Cabin của máy bay được điều áp như thế nào?

Vào những năm 1930, hãng hàng không Boeing đã cho ra đời một thiết kế máy bay với tên gọi Model 307 Stratoliner, đây được xem là một bước ngoặt cho ngành hàng không thế giới. Boeing 307 được trang bị một cabin điều áp cho phép máy bay có thể bay nhanh hơn, cao hơn ở độ cao 20.000 feet (6.096m) so với mực nước biển mà không lo việc hành khách và phi hành đoàn thiếu oxy do không khí loãng.

Chuck Horning, Phó giáo sư tại khoa Khoa học Bảo trì Hàng không tại Đại học Hàng không Embry-Riddle, Florida từ năm 2005 và trước đó là giảng viên cơ khí và bảo trì tại Delta Airlines trong 18 năm, cho biết rằng công nghệ cabin này hoạt động tốt đến nỗi những hành khách và phi hành đoàn ở bên trong cũng khó để cảm nhận được sự thay đổi của áp suất, một phần vì nó bắt đầu điều chỉnh áp suất không khí bên trong máy bay khi bắt đầu thay đổi độ cao và điều chỉnh lại lúc máy bay hạ cánh.

Khối lượng không khí cần thiết cho hệ thống điều áp sẽ phụ thuộc vào thể tích của cabin.

Horning giải thích: "Đây không phải một hệ thống quá phức tạp đâu", ông nói rằng những công nghệ cơ bản này đã được giữ nguyên trong nhiều thập kỷ, mặc dù sự phát triển của điện tử, điều khiển tự động hóa bằng máy tính đã giúp hệ thống hoạt động chính xác hơn. Về cơ bản, máy bay sẽ dùng một phần không khí dư thừa từ bộ phận nén trong động cơ phản lực. "Các động cơ không cần toàn bộ số không khí nén đó để tiến hành đốt cháy, vì vậy luồng khí nén này được khai thác và sử dụng cho cả điều hòa và điều áp trên máy bay."

Một động cơ phản lực sẽ hoạt động bằng cách nén không khí và sau đó đốt cháy nó. Sau khi nén, trước khi đốt bằng nhiên liệu, một lượng nhỏ được điều áp và chuyển hướng, gọi là không khí bị chảy, không khí này có nhiệt độ 200°C, sau khi được làm mát, không khí này sẽ được bơm vào để tạo áp lực cho cabin. Quá trình này được kiểm soát bởi một thiết bị gọi là bộ điều khiển áp suất không khí, thứ mà Horning mô tả là "bộ não của hệ thống điều áp".

Ông giải thích thêm: "Bộ điều khiển đó sẽ tự động điều chỉnh áp suất. Nó sẽ có đầy đủ thông tin rằng máy bay đang ở độ cao nào trong hành trình bay. Sau đó lên lịch điều áp để khi máy bay bắt đầu nâng độ cao, áp suất bên ngoài giảm, nó sẽ bắt đầu hoạt động".

Khi bắt đầu nâng độ cao, chênh lệch áp suất quá lớn có thể khiến thân máy bay phải gánh chịu nhiều áp lực. Và để tránh điều đó, các máy bay sẽ không cố gắng để tăng áp suất lên gấp đôi so với mức áp suất ở mực nước biển. Thay vào đó, ví dụ, khi ở độ cao 36.000 feet (10.973 m), hầu hết các máy bay thương mại sẽ điều chỉnh mức áp suất bằng mức áp suất ở độ cao 8.000 feet (2.438 m) so với mực nước biển.

Còn với những mẫu mới hơn sau này, như Dreamcraft Boeing 787, với khung máy bay được cấu thành từ những sợi carbon siêu bền, nó cho phép máy bay có thể điều chỉnh áp suất trong khoang xuống tương đương mức áp suất tại độ cao 6.000 feet (1.829 m) so với mực nước biển. Horning cho biết: "Mức điều chỉnh đó sẽ tốt hơn so với những mẫu cũ, vì khi cabin ở độ cao càng lớn thì nồng độ oxy trong máu của bạn sẽ giảm xuống. Đó là lý do tại sao đôi khi bạn cảm thấy rất mệt mỏi sau khi xuống máy bay".

Ngoài ra, khối lượng không khí cần thiết cho hệ thống điều áp sẽ phụ thuộc vào thể tích của cabin. Do hệ thống điều áp sẽ hoạt động cùng với hệ thống điều hòa không khí, nên không khí sẽ liên tục được nạp vào và đẩy ra khỏi cabin, một số dùng cho điều hòa, phần còn lại sẽ được đẩy ra ngoài khi hệ thống bắt đầu lấy không khí từ bộ phận nén. Toàn bộ không khí trong cabin sẽ được trao đổi hoàn toàn trong vòng 3-5 phút, Horning cho biết thêm.

Máy bay phải điều áp một cách thật chính xác trong lúc bay lên và khi hạ cánh để tạo cho hành khách và phi hành đoàn một cảm giác thoải mái nhất, vì con người khá nhạy cảm với những thay đổi của áp suất không khí - những ai gặp vấn đề về tai khi đi máy bay sẽ biết điều này. Đó là lý do tại sao hệ thống này cần được điều khiển tự động. Theo như Horning giải thích thì trong trường hợp bộ phận điều khiển gặp trục trặc, phi công vẫn có thể tự điều chỉnh áp suất một cách thủ công, nhưng việc đó có thể tạo ra một trải nghiệm không mấy thoải mái cho hành khách và phi hành đoàn, vì thật khó để một quá trình thủ công có thể đạt được độ chính xác cao như máy móc điều khiển tự động.

Hệ thống điều áp cũng được thiết đặt những cơ chế an toàn để bảo vệ hành khách và phi hành đoàn trong trường hợp xảy ra sự cố. Van áp suất dương sẽ tự động mở khi áp suất bên trong quá cao do lượng khí nén bơm vào cabin quá nhiều để giảm áp lực xuống. Ngoài ra còn có van áp suất âm để bảo vệ máy bay khỏi áp lực của chênh lệch áp suất khi áp suất bên ngoài quá cao so với bên trong cabin (trong trường hợp hạ cánh đột ngột).

"Tàu ngầm được thiết kế để giữ áp suất bên trong lớn hơn bên ngoài, còn máy bay thì không giống như vậy. Do đó, van xả âm sẽ là bộ phận hoạt động nhạy hơn trong hệ thống an toàn". Và đó cũng chính là lý do mà đôi lúc, khi máy bay hạ cánh, bạn nghe thấy tiếng một luồng khí lớn tràn vào. Đó là khi van áp suất âm hoạt động.

Horning cho biết trong những trường hợp hiếm hoi, hy hữu nhất mà máy bay gặp trục trặc với áp suất thì vẫn sẽ có những biện pháp an toàn khác. Sẽ có một cảm biến để thông báo khi nào áp suất trong cabin giảm xuống mức tương đương với độ cao 12.000 feet (3.658m) so với mực nước biển, ngay lập tức, những chiếc mặt nạ oxy sẽ được thả xuống để hành khách và phi hành đoàn có thể tiếp tục thở.

• Mặt trăng đến từ đâu?
• 9 điều về bản thân mà chúng ta không hề biết
• Khám phá nơi động phòng của vua và hoàng hậu trong Tử Cấm Thành