Tại sao máy bay lại có phần đuôi cánh gập?

Bạn đã bao giờ thử nhìn ra ngoài cửa sổ máy bay hoặc quan sát chúng từ từ hạ cánh?

Và đã bao giờ bạn tự hỏi tại sao máy bay lại có phần đầu nhọn ở đuôi cánh?

Điều mà bạn thấy chính là "winglets" hay được gọi là những chiếc cánh lượn, một bộ phận không thể thiếu của mọi chiếc máy bay hiện đại.

Tại sao chúng lại có mặt trên máy bay?
"Phần cánh lượn giúp giảm phần khí xoáy và giúp tăng lực nâng cho máy bay", Rober Gregg, chuyên gia khí động lực học chính của Boeing chia sẻ trên tờ Business Insider.

Xét về kĩ thuật, điều đó hoàn toàn chính xác. Gregg cũng nói thêm rằng lý do thực tế đằng sau câu trả lời thì dễ hiểu hơn rất nhiều.

Phần đuôi cánh gập của máy bay giúp tiết kiệm năng lượng, giảm lượng khí thải CO2 và giảm chi phí vận hành

Winglets cho phép những phần cách tạo ra lực nâng hiệu quả. Do đó, động cơ máy bay sẽ cần ít năng lượng hơn. Nhờ có phần winglets, máy bay có thể tiết kiệm một lượng năng lượng đáng kể, giảm lượng khí thải CO2 và giảm chi phí vận hành máy bay.

Boeing cho biết rằng thiết kế winglets trên máy bay 757 và 767 đã góp phần cải thiện lượng nhiên liệu đốt lên tới 5%; đồng thời cũng cắt giảm lượng khí CO2 thải ra tới 5%. Một hãng hàng không có thể tiết kiệm được 500,000 gallon nhiên liệu (khoảng 1.892.700 lít) mỗi năm nếu lắp đặt phần cánh winglets cho dàn máy bay Boeing 767.

Winglets sẽ giúp làm giảm những tác động của lực cản. Khi một máy bay đang bay, áp suất phần trên cánh máy thấp hơn phần dưới cánh. Ở gần khụ vực cánh lượn, không khí có áp suất cao ở phía dưới cánh sẽ bị đẩy về phía khu vực có áp suất thấp (ở phía trên) tạo ra xoáy. Các dòng xoáy này sẽ chuyển động theo ba chiều dọc theo cánh máy bay. Nó không chỉ đẩy không khí lên và đi qua cánh mà còn giúp giữ dòng khí lại.

Với những cải tiến ở phần winglets, máy bay có thể làm suy yếu cường độ của vùng xoáy phía đuôi cánh. Quan trọng hơn, nó sẽ làm giảm lực cản lên trên toàn bộ cánh máy bay.

Lực cản cũng có thể được hạn chế bằng cách làm cho sải cánh rộng hơn. Trên thực tế, nếu sải cánh máy bay càng dài, lực cản tác dụng lên máy bay càng giảm.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các kĩ sư chế tạo máy bay không thể chế tạo phần cánh máy bay dài hơn. Ví dụ, với những chiếc máy bay có phần thân hẹp như Boeing 737 và 757, chúng được thiết kế cho những chặng bay nội địa ngắn và trung bình. Do những chuyến bay này không cần máy bay có kích thước lớn cho nên sải cánh cũng được thiết kế nhỏ lại đê vừa với khu vực đỗ quy định tại sân bay.

Sơ đồ tái hiện quá trình làm việc của winglets

Do đó, thay vì giải pháp tăng diện tích của sải cánh máy bay, Boeing đã thiết kế phần đuôi cánh gấp để tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa thiết kế.

Trong vài trường hợp, phần đuôi cánh gấp không thực sự quan trọng do không có các rào cản trong không gian. Ví dụ, mẫu Boeing 777 được nhiều người ưa chuộng không có thiết kế winglets. Theo như Gregg, lý do được đưa ra bởi vì Boeing 777 chuyên hoạt động tại các sân bay được thiết kế dành cho những máy bay cỡ lớn. Vì lí do đó, hãng Boeing nhận thấy là chiếc máy bay này có thể hoạt động hiệu quả mà không cần phải bổ sung thêm các cánh lượn.

Được phát triển bởi Richard Whitcomb tại trung tâm nghiên cứu Langley của NASA vào năm 1976, các kĩ sư chế tạo máy bay đã làm việc khẩn trương để cải tiến thiết kế và hiệu suất của phần winglets.

Một vài máy bay của hàng Boeing không cần thiết kế phần cánh lượn ở đuôi cánh máy bay

Theo Gregg, những mẫu thiết kế thế hệ đầu dành cho các máy bay như Boeing 747-400 và McDonnell Douglas MD11 giúp việc đốt nhiên liệu trở nên hiệu quả từ 2.5% - 3%, so với những chiếc máy bay không được trang bị chi tiết này.

Thế hệ winglets thứ hai trên các mẫu Boeing 737, 757 và 767 có kích thước lớn hơn so với các mẫu đầu tiên với độ cong hoàn hảo. Những chiếc winglets đời hai này nâng hiệu suất đốt nhiên liệu lên tới 4% - 6%.

Máy bay Boeing 737 Max được trang bị với winglets tối tân nhất giúp nâng hiệu suất đốt nhiên liệu lên 1%-2%, so với mẫu winglets đời hai.