Nếu nhìn kỹ bất kỳ máy bay chở khách nào đỗ ở cổng, bạn sẽ thấy hai điều nổi bật ở đôi cánh của nó.

Tại sao cánh nghiêng về phía sau

Chúng nghiêng về phía sau so với thân máy bay, và hơi chếch lên về phía mút cánh.

Không phải hai hình dạng đó chỉ để trang trí.

Cả hai đều giải quyết những vấn đề thực tế mà các kỹ sư gặp phải khi máy bay phản lực bắt đầu bay nhanh hơn và các hãng hàng không bắt đầu chở hành khách mong muốn một hành trình êm ái, và hai góc này hầu như không liên quan đến nhau dù cùng xuất hiện trên một cánh.

Việc cánh được quét về sau xuất phát từ hiện tượng xảy ra với không khí khi một máy bay tiến gần tới tốc độ âm thanh.

Dòng không đi qua bề mặt trên của cánh tăng tốc khi nó uốn quanh bề mặt này, nên một phần dòng khí có thể đạt tới tốc độ siêu thanh ngay cả khi chính máy bay vẫn đang bay dưới Mach 1.

Khi điều đó xảy ra, sóng xung kích bắt đầu hình thành trên cánh, và lực kéo tăng vọt.

Việc đặt cánh chéo về phía sau làm thay đổi luồng khí mà cánh thực sự gặp phải, trì hoãn sự hình thành sóng xung kích và cho phép máy bay bay hành trình gần hơn với tốc độ âm thanh mà không phải chịu mức tổn thất lực kéo như cánh thẳng.

Một hệ quả cấu trúc không ai mong muốn

Độ quét còn thay đổi cách cánh phản ứng dưới tác dụng tải, và phần lớn là theo hướng tích cực.

Cánh đều uốn lên trên khi bay bất kể được chế tạo thế nào, và khi cánh quét về sau uốn cong sẽ làm giảm góc tấn ở mút cánh, điều này giới hạn lượng lực nâng tăng thêm do sự uốn cong tạo ra.

Ngược lại, cánh quét về phía trước làm tăng góc tấn ở mút khi uốn cong, sinh ra nhiều lực nâng hơn, càng uốn nhiều hơn và lại sinh nhiều lực nâng hơn theo một chu trình mất kiểm soát, đòi hỏi phải dùng kết cấu nặng hơn để khắc phục.

Sự khác biệt này là một phần quan trọng giải thích tại sao hầu hết các máy bay nhanh trên trời đều quét cánh về phía sau thay vì về phía trước.

Tại sao cánh chếch lên

Dihedral, tức là độ nghiêng lên từ gốc đến mút cánh, giải quyết một vấn đề hoàn toàn khác: giữ máy bay ở trạng thái cân bằng mà không cần sự can thiệp liên tục của phi công.

Một cánh thẳng phẳng không có xu hướng tự cân bằng nếu nó lăn nhẹ ra khỏi tư thế bằng phẳng, nên khi nhiễu loạn hay một thao tác điều khiển nhỏ làm nghiêng nó sang một bên, nó sẽ giữ nghiêng cho tới khi có người điều chỉnh lại.

Điều đó có thể chấp nhận được ở tiêm kích thiết kế cho các thao tác cơ động mạnh, nhưng đó là điều tệ nhất bạn muốn thấy trên một máy bay chở khách.

Dihedral khắc phục vấn đề này bằng hình học đơn giản.

Khi máy bay lăn nhẹ, nó bắt đầu trượt bên theo hướng đó, và vì cánh nghiêng lên, cánh thấp hơn tiếp xúc với luồng không khí ngang này ở một góc tấn hơi lớn hơn so với cánh bên trên.

Điều đó tạo ra một chút lực nâng nhiều hơn ở cánh thấp, đẩy máy bay trở lại trạng thái bằng phẳng mà không cần thao tác của phi công.

Sự đánh đổi đằng sau tính ổn định

Dihedral không phải là không có chi phí.

Bởi vì cánh nghiêng chứ không phẳng, một phần lực nâng mà chúng tạo ra hướng sang ngang thay vì thẳng lên, làm giảm nhẹ hiệu suất.

Chính xu hướng tự cân bằng đó giữ máy bay chở khách ổn định khi gặp nhiễu cũng chống lại ý định của phi công khi muốn lăn máy bay vào cua, đó là lý do các máy bay thiết kế cho cơ động mạnh thường dùng rất ít dihedral hoặc thậm chí ngược lại — anhedral, tức là nghiêng cánh xuống một chút để có khả năng lăn nhanh và phản hồi nhạy hơn.

{{REC}}

Hai góc, một mục tiêu chung

Độ quét và dihedral giải quyết hai vấn đề hoàn toàn riêng biệt, một liên quan đến khí động học và tốc độ, còn cái kia liên quan đến ổn định, nhưng chúng cuối cùng mang lại cho các máy bay chở khách hình dáng chung trên toàn thế giới: cánh chếch về sau, hơi nghiêng lên, được thiết kế để bay hành trình nhanh và ổn định mà không cần phi công phải chống chọi với hệ thống điều khiển suốt hành trình qua đại dương.