Máy bay - Với khoa học mọi điều đều có thể

Từ thời thưọng cổ, ảo tưởng làm cho người bay đã ám ảnh hàng nghìn nhà sáng chế, mà bằng chứng là câu chuyện thần thoại về Icare và các máy biết bay do Léonard de Vinci vẽ. Tuy nhiên, từ 1680, sau khi dành nhiều giờ để nghiên cứu sự bay của chim, nhà sinh lí và vật lí Italia đã kết luận rằng, con người vĩnh viễn không thể bay được bằng các phương tiện của chính mình. Vì vậy, sau sáng chế đầy ấn tượng của anh em Montgolfier, nhiều người đã nghĩ rằng lời giải của bài toán giúp con người bay phải nằm trong các dụng cụ nhẹ hơn không khí.

Nhưng ngay khi xem xét việc thay sức mạnh của cơ bắp bằng một cái máy, thì cái nặng hơn không khí lại có người tán thành. Đi đầu là một người Anh, có cách nhìn xa trông rộng, George Cayley. Trong cuốn sách Về hàng không xuất bản năm 1809, ông đã nêu nguyên lí của máy bay ("dùng một mặt nâng để nâng một vật nặng, bằng cách chiến thắng sức cản của không khí, nhờ một cái máy") và đã mô tả các bộ phận chính, kể cả cánh quạt. Rồi ông làm một mẫu thu nhỏ (năm 1804) và nhiều tàu lượn (từ 1809); nhưng không có được một động cơ đủ nhẹ. Các nghiên cứu của Cayley được William S. Henson tiếp tục. Người cộng tác của William là kĩ sư John Stringfellow đã chế tạo theo kích thước thu nhỏ được "cái xe chạy trên không bằng hơi nước", máy này năm 1848 đã đáp xuống nhiều lần bằng tàu lượn, vì trọng lượng của động cơ không cho phép nó lên cao, mà chỉ giúp nó kéo dài đường trườn xuống.

Người ta phải so sánh các công trình của Cayley với công trình đáng được ca ngợi không kém của Alphonse Pénaud. Trúng tuyển vào trường Hàng hải, ông bị bệnh bại luệt và mới chỉ chuyên nghiên cứu hàng không học, bằng những ma-két (mẫu thu nhỏ) biết bay, chúng giúp ông thu được những động cơ ổn định, nhất là khi sử dụng những cái cánh và cánh đuôi hình nhị diện (hình chữ V mở rất rộng). Trong các công trình của ông, người ta thấy ông đã tiên liệu loại cánh hình mũi tên, bộ càng hạ cánh gập lại được và cái cần lái. Năm 1817, cái Planophore của ông, dài 50 cm, có cánh quạt chuyển động bằng dây cao su xoắn đã làm kinh ngạc các du khách ở vườn Tuileries. Ông đã xây dựng các bản vẽ của một máy có thể bay lên, với một người lái và đã nhận bằng phát minh năm 1876, nhưng không cò tài chính để thực hiện; ốm đau, buồn nản, ông đã tự kết liễu đời mình. Những nhà sản xuất đồ chơi đã cho Planophore đi vòng quanh thế giới. Năm 1878, một trong số đồ chơi đó được tặng cho anh em Wright ở Mĩ đã thức tỉnh lòng say mê hàng không trong họ.

Louis Mouillard, một kĩ sư say mê hàng không học khác, ban đầu phỏng theo loài chim nhưng sau đã nắm bắt được lợi ích của các loại cánh cứng, mà bằng chứng là hai cuốn sách của ông: "Vương quốc không trung, khảo luận về chim. áp dụng cho hàng không" và "Bay không vỗ cánh". Bị tàn tật, ông phải từ bỏ các cuộc thử tàu lượn mà ông từng thực hiện. Cayley và Pénaud đã nêu được công thức chung cho các máy bay tương lai.

Dẫu sao cũng phải ghi nhận trường hợp của Clément Ader, ông này chẳng cần chờ đợi sự tiến triển cần thiết của tế bào và động cơ, đã chế tạo nguyên cả những cỗ máy mà cánh quạt được quay bằng máy hơi nước. Năm 1890,ông thành công với chiếc Éole, chiếc máy bay đầu tiên của ông. Tiếp theo là Avion, tên sau này thay cho aeroplane; với cái này, năm 1897, trong điều kiện thời tiết xấu, ông đã bay được 300m, cách mặt đất 1m, trước một ủy ban chính thức, ủy ban này không chịu thuyết phục và đã bỏ đi. Không được các nhà chừc trách nâng đỡ, Ader sau đó đã rút lui, từ bỏ các nghiên cứu của mình. đồng thời với Ader, người Anh gốc Mĩ Hiram Stevens Maxim chế tạo một máy bay hai cánh đồ sộ, đẩy bằng hai cánh quạt, đường kính gần 5,5 m, mỗi cái được kéo bằng một máy hơi nước 180ch. Tuy rất không hoàn chỉnh, năm 1894 máy cũng bay được lên khỏi mặt đất. Maxim, sau  khi đã chứng minh được lời khẳng định của mình, rằng những động cơ khá mạnh có thể nâng bổng được một cỗ máy nặng khác (tới 3500 kg), đã kết thúc các thử nghiệm của ông.

Cống hiến khoa học quan trọng đầu tiên cho việc hoàn chỉnh các tàu lượn là kĩ sư Đức Otto Lilienthal. Sau khi nghiên cứu rất lâu cách bay của loài chim và ghi các kết quả quan sát của mình trong cuốn sách "Sự bay của chim, coi là cơ sở của ngành hàng không", năm 1891 ông bắt đầu một loạt nhiều thí nghiệm với tàu lượn. Ông đã tiến hành không dưới 2000 chuyến bay cho đến năm 1896, khi ông tử thương vì rơi xuống từ độ cao 15m. Một kĩ sư Pháp, nhập quốc tịch Mĩ, Octave Chanute, nhờ biết rõ các công trình của Lilienthal và được Mouillard trao lại các kết quả của ông, cùng các ý kiến mà ông chưa thử nghiệm được, ngay từ 1875 đã theo đuổi các nghiên cứu của hai bậc tiền bối. Năm 1896, khi Lilienthal mất, Chanute đã 64 tuổi. Ông không vì thế mà không nắm ngọn cờ tiên phong, đã cải tiến cái tàu hai cánh cuối cùng mà Lilienthal đã thiết kế, nghĩ ra cách dùng dây néo và thanh chống để nối hai cánh (phương pháp này sau đó được sử dụng mãi mãi), và tiến hành một số thử nghiệm. Cuối cùng, caáctàu lượn của ông, mà cánh có các chỗ uốn vênh, có thêm tấm lái dẫn hướng, đã trở thành những tế bào thật sự, sẵn sàng nhận một động cơ. Ông nghĩ tới điều đó vào năm 1900 khi ông làm quen với Wilbur Wright và em là Orville, về sau ông trở thành cố vấn và bạn thân.

Cuối cùng, người ta cũng bổ sung vào bảng vàng danh dự những người báo trước sự ra đời của ngành hàng không, một nhà thiên văn Mĩ lỗi lạc là Samuel P. Langley, người đã rất quan tâm tới hàng không học, từ 1886 đến 1906. Ngay từ 1896, ông đã làm những mô hình thu nhỏ, có động cơ bay xa được 1200m. Sau đó ông cộng tác với một kĩ sư Mĩ Charles M. Manly, người đã chế tạo một động cơ 50 mã lực, nặng 95 kg, và ông lắp cho một máy bay gọi là Aerodrome. Năm 1903, chiếc máy này, do Manly điều khiển, đã hai lần lao đi từ boong một con tàu được thiết kế đặc biệt và cả hai lần, do máy phóng hoạt động kém, nên máy đều bay xuống sông Potomac. Trước những lời chế giễu và châm chọc của báo chí, Langley bèn chấm dứt vĩnh viễn các cuộc thử nghiệm của mình.

Năm 1900, khối lượng các thí nghiệm tiến hành bởi tất cả những người báo trước này đã đủ để giúp cho một nhà sáng chế, có phương pháp và kiên trì thành công trong việc cho một cái máy dùng sức đẩy cơ học mang một người bay lên không. Người này, một nhà chế tạo xe đạp, thành viên gia đình Wright, có một người em cũng tài năng, say mê và kiên trì như anh, và hơn nữa, hai anh em lại tìm thấy ở Chanute, người vốn là kĩ sư và có sau mình 25 năm nghiên cứu và thử nghiệm trong lĩnh vực bay, một cố vần toàn tâm toàn ý với nhiệm vu của họ.

Từ 1900 đến 1903, hai anh em Wright đã thực hiện gần 1000 chuyến bay bằng tàu lượn trên một bãi biển lộng gió. Các cuộc thử nghiệm của họ thường bị đứt quãng và trong những khoảng thời gian nghỉ bay ấy, họ trở lại xưởng, thử nghiệm những mẫu  thu nhỏ trong một ống gió do họ xây dựng. Nhờ thế, từ cái tàu lượn cuối cùng của Chanute, họ đã hoàn chỉnh được một tàu lượn, cái thứ ba theo thiết kế của họ, có đặc điểm là có cánh vững chãi nhờ được kéo dài thêm, giảm độ cong và được họ thêm một bộ phận điều khiển giúp chúng vênh lên (trước đây, khi tàu lượn nghiêng về một bên, thì người lái, để khỏi rơi, phải lấy lại thăng bằng bằng cách ngồi nhích sang phía đối diện; với sự làm vênh, thì đầu cánh sẽ nâng lên ở phía máy chúc xuống, và hạ xuống ở đầu kia, kết quả là đảo ngược được chuyển động chao nghiêng). Sau khi có một cái mày ổn định, hai anh em nhà Wright tìm cách giải quyết bài toán về lực đẩy, và do không được ai cung cấp nên họ tự chế tạo lấy cái mày nổ nhẹ (83 kg cho 13 mã lực) mà họ cần. Cuối cùng, họ làm thành công một cánh quạt hết sức hiệu lực, đối với thời đó (máy có hai cái quay ngược chiều nhau được kéo bằng pi-nhông và xích xe đạp).

Các cuộc bay thử đầu tiên được thực hiện vào cuối năm 1903. Mặc dù tượng trưng cho tuyệt đỉnh các kĩ thuật thời đó, máy này cũng không thể cất cánh được bằng chính các thiết bị của mình và phải được phóng trên một đường băng bằng gỗ. Lần thử cất cánh đầu tiên thất bại do lỗi tay lái của Wilbur (được chỉ định thử lần đầu bằng cách bốc thăm sấp ngửa). Lần thứ hai đã giúp Orville thực hiện một "chuyến bay" 12 giây, một cú nhảy 36 m. Cũng ngày ấy, anh đã thành công với 59 giây trên không, và bay xe 260m. Máy bay đã được khai sinh từ đó.

Ngay khi được tin, hàng chục nhà sáng chế đã chuyên tâm cho sự hoàn chỉnh máy bay. Năm 1906, kĩ sư Robert Esnault-Palterie chế tạo máy bay một lớp cánh, trong đó ông sáng chế cái cần lái và động cơ hình sao. Năm 1908, lực nâng đã được cải tiến đến mức Henri Farman có thể thực hiện chuyến bay đầu tiên có chở thêm một người. Cũng rất sớm, khung sườn lung lay của những máy bay đầu tiên phải nhường chỗ cho dạng chung của các máy bay một cách hiện đại. Louis Blériot chấp nhận công thức này và ông bảo vệ nó suốt đời. Năm 1910, người Đức Hugo Jumhers thiết kế một cái cánh bay, có nguồn gốc từ cái "cánh dầm chìa", cùng một xà cánh, đảm bảo độ cứng từ đầu nọ tới đầu kia. Năm 1913, một máy bay khác thường, tiến bộ hơn hẳn các máy cùng thời đã ra đời, gây ngạc nhiên vì các đường nét và thành tích của nó. Máy bay này do kĩ sư M.L. Béchereau thiết kế và Jules Deperdussin chế tạo, lần đầu tiên đã ưu tiên chú ý nhất đến khí động lực học. Đó là loại máy bay một cánh, kiểu dầm chìa, thân bằng gỗ, dạng thuôn, có tiết diện tròn, động cơ đặt ở mũi (có profin khí động lực, được nối dài bằng nón chụp của cánh quạt). Năm 1913, chiếc Deperdussin này đạt tốc độ 205 km/h, vượt xa mọi kỉ lục.

Cũng thời gian ấy, nhiều tiến bộ cũng đạt được trong các lĩnh vực khác. Người ta đã thử nghiệm những chiếc trực thăng đầu tiên. Kĩ sư Henry Fabre đã chú tâm nghiên cứu thủy phi cơ. Năm 1910, thủy phi cơ của ông đã cất cánh lần đầu, từ ao Berre. Cùng năm, máy bay Curtiss lần đầu tiên cất cánh từ một boong tàu, con tàu Birmingham, một tàu của hải quân Mĩ. Người ta cũng bắt đầu quan tâm tới trang thiết bị của máy bay và dụng cụ hàng không. Năm 1910, A. Etéve hoàn chỉnh một phong kế để đo tốc độ bay và người Mĩ Elmer A. Sperry chế tạo những chiếc la bàn con quay đầu tiên. Năm 1911, một sĩ quan hải quân Anh, Creagh-Osborne chế tạo la bàn cho máy bay. Năm 1914, Sperry sáng chế người lái tự động và máy đo độ trệch đường. Năm 1919 xuất hiện kính lục phân hàng không dùng bọt nước.

Năm 1915, Hugo Junkers chế tạo loại máy bay bằng kim loại đầu tiên, có cánh dầm chìa ở dưới thân. Cũng vào thời kì ấy, Louis Bréguet lần đầu tiên áp dụng cho máy bay của ông cách cung cấp xăng bằng áp lực, cải thiện được nhiều thành tích và nâng được "trần". Sau Thế chiến Thứ nhất, máy bay và thiết bị của nó có thêm nhiều cải tiến: cánh quạt có bước thay đổi, được sáng chế năm 1923, tuabin nén, do Auguste Rateau sáng chế năm 1926, lợi dụng các khí thoát để cung cấp khí nén cho động cơ, giúp cho máy bay bay được ở độ cao lớn; năm 1929, lần đầu tiên ở Mĩ có cuộc bay với đầy đủ thiết bị, chủ yếu nhờ vào sự hoàn bị của các cao độ khí áp kế, la bàn hồi chuyển và vô tuyến định vị. Muộn hơn nữa, năm 1934, có chuyến bay điều khiển từ xa đầu tiên. Cuối cùng, năm 1947, một máy bay Mĩ, điều khiển hoàn toàn tự động, vượt qua Đại Tây Dương (dù vận có một phi công ngồi trong, để đề phòng bất trắc). Từ 1920, người ta tích cực nghiên cứu sự đẩy bằng phản lực. Máy bay đầu tiên bay bằng động cơ phản lực là chiếc Heinkel-178 của Đức, trang bị một tuabin phản lực do kĩ sư Hans von Ohain thiết kế. Cuộc bay thực hiện năm 1939 và kéo dài 10 phút. Cũng một máy bay Đức, chiếc Messerschmitt 163 Komet năm 1944 là chiếc máy bay đẩy bằng phản lực đầu tiên bay lên được. Năm 1945, máy bay dùng tuabin đẩy đầu tiên bay thử ở Anh. Cuối cùng, năm 1949, máy bay René Leduc, có lắp một máy tĩnh phản lực, cất cánh lần đầu.

Một vài ngày tháng quan trọng khác: năm 1947 có chuyến bay đầu tiên của máy bay siêu thanh, nguyên mẫu (Bell-X-1) của Mĩ ; năm 1952 khánh thành dịch vụ thương mại đầu tiên do các máy bay phản lực Comet của Anh thực hiện, loại máy bay này do De Havilland chế tạo; năm 1965 có chuyến bay đầu tiên của máy bay có hình họ thay đổi F-111 của công ty General Dynamics, mà cánh gắn vào thân bằng khớp nối, có thể xoay hướng lúc đang bay, để làm thay đổi độ nghiêng của cánh cho phù hợp với vận tốc; năm 1969 máy bay Hawker-Siddeley Harrier của Anh, máy bay đầu tiên cất cánh theo phương thẳng đứng, được đưa vào sử dụng và máy bay chở khách đường dài, dung lượng lớn (nhiều chỗ) Boeing 747 cất cánh lần đầu; năm 1974 Airbus A-300 sản phẩm của liên doanh Pháp-Đức được đưa vào sử dụng; n8m 1976 đưa vào sử dụng chếc Concord do Pháp và Anh hợp tác chế tạo, là máy bay siêu thanh dân dụng đầu tiên - bay với vận tốc 2200 km/h.

Từ những năm 1970, ngành hàng không cũng như nhiều ngành khác, được hưởng nhiều tiến bộ đã đạt được, một mặt của điện tử học, và mặt khác của việc sử dụng các vật liệu mới, vật liệu composite. Như vậy, máy bay hiện đại đều được trang bị các hệ đei6ù khiển bay dùng điện, trong đó lệnh của phi công không còn được truyền bằng hệ thống lái và dây cáp cổ truyền, mà bằng xung điện. Cùng với việc cung cấp cho đội bay một lượng thông tin quan trọng ngày càng nhiều, đã được cải thiện nhờ dùng holography (phép toàn ảnh) các vật liệu conposite, như sợi carbon hoặc kevlar đã cách mạng hóa thế giới các hình dạng khí động lực vì tạo cho kĩ sư khả năng sáng tạo nhiều hình dáng khác thường nhằm tăng khả năng dễ điều khiển của máy bay và giảm được mức tiêu thụ nhiên liệu.

Cuối cùng là hai hướng nghiên cứu hàng không học, mà một thuộc dân dụng: máy by siêu thanh thế hệ thứ hai, thế hệ kế tục không ồn và tiết kiệm hơn chiếc Concord và một thuộc quân sự: máy bay tàng hình.  Năm 1981, chiếc F.117A, máy bay trinh sát và oanh tạc của Mĩ, là đại diện đầu tiên của các loại máy bay gọi là tàng hình này, vì chúng khó bị radar địch phát hiện. Thật vậy, chúng được chế tạo bằng những vật liệu hấp thụ một phần lớn sóng centimét, và mặt ngoài có nhiều mặt phẳng nhỏ làm lệch các làn sóng, để chúng không trở về được đài radar phát các sóng ấy. Cuối cùng, còn có những màn chắn cản trở sự truyền của các tia hồng ngoại phát ra từ động cơ, nhờ đó giảm được "dấu hiệu".