Tại sao máy bay chiến đấu thường không bay với tốc độ tối đa?

[miro1510]

Nếu một máy bay chiến đấu bay với tốc độ tối đa, nó chỉ bay vẻn vẹn được 2 phút, sau đó sẽ hết nhiên liệu; do vậy tốc độ hành trình của máy bay là chế độ bay mà phi công khuyến cáo được sử dụng.

Thông thường, máy bay chiến đấu bay với tốc độ hành trình, tốc độ này không phải là tốc độ trung bình của máy bay, mà là tốc độ mà máy bay có thể bay được quãng đường xa nhất khi nạp đầy nhiên liệu. Ngoài ra, độ cao hành trình cũng phải phù hợp.

Trên thực tế, khi máy bay đang di chuyển, còn có một tốc độ khác gọi là “tốc độ cho tầm bay tối đa”; nói một cách đơn giản, đây là tốc độ mà máy bay tiêu hao nhiên liệu tiết kiệm nhất. Tuy nhiên, tốc độ này sẽ không hiệu quả về mặt thời gian.

“Tốc độ hành trình” là tốc độ máy bay duy trì trong các chuyến bay đường dài, thường là để đạt được phạm vi và hiệu quả sử dụng nhiên liệu tối ưu. Tốc độ này phụ thuộc vào các yếu tố như đặc điểm thiết kế của máy bay, hiệu suất động cơ và môi trường bay.

Theo đánh giá của các nhà chuyên môn, “tốc độ hành trình” của máy bay chiến đấu sẽ cao hơn một chút so với “tốc độ đạt phạm vi tối đa”, nhưng thấp hơn nhiều so với “tốc độ tối đa”. Tốc độ hành trình của máy bay chiến đấu thế hệ 5 là phải đạt tốc độ siêu âm mà không cần bật tăng lực.

Tốc độ hành trình được chọn để cân bằng mức tiêu thụ nhiên liệu và quãng đường di chuyển. Nếu tốc độ bay quá thấp, thời gian bay và mức tiêu thụ nhiên liệu có thể tăng lên, trong khi nếu tốc độ quá cao, hiệu quả sử dụng nhiên liệu có thể bị ảnh hưởng.

Do đó, tốc độ hành trình là sự dung hòa giữa hai yếu tố quãng đường và thời gian, để có thể đảm bảo thời gian bay tối đa trên các chuyến bay dài, đồng thời duy trì mức tiêu thụ nhiên liệu trong giới hạn hợp lý.

Trong mắt nhiều người, có sự khác biệt giữa máy bay chiến đấu và máy bay hàng không dân dụng, khi máy bay hàng không dân dụng chú trọng đến tính kinh tế hơn. Chỉ khi áp dụng kế hoạch bay với mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, thì các hãng hàng không mới thu được lợi nhuận lớn hơn.

Tuy nhiên với máy bay chiến đấu thì khác, nếu máy bay chiến đấu bay với tốc độ cao nhất, thì có thể tiếp cận chiến trường sớm hơn và nhanh chóng tham chiến. Nếu muốn tiết kiệm nhiều nhiên liệu mà bay chậm, thì sẽ bỏ lỡ thời cơ chiến đấu.

Nhưng điều chúng ta cần chú ý đó là, khoảng cách giữa tốc độ bay hành trình của máy bay chiến đấu và tốc độ tối đa của nó là quá lớn. Lấy chiếc máy bay chiến đấu F-14 của Hải quân Mỹ rất nổi tiếng làm ví dụ.

Tốc độ bay của F-14 thường nằm trong khoảng 741-1.019 km/giờ. Nếu quy đổi sang số Mach thì chúng chỉ ở mức Mach 0,7 đến 0,96 (nếu máy bay ở độ cao 10.000 mét). So với tốc độ bay tối đa của F-14 là 2.485 km/h (Mach 2,34), thì chênh lệch tốc độ lớn hơn gấp đôi.

Tuy nhiên, một vật thể bay trong không khí càng nhanh, thì lực cản nó phải chịu càng lớn. Vì vậy, khi bàn về tốc độ bay, tất yếu phải sử dụng công thức thực nghiệm về lực cản bay. Khi các điều kiện bên ngoài không thay đổi, thì thứ thực sự đóng vai trò quyết định chính là tốc độ.

Nhìn vào lực đẩy của động cơ, tiếp tục lấy chiếc F-14 làm ví dụ, nó sử dụng 2 động cơ phản lực General Electric F-110. Lực đẩy trung gian của động cơ này là 72,7 kilonewton. Với lực đẩy này, F-14 đã có thể bay vượt quá tốc độ hành trình.

Tuy nhiên, nếu động cơ này được vận hành ở lực đẩy tối đa khi bật chế độ đốt sau, nó có thể tạo ra lực đẩy 125,4 kN. Ở trạng thái này, bộ đốt sau của F-14 hoạt động toàn phần và một lượng lớn nhiên liệu được xả ra khỏi vòi phun cùng với khí, mà không bị đốt cháy hoàn toàn. Việc này tạo ra lực đẩy rất lớn, để cân bằng lực cản cho máy bay.

Với mức tiêu thụ nhiên liệu ở chế độ đốt sau tối đa, F-14 có thể bay trong thời gian ngắn với tốc độ Mach 2,34; tuy nhiên mức tiêu hao nhiên liệu là rất cao. Theo mô tả của phi công thử nghiệm F-14, khi bay hoàn toàn bằng chế độ tăng lực, động cơ của F-14 có thể sử dụng hết nhiên liệu mà máy bay mang theo được, chỉ trong vòng 2 phút.

Vì vậy, chúng ta có thể tính toán như thế này: Mach 2,34 xấp xỉ bằng 2.485 km một giờ, nhưng nếu thời gian bay chỉ hai phút khi bật tăng lực hoàn toàn, thì chiếc F-14 này có thể bay quãng đường 82 km.

Mặc dù tốc độ bật tăng lực toàn phần giúp máy bay bay rất nhanh, nhưng quãng đường bay lại quá ngắn so với phạm vi hành trình, chỉ tương đương với 3% phạm vi hành trình (2.960 km). Điều này đã mất đi ý nghĩa thực tế của nó.

Vì vậy, khi thảo luận về tốc độ tối đa của máy bay chiến đấu, chúng ta thường nhìn vào sức mạnh bùng nổ của máy bay chiến đấu trong hàng chục giây chiến đấu, hơn là thảo luận về việc máy bay chiến đấu có thể bay bao xa với tốc độ tối đa.

Do vậy rất ít phi công có thể lái máy bay của họ đạt tốc độ tối đa trong các trường hợp khẩn cấp không phải chiến đấu. Điều này cũng được quy định trong các bộ quy tắc bay, không chỉ tốn nhiên liệu, mà còn rất hại động cơ; đồng thời tạo ra những tiếng nổ lớn trên bầu trời, có thể ảnh hưởng đến hoạt động dân sinh dưới mặt đất