Tại sao phần cuối của cánh máy bay hiện đại lại cong lên?

Nếu là người thường xuyên bay, bạn có thể đã thấy có điều gì đó kỳ lạ ở cánh máy bay. Bạn có thể nhận thấy rằng đôi cánh có một bộ phận khá bất thường ở phần cuối. Ở một khía cạnh nào đó, nó trông giống như vây hoặc đuôi của một con cá - phần cuối của cánh máy bay được uốn cong lên trên và nó được gọi là winglets hay còn gọi là cánh lượn, cánh nhỏ.

Rất hiếm khi thấy phần cuối cánh của máy bay hiện đại có thiết kế phẳng hoàn toàn, chúng thường có cánh nhỏ, một số được uốn cong lên trên theo một hình cung nhất định, một số được gấp lên trên theo một góc nhất định và một số có đầu cánh. Đó là một thiết kế tách biệt phần trên và phần dưới.

Theo trang web của NASA, những chiếc cánh nhỏ này có thể giúp máy bay tiết kiệm trung bình tới 5% nhiên liệu. Lấy mẫu máy bay Boeing 737 thông thường làm ví dụ, điều này có nghĩa là nó sẽ tiết kiệm được 100.000 gallon nhiên liệu mỗi năm. 

Những thiết kế này có thể làm giảm tác động của lốc xoáy sinh ra ở đầu cánh lên máy bay trong quá trình bay. Đối với một mặt phẳng nhỏ, lực của những cơn lốc xoáy này đủ để làm nghiêng mặt phẳng đó nếu nó đi qua vùng đuôi phía sau một mặt phẳng lớn hơn. Đây là một vấn đề mà các nhà khí động học đã nhận thức được từ lâu. Tuy nhiên, phải đến thời hiện đại, cánh nhỏ mới được sử dụng phổ biến trên máy bay.

Khi máy bay đang bay, không khí tác dụng áp suất lên phía dưới cánh lớn hơn nhiều so với phía trên, do đó tạo ra lực nâng. Tuy nhiên, không khí ở phía dưới cánh sẽ cuộn lên và gặp luồng không khí có áp suất thấp hơn ở phía trên cánh, tạo ra một cơn lốc xoáy nhỏ. Cơn lốc xoáy này kéo dài ra phía sau máy bay, tạo ra lực cản và khiến máy bay lãng phí một phần năng lượng.

Năm 1897, nhà khí động học người Anh Frederick W. Lancaster đã đề xuất thiết kế "tấm cuối cánh" và nhận được bằng sáng chế. Thiết kế lúc đó là lắp hai tấm phẳng hướng lên trên ở cuối cánh để ngăn không khí ở phía dưới và phía trên cánh gặp nhau. 

Đến những năm 1970, kỹ sư Richard Whitcomb của NASA đã nghĩ ra một thiết kế tốt hơn. Ông phát hiện ra rằng loài chim luôn nghiêng hai đầu cánh khi cất cánh và đã lấy cảm hứng từ điều này, Richard Whitcomb nhận thấy phần nghiêng nên được thiết kế thành hình cánh để đạt được hiệu quả khí động học tốt nhất. Vì vậy, tên của chiếc máy bay "Little Wing/ Winglets" đã ra đời.

Nhưng do cân nhắc về chi phí, chỉ có một số công ty trang bị cho máy bay của họ những cánh nhỏ như vậy. Mãi đến giữa những năm 1990, một công ty có tên Aviation Partners mới giới thiệu một thiết kế tốt hơn và ngày càng có nhiều máy bay được trang bị những cánh nhỏ này.

Mike Stowell, chủ tịch của Aviation Partners Boeing, liên doanh giữa hãng và Boeing, cho biết những chiếc cánh nhỏ họ thiết kế không chỉ tiết kiệm nhiên liệu mà còn đẹp mắt, thu hút nhiều khách hàng. Một số công ty lắp đặt những chiếc cánh nhỏ này nhằm mục đích làm cho hình ảnh máy bay của họ không thua kém so với đối thủ cạnh tranh.

Ngày nay, hầu hết các máy bay cỡ vừa và nhỏ đều được trang bị cánh nhỏ, nhưng vai trò của chúng không quá quan trọng đối với các máy bay lớn. Cánh nhỏ của máy bay cũng có nhiều kiểu dáng hơn, ngoài những kiểu kể trên còn có kiểu dáng hình chiếc nhẫn.

Mark D. Maughmer, nhà khí động học tại Đại học bang Pennsylvania, nói với CNN rằng khi gặp nhiễu loạn trong chuyến bay, sự khác biệt trong trải nghiệm của hành khách là không nhỏ. “Tôi đã từng bay hai chiếc Boeing 737 trong một chuyến đi, một chiếc có cánh nhỏ và một chiếc không có cánh nhỏ. Sự khác biệt rất rõ ràng: chiếc không có cánh nhỏ sẽ rất xóc khi gặp nhiễu loạn, giống như đang lái một chiếc xe thể thao trên đường không bằng phẳng; và chiếc còn lại có cánh nhỏ giống như đang ngồi trên một chiếc xe limousine vậy”.

Tham khảo: Zhihu; Scienceabc