Tại sao máy bay lại được lắp những chiếc cánh lượn (Winglet)?

Bạn đã bao giờ nhìn ra ngoài cửa sổ của một chiếc máy bay hoặc quan sát lúc nó di chuyển trên đường băng? Bạn đã bao giờ phân vân tại sao một số chiếc máy bay lại có những phần bị uốn cong ở cuối mỗi chiếc cánh?

Điều mà bạn thấy chính là winglet, hay nói cách khác là những chiếc cánh lượn mà đến nay đã trở thành trang bị tiêu chuẩn cho hầu hết những chiếc máy bay kiểu mới thông dụng.

Tại sao máy bay lại có cánh lượn Winglet?

Khi chia sẻ với tờ Business Insider, Robert Gregg - Trưởng bộ phận khí động lực học của Boeing cho biết: "Winglet sẽ giúp giảm dòng khí xoáy ở đầu cánh góp phần tăng lực nâng".

Cánh lượn của máy bay

Đây là câu trả lời xét về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên, Gregg cũng nói thêm rằng lý do thực tế đằng sau sự xuất hiện của winglet dễ hiểu hơn rất nhiều.

Winglet cho phép những chiếc cánh tạo ra lực nâng hiệu quả hơn, điều đó có nghĩa những chiếc máy bay sẽ cần ít nhiên liệu từ động cơ hơn, giảm khí CO₂ thải ra và tiết kiệm chi phí cho ngành hàng không.

Boeing đã tuyên bố rằng những chiếc cánh lượn được lắp đặt trên các máy bay 757 và 767 đã góp phần cải thiện lượng nhiên liệu bị đốt cháy khoảng 5% và giảm khí CO₂ thải ra lên tới 5%. Một công ty hàng không khác lắp đặt winglet cho đội tàu gồm 58 chiếc máy bay Boeing 767 được hy vọng là sẽ tiết kiệm khoảng 500.000 gallon nhiên liệu mỗi năm, tương đương khoảng 1.892.700 lít.

Winglet sẽ giúp làm dịu những tác động của lực cản (Induced Drag). Khi một chiếc máy bay đang bay, áp suất không khí ở phía trên mỗi chiếc cánh sẽ thấp hơn so với ở phía dưới, tạo ra sự chênh lệch áp suất. Ở gần những chiếc cánh lượn (chỗ uốn cong), 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 chuyển động theo 3 chiều dọc theo sải cánh. Chúng không chỉ giúp đẩy dòng khí lên và đi qua cánh mà còn kéo dòng khí trở lại tạo ra lực cản.

Với sự ra đời của những chiếc cánh lượn, máy bay có thể làm yếu đi tác động của những dòng khí xoáy (wingtip vortice) và quan trọng hơn, nó sẽ làm giảm lực cản tác động lên toàn bộ cánh.

Cơ chế hoạt động của cánh lượn Winglet

Lực cản cũng có thể được hạn chế bằng cách tạo ra sải cánh lớn. Thực tế, quy luật chung là sải cánh càng dài thì lực cản càng thấp, Gregg nói.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các hãng sản xuất máy bay đơn giản là không muốn lựa chọn tạo ra những chiếc cánh dài. Chẳng hạn, những chiếc máy bay thân hẹp như Boeing 737 và 757 thường cất cánh tại các cửa thuộc sân bay được thiết kế dành cho các chuyến bay nội địa có đường bay ngắn cho đến trung bình. Vì những chuyến bay này thường yêu cầu máy bay có kích thước khoang chứa nhỏ nên việc thiết kế những chiếc cánh dài không thuận tiện. Do đó, sải cánh được giới hạn một cách hoàn hảo bởi không gian đậu máy bay được phân bổ cho từng chiếc ở cổng.

Chính vì vậy, thay vì tăng chiều dài của sải cánh bằng cách tạo ra những chiếc cánh dài thì Boeing đã sử dụng những chiếc cánh lượn.

Trong một vài trường hợp, cánh lượn Winglet không cần thiết bởi vì không có các rào cản trong không gian. Chẳng hạn, chiếc máy bay thân rộng rất nổi tiếng Boeing 777 không có winglet. Theo Gregg, đó là bởi vì Boeing 777 hoạt động ở các sân bay quốc tế được thiết kế dành cho các máy bay Jumbo Jet có kích thước lớn. Do đó, Boeing nhận thấy là chiếc máy bay này có thể hoạt động đạt đến công suất tối đa mà không cần phải bổ sung thêm các cánh lượn.

Một chiếc Boeing 777 không có Winglet

Kể từ khi được phát minh lần đầu tiên bởi Richard Whitcomb tại Trung tâm nghiên cứu Langley của NASA vào năm 1976, các hãng sản xuất máy bay đã dần dần cải tiến cả về thiết kế lẫn hiệu quả của winglet.

Theo Greeg, những chiếc cánh lượn thế hệ đầu thường được gắn với các loại máy bay như Boeing 747 – 400 và McDonnell Douglas MD11 góp phần giảm 2,5% - 3% nhiên liệu đốt cháy trong so sánh với những chiếc máy bay không được trang bị winglet.

Những chiếc winglet thế hệ thứ hai được trang bị cho Boeing 737, 757 và 767 có kích thước lớn hơn thế hệ thứ nhất với độ cong cũng lớn hơn, có khả năng tiết kiệm nhiên liệu từ 4% đến 6%.

Chiếc 737 Max của Boeing được trang bị winglet thế hệ thứ ba với khả năng tiết kiệm nhiên liệu nhiều hơn so với thế hệ thứ hai khoảng 1 đến 2 %.