Bay và những bí ẩn còn chưa biết

Ngay các chuyên gia cũng phải thừa nhận còn rất nhiều điều mà con người chưa hiểu về hoạt động bay, và đó là lý do vì sao động vật giỏi hơn nhiều so với các máy bay tốt nhất của chúng ta.

Bí ẩn chưa có lời giải đáp về khả năng bay của động vật

Chẳng hạn: Một chiếc phản lực Blackbird bay với tốc độ gần 2.000 dặm/giờ vượt qua 32 lần chiều dài cơ thể nó trong mỗi giây, nhưng cùng thời gian đó, một con chim bồ câu bình thường có thể bay qua 75 lần chiều dài cơ thể.

Tốc độ xoay tròn của một chiếc máy bay A-4 Skyhawk là khoảng 720 độ mỗi giây, so với tốc độ cuộn mình 5.000 độ của chim nhạn. Một vài máy bay quân sự có thể chịu đựng được lực hấp dẫn từ 8 đến 10 G (lực hấp dẫn trái đất bằng 1G). Nhiều loài chim chịu được lực hấp dẫn lớn hơn 10G và có thể đến 14G.

Còn nếu nói về độ linh hoạt và hiệu quả trong không trung, chim, dơi và côn trùng dễ dàng đánh bại những chiếc máy bay. Các nhà nghiên cứu hy vọng việc tìm hiểu động vật chi tiết hơn một ngày nào đó sẽ tiết lộ các bí mật về khả năng bay của chúng.

Bắt chước động vật

Gần như tất cả động vật trên không trung đều vỗ cánh để bay. Khi con người lần đầu tiên mơ đến việc cất mình khỏi mặt đất, nhiều người có ý nghĩ tự nhiên là bắt chước chim và tạo ra những chiếc cánh có thể vỗ được.

Vào thế kỷ 13, triết gia - thầy tu dòng Francis Roger Bacon đã đề xuất ý tưởng về một động cơ vỗ cánh, và trong thế kỷ 15, Leonardo DaVinci đã phác thảo những động cơ bay với cánh vỗ được. Nhưng những nỗ lực đầu tiên để bay như động vật đã thất bại. Với một phương tiện chở theo trọng lượng của một người, tốc độ vỗ cánh cần tạo ra lực nâng cần thiết, và yêu cầu đó là một trở ngại không thể vượt qua.

Mãi đến khi người ta thử sử dụng những chiếc cánh cố định, và theo nguyên lý khí động học đơn giản hơn nhiều, con người mới thực sự cất mình lên khỏi mặt đất.

Những chuyến bay đầu tiên của con người liên quan đến tàu lượn, và nổi tiếng nhất là một khí cầu chạy bằng hơi nước vào năm 1852.

Năm 1903, anh em nhà Wright đã thực hiện chuyến bay có người lái đầu tiên, chạy bằng động cơ, sử dụng một hệ thống gồm các cánh cố định vào thân máy bay. Kể từ thành công của họ, hầu hết máy bay chở người đều theo nguyên tắc cánh cố định.

"Vì hoạt động vỗ cánh tự nhiên rất phức tạp, nó rất khó để bắt chước", Sergey Shkarayev, một giáo sư về hàng không vũ trụ tại Đại học Arizona (Mỹ), cho biết.

"Người ta nhận ra rằng sẽ dễ dàng giải quyết hơn nhiều với những cánh cố định, giống như chim vẫn làm khi chúng lượn. Nhưng bạn vẫn cần một động cơ đẩy. Chim không có bánh, cũng chẳng có động cơ đẩy. Con người đã đi đến một sản phẩm kết hợp giữa một động cơ đẩy và bộ cánh cố định. Và đó là lý do khiến anh em nhà Wright thành công".

Con người còn lâu mới hiểu hết cơ chế bay phức tạp và tinh xảo của động vật. (Ảnh: LiveScience)

Những chiếc máy bay tí hon

Mặc dù những chiếc Boeing 747 phục vụ chúng ta rất tốt, song không phải là không còn hạn chế với những chiếc máy bay có cánh cố định như vậy. "Với những chiếc cánh vỗ, chúng tôi hình dung chúng có nhiều lợi thế hơn so với cánh cố định, chẳng hạn khả năng quay ngoắt đột ngột như ở chim ruồi", Shkarayev nói.

Cánh vỗ cũng cho phép các sinh vật lơ lửng ở một vị trí, bay ở tốc độ cực thấp và phản ứng mềm dẻo hơn với những thay đổi của điều kiện môi trường như gió xoắn, mưa và tuyết. Những khả năng linh hoạt đó cho phép chim và côn trùng bay ngay cả khi cánh đã bị gãy.

Shkarayev đã thiết kế những chiếc máy bay mini có cánh vỗ, với sải cánh chỉ hơn chục cm và có thể được điều khiển tự động. Những chiếc máy bay này được quân đội tìm kiếm và có thể có ứng dụng thương mại lẫn khoa học.

Để tạo ra động cơ tốt hơn, Shkarayev đã chụp ảnh chim và thiết kế những mô hình máy tính để hiểu nguyên lý khí động học của chúng. Ông phát hiện thấy khi chim và côn trùng bay, chúng thay đổi hình dạng cánh liên tục để thích ứng với điều kiện môi trường. Nhưng nguyên tắc vật lý của những sự thay đổi này rất phức tạp.

"Khả năng linh hoạt này thật đáng thèm muốn", ông nói.

Peter Ifju, một giáo sư về cơ khí và động cơ máy bay tại Đại học Florida, thì cho rằng "còn rất lâu chúng ta mới có thể trả lời được một số câu hỏi lớn về khả năng bay của động vật. Về mặt vật lý, động vật làm gì trong không khí để có thể tạo ra lực nâng hiệu quả đến vậy? Chúng ta có thể nhìn thấy những gì chúng đang làm, nhưng lại không hiểu cách mà chúng tương tác với không khí".

Ở mức độ sơ khai, ông nói, chim bơi trong không khí giống như con người bơi trong nước. Khi bơi, chúng ta đẩy nước ra xa để tạo ra sức đẩy về phía trước và nâng lên, trong khi cố gắng tạo ra càng ít lực cản càng tốt. "Chim cũng có cách xử lý tương tự", ông nói.

Động vật luôn có lợi thế so với máy móc, chẳng hạn khả năng sử dụng hệ thống thần kinh để đánh giá những thay đổi tinh tế của môi trường và điều chỉnh hoạt động bay theo đó.

"Chúng ta không chỉ cố gắng copy tự nhiên, có những điều thiên nhiên làm, chúng ta đơn giản là không thể làm được. Chúng ta chỉ cố gắng hiểu về tự nhiên, và áp dụng cho kỹ thuật cơ khí", một chuyên gia nói.