Mỗi khi một tàu thương mại lao qua một vùng trời gồ ghề, cánh của nó đang làm một việc mà hầu hết hành khách hiếm khi để ý: uốn cong, hấp thụ năng lượng, và trong nhiều trường hợp còn được máy tính điều khiển chủ động để giảm thiệt hại chúng phải chịu. Phòng ngự thầm lặng chống lại nhiễu loạn ấy có một tên gọi: giảm tải gió giật, và nó đã trở thành một trong những thành phần kỹ thuật quan trọng nhưng lại ẩn mình ngay trên các máy bay hiện đại.

Điều gì thực sự xảy ra với cánh khi có nhiễu loạn

Nhiễu loạn tác động lên máy bay dưới dạng sự thay đổi nhanh và không đều của áp suất không khí và luồng khí qua các bề mặt sinh lực, và các cánh mềm dẻo làm từ vật liệu composite sợi carbon được thiết kế để hấp thụ một phần cú sốc đó chỉ bằng cách uốn cong. Trong thử nghiệm, đã có lần cánh của Boeing 787 uốn cong lên khoảng 25 feet trước khi trở lại hình dạng ban đầu, minh chứng ấn tượng cho độ đàn hồi mà các khung máy bay hiện đại được chế tạo. Nhưng chỉ uốn cong thôi thì có giới hạn. Nếu không được quản lý, các tải do gió giật lặp đi lặp lại sẽ gây căng thẳng ở gốc cánh theo thời gian và trực tiếp ảnh hưởng tới sự thoải mái trong cabin, và đó là lúc điều khiển chủ động phát huy tác dụng.

Phát hiện gió giật trước khi nó tác động hoàn toàn

Các hệ thống giảm tải gió giật hiện đại hoạt động bằng cách kết hợp cảm biến với hệ thống điều khiển bay số. Gia tốc kế và cảm biến tốc độ mũi (pitch-rate) phát hiện ngay giai đoạn khởi phát của một xáo trộn, và trong vài mili giây máy tính chuyến bay sẽ ra lệnh cho ailerons, elevators, hoặc rudder phản ứng để đối kháng, làm mượt chuyển động theo phương thẳng đứng của máy bay trước khi hành khách kịp cảm nhận cú nhát. Loại phản ứng này phụ thuộc hoàn toàn vào việc hệ thống fly-by-wire số phải đủ nhanh để phản ứng trước khi một cơn giật phát triển thành cú chấn mạnh, và đó là phần lớn lý do khiến công nghệ chỉ trở nên thực tế khi fly-by-wire trưởng thành, bắt đầu từ Concorde và sau đó là Airbus A320, chiếc tàu thương mại đầu tiên có hệ thống fly-by-wire kỹ thuật số hoàn toàn.

Hệ thống giảm tải gió giật trên Boeing 787

787 Dreamliner trang bị một trong những biến thể toàn diện hơn của công nghệ này trong dịch vụ thương mại. Hệ thống giảm tải gió giật của nó vay mượn triết lý thiết kế từ Northrop Grumman B-2 Spirit, và các thử nghiệm của Boeing cho thấy hệ thống giảm tác động theo phương thẳng đứng của nhiễu loạn lên máy bay từ 60 đến 70 phần trăm, đồng thời thừa nhận nó không thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu loạn. So sánh thì Airbus A320 và Boeing 777 mang các hệ thống giảm tải hạn chế hơn, chủ yếu dựa vào ailerons và rudder để phản ứng với các cơn giật đột ngột, thay vì phối hợp giữa mọi bề mặt điều khiển chính như cách 787 làm.

Cách Airbus thiết kế phản ứng của A320

Các nghiên cứu công bố về luật điều khiển trên các máy bay thân hẹp kiểu Airbus cho thấy mức độ chi tiết phía sau những hệ thống này. Trên A320, chức năng giảm tải kích hoạt khi độ chênh giữa tải trọng pháp tuyến đo được và tải trọng pháp tuyến được ra lệnh vượt ngưỡng quy định, điều khiển ailerons và các spoilers ngoài với tốc độ chệch hướng lên tới 200 độ mỗi giây. Việc triển khai chức năng này đã cho thấy giảm tải lên cánh khoảng 15% trong điều kiện gió giật theo phương thẳng đứng và giảm khoảng 180 kilogram trọng lượng cấu trúc cánh, vì các kỹ sư không còn cần xây dựng cánh để chịu đựng các tải xấu nhất mà không có hỗ trợ.

Công nghệ đang hướng tới đâu

Các nghiên cứu mới đang đẩy giảm tải gió giật từ phản ứng sang dự báo. Các hệ thống sử dụng Doppler LIDAR tầm nhìn phía trước có thể phát hiện cơn giật vài giây trước khi chúng tới máy bay, cho máy tính chuyến bay thời gian để chuẩn bị các bề mặt điều khiển trước chứ không chỉ phản ứng sau khi sự việc xảy ra. Trong các thử nghiệm đường hầm gió và mô phỏng, phương pháp feedforward này đã đạt mức giảm trung bình mô-men uốn tại gốc cánh vượt quá 39%, cùng với việc giảm gia tốc đầu mút cánh hơn 65% so với một máy bay không có hệ thống giảm tải nào.

{{REC}}

Một dạng biên an toàn thầm lặng

Không công nghệ nào trong số này ngăn được việc nhiễu loạn xảy ra, và không hệ thống nào tuyên bố làm được điều đó. Những gì nó làm là mang lại cho mỗi cánh một khoảng dư an toàn mà thế hệ trước không có, biến vùng không khí gồ ghề thành một hành trình mượt hơn và kéo dài tuổi thọ cấu trúc của khung máy bay — tới mức còn giúp giảm trọng lượng cấu trúc. Lần tới khi đèn thắt dây an toàn bật giữa chuyến bay, rất có thể các cánh ngoài cửa sổ đã đi trước cú nhát vài bước.