì cánh máy bay cong nên cần một đường tham chiếu để đo lường cách chúng tiếp xúc với luồng không khí. Người ta kẻ một đường thẳng nối từ mép ngoài đến mép trong của cánh, tạo nên dây cung cánh.

Lực nâng chỉ được duy trì khi góc tấn nằm trong giới hạn, thường không quá 15 đến 20 độ, tuỳ theo thiết kế cánh.

Nếu góc tấn vượt quá giới hạn này, tức mũi máy bay và cánh hất lên quá cao, lực nâng sẽ biến mất do luồng không khí tách ra khỏi bề mặt cánh, không còn đủ để tạo thành lực nâng.

Dù động cơ hoạt động hết công suất, nếu phi công không kịp thời thay đổi góc tấn phù hợp để khắc phục thất tốc, máy bay sẽ mất lực nâng, dẫn đến tình trạng thất tốc. Trọng lực kéo máy bay lao xuống và đó là kịch bản của nhiều vụ tai nạn chết chóc trong lịch sử hàng không, ví dụ như vụ AF447 của Air France rơi ngày 1/6/2009.

Trong trường hợp tất cả các động cơ ngừng hoạt động hoặc chết máy, tàu bay mất hoàn toàn lực đẩy, dẫn đến mất dần lực nâng. Trước tình huống thất tốc này, nếu phi công không có kỹ năng điều khiển tàu bay như tàu lượn (glider), tan nạn sẽ xảy ra như chuyến bay 009 của British Airways ngày 24/6/1982 hay chuyến 1549 do US Airways vận hành ngày 15/1/2009.

“Hơn 25% số vụ tai nạn hàng không gây tử vong xảy ra ở giai đoạn cất hạ cánh. Trong số những vụ tai nạn đó, một nửa liên quan đến các tình huống thất tốc", Cục Hàng không Liên bang Mỹ cho biết.

Có 4 dấu hiệu phổ biến nhất khi thất tốc xảy ra: tốc độ bay thấp hơn bình thường, rung bàn đạp bánh lái, mũi hất lên và độ cao giảm dần.

Quan niệm sai lầm cho rằng hiện tượng máy bay ngừng hoạt động là do sự cố cơ học, tương tự chết máy chết phương tiện đường bộ. Với ôtô hay xe máy, chết máy quả thực là sự cố cơ học. Khi động cơ ôtô ngừng quay và không tạo ra công suất nữa, người ta gọi nó là “chết máy”.

Hệ thống cảnh báo thất tốc

Máy bay nào cũng có thể bị thất tốc. Vì vậy, tất cả đều có hệ thống cảnh báo thất tốc. Trên máy bay nhỏ, người ta lắp chốt cảnh báo ở mép trước cánh. Nó sẽ kích hoạt cảnh báo nếu cánh tiến gần đến giới hạn góc tấn.

Máy bay hiện đại sử dụng kết hợp hệ thống giám sát tốc độ và cảm biến đo góc tấn để cảnh báo phi công về tình trạng thất tốc.

Cảm biến đo góc tấn gồm một đầu dò và một cảm biến nằm trong đầu dò để đo góc của luồng khí. Cảm biến gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển máy bay, hệ thống này sử dụng thông tin để điều chỉnh vạt cánh và các bề mặt khác nhằm duy trì góc tấn chính xác.

Ở một số máy bay, cảm biến AOA còn cung cấp thông tin cho hệ thống điều khiển chuyến bay để giúp ngăn chặn tình trạng thất tốc. Hệ thống tự động điều chỉnh vạt cánh hoặc các bề mặt khác nếu cảm biến AOA phát hiện góc tấn đang trở nên quá dốc.

Là một trong những bộ phận quan trọng nhất trên máy bay, cảm biến đo góc tấn thò ra ngoài nên dễ bị tổn thương. Năm 2008, một chiếc A320 của XL Airways (Đức) đang bay chuyển giao cho Air New Zealand thì rơi xuống Biển Địa Trung Hải, khiến tất cả 7 người trên máy bay thiệt mạng.

Cuộc điều tra nguyên nhân đưa ra kết luận: quy trình bảo trì không chính xác khiến nước xâm nhập và vô hiệu hoá cảm biến góc tấn. Trong quá trình rửa thân máy bay bằng nước trước khi sơn, người thợ không bảo vệ các cảm biến góc tấn.

Sổ tay hướng dẫn sửa chữa kết cấu của Airbus quy định việc lắp thiết bị bảo vệ cảm biến trước khi rửa máy bay là bắt buộc.

Nước xâm nhập vào cảm biến, sau đó đóng băng trên độ cao lớn, khiến 2 trong số 3 cảm biến không hoạt động, vô hiệu khả năng bảo vệ mà chúng cung cấp.

Mẫu A320 nhận dữ liệu từ 3 cảm biến AOA. Hệ thống máy tính điều khiển máy bay sử dụng thuật toán biểu quyết để loại bỏ một giá trị cảm biến, nếu nó sai lệch đáng kể so với hai giá trị cảm biến còn lại.

Trong trường hợp chiếc máy bay gặp nạn, hệ thống máy tính loại bỏ giá trị chính xác từ cảm biến AOA còn hoạt động và chấp nhận 2 giá trị nhất quán nhưng sai từ 2 cảm biến không hoạt động.

Hệ quả, các chức năng bảo vệ không làm việc vì hệ thống không đánh giá đúng tình trạng ngừng hoạt động nguy hiểm, khiến tình hình trở nên tồi tệ hơn.

Nguyên nhân chính của vụ tai nạn là phi hành đoàn đã cố gắng thử nghiệm ngẫu hứng hệ thống cảnh báo AOA mà không hay biết nó không hoạt động bình thường. Họ cũng bỏ qua giới hạn tốc độ thích hợp cho các bài kiểm tra mà họ đang thực hiện, dẫn đến thất tốc.

Phi công phải luôn luôn nắm được tốc độ máy bay và góc tấn. Nếu cảm biến hiển thị dữ liệu bị lỗi, họ cần chuyển sang cảm biến dự phòng. Tuy nhiên, phi công cũng có khả năng nhận ra cảm biến nào trong hai cảm biến này sai. Nếu đặt niềm tin nhầm vào cảm biến lỗi, thảm họa sẽ nhanh chóng ập đến.