Công bố đáp án và trao thưởng: Máy bay chiến đấu phản lực có đứng yên trên trời được không?

Hầu hết các loại máy bay chiến đấu phản lực đều không thể đứng yên trên không, trừ một loại máy bay chiến đấu phản lực được thiết kế đặc biệt để có thể cất cánh và hạ cánh thẳng đứng VTOL (vertical take off/landing).

Các máy bay này có khả năng đứng yên tạm thời ở trên không trong trạng thái bay treo tại chỗ (hovering) như máy bay trực thăng.

Trong quá trình chuyển tiếp chế độ bay từ trạng thái cất cánh thẳng đứng sang bay thường và nhất là từ trạng thái bay thường sang hạ cánh thẳng đứng, máy bay chiến đấu VTOL cần một khoảng thời gian để điều chỉnh công suất và hướng lực đẩy động cơ.

Qua đó giúp máy bay bốc lên hoặc hạ xuống bãi đáp.

Về nguyên lý, nếu lực đẩy động cơ được cân bằng với trọng lượng máy bay, nói cách khác véctơ lực đẩy động cơ và véctơ trọng lực tác động lên máy bay cùng phương ngược hướng và bằng nhau, thì máy bay duy trì được trạng thái bay treo tại chỗ.

Nếu lực đẩy động cơ lớn hơn trọng lượng thì máy bay sẽ bốc lên và ngược lại, nếu lực đẩy động cơ nhỏ hơn trọng lượng thì máy bay sẽ hạ xuống.

Hiện nay, việc điều chỉnh công suất và hướng lực đẩy động cơ để giúp máy bay chiến đấu phản lực VTOL giữ thăng bằng và thực hiện các động tác bay treo tại chỗ, cất cánh và hạ cánh thẳng đứng được thực hiện thông qua máy tính của hệ thống điều khiển bay điện tử.

Một số loại máy bay chiến đấu phản lực VTOL tiêu biểu có khả năng đứng yên tạm thời ở trên không trong trạng thái bay treo tại chỗ như Yak-38 và Yak-141 của Liên Xô, Harrier của Anh, F-35B Lightning II của Mỹ.

Có bạn đọc sau khi xem clip bài bay biểu diễn động tác “Rắn hổ mang Pugachyov” của các máy bay tiêm kích dòng Su-27 đã cho rằng có lúc máy bay dường như đã đứng yên trên không.

Thực tế không phải vậy. Máy bay vẫn tịnh tiến cùng độ cao theo hướng bay về phía trước và thay đổi trạng thái ổn định khí động trong suốt quá trình phi công thực hiện động tác này.

Động tác bay “Rắn hổ mang Pugachyov” được đặt theo tên của phi công Xô-viết Viktor Pugachyov, người lần đầu tiên thực hiện bài bay này vào ngày 28/04/1989 trên máy bay tiêm kích Su-27 tại sân bay Zhukovsky, Moskva.

Trong động tác “Rắn hổ mang Pugachyov”, phi công đột ngột đưa máy bay ngóc mũi lên ở góc tấn công vượt mức khống chế tối đa.

Trong khi đó tăng nhẹ công suất đẩy của động cơ phản lực để duy trì độ cao và nhờ quán tính đưa trạng thái đuôi máy bay hất ngược về phía trước theo hướng bay cũ, rồi kết thúc với việc hạ mũi máy bay xuống ở trạng thái bay thường.

Về lý thuyết không chiến, động tác “Rắn hổ mang” giúp máy bay chiến đấu phản lực giảm tốc đột ngột mà vẫn giữ được hướng bay cùng độ cao, qua đó đổi vai nhanh chóng từ máy bay bị truy đuổi thành máy bay truy đuổi đối phương trong một số tình huống cơ động cận chiến./.

Nhiều bạn đọc đã trả lời tương đối chính xác câu hỏi, trong đó có 3 đáp án nổi bật nhất:

Phạm Văn Tường (10h31, ngày 12-10-2015):

Do tính chất tương đối của chuyển động mà phần trả lời câu hỏi trên chỉ xét cho trường hợp khi hệ quy chiếu là trái đất. 
Xét về mặt động lực học, khi máy bay ở trên không nó chịu tác dụng của trọng lực, các lực cản và làm nó có xu hướng rơi xuống. Máy bay có thể di chuyển được trong trường hợp này cần phải có lực tác dụng để làm cho máy bay di chuyển.

Chuyển động của máy bay sử dụng nguyên lý của chuyển động phản lực. Quá trình tương tác này sảy ra bên trong của hệ vật. Một phần của hệ vật tách ra và chuyển động với một vận tốc, gia tốc xác định, phần còn lại chuyển động ngược lại.

Chính chuyển động phản lực này cung cấp toàn bộ năng lượng cho quá trình chuyển động. Ở máy bay phản lực, động cơ đốt nhiên liệu nhằm tăng động năng và tạo ra dòng khí có nhiệt độ lớn, động năng cao và chuyển động mạnh về phía sau và đẩy máy bay về phía đối diện.

Các máy bay phản lực có khả năng cất cánh thẳng đứng như YAK38 của Liên Xô, F35B, hay AV-8A Harrier của Mỹ có khả năng đứng yên trên không.

Khi máy bay cất cánh, động cơ phản lực điều chỉnh luồng phụt hướng thẳng đứng xuống dưới, làm cho máy bay chuyển động hướng lên trên, kết hợp với một động cơ cánh ở giữa thân, máy bay di chuyển ngược lên.

Tuy nhiên những máy bay này thường có tải trọng thấp, khó duy trì cân bằng và độ linh hoạt kém hơn hẳn.

Mặc dù nó hoàn toàn lép về trước các máy bay phản lực sử dụng nguyên tắc cất cánh truyền thống nhưng nhờ có ưu điểm như yêu cầu đường đường băng cất cánh ngắn, không yêu cầu cao về đường băng nên vẫn được chế tạo và sử dụng

Thi (13h28, ngày 12-10-2015):

Ở đây, tôi không bàn về thuyết tương đối, khái niệm đứng yên ở đây theo thuyết Niuton về cơ học cổ điển. Thứ nữa, khái niệm đứng yên ở đây khá rộng: đứng yên trong tư thế nào? trong bao lâu? Ở độ cao bao nhiêu?

- Đứng yên ở tư thế nằm thì có các máy bay cất và hạ cánh thẳng đứng như F35B - phiên bản cất và hạ cánh thẳng đứng, AV-8B Harrier II, Yak-141.

"Đứng yên" ở đây phục vụ quá trình hạ cánh và cất cánh thẳng đứng, và thời gian duy trì cho việc này có lẽ là "dài" nhất theo nghĩa đứng yên. Tất nhiên chắc chắn là chẳng được quá dài vì ở cơ chế này rõ là việc tản nhiệt và làm mát rất khó khăn.

Độ cao duy trì cho trò này như mình thấy cũng không khá hơn trực thăng đâu.

- Đứng yên ở tư thế thẳng đứng (hoặc hơi chéo) như hình của bài, cái này thì hầu như máy bay chiến đấu nào cũng làm dc trong thời gian rất ngắn, nó đạt dc khi có sự cân bằng giữa động năng và thế năng như các bạn phân tích ở dưới, nhưng không duy trì lâu dc vì rất nhiều yếu tố không thể khống chế được khi máy bay ở tư thế này.

Các màn trình diễn của máy bay Nga có thể thấy được kiểu "đứng yên" này. Độ cao cho trò này thì chắc hơn kiểu đứng yên ở trên rồi.

- Vấn đề thời gian đứng yên, tức là duy trì được bao lâu, ở độ cao bao nhiêu là cốt yếu ở đây. Theo mình chưa có máy bay chiến đấu phản lực nào thiết kế cho việc duy trì trạng thái đứng yên ở độ cao lớn và thời gian dài, có chăng thì 1 trong 2 yếu tố sẽ đi ngược nhau.

Ở đây có lẽ nhà thiết kế chưa thấy được lợi ích của việc này, trong khi tác hại đã sờ sờ ra rồi.

Vũ Đình Công (00h16, ngày 13-10-2015):

Ở đây mình không bàn đến các máy bay F35 hay AV-8B Harrier vì các bạn đã có quá nhiều video để tham khảo rồi.

Tác giả muốn hỏi là máy bay chiến đấu phản lực có đứng im dạng thẳng đứng trên trời được không. Mình xin trả lời chắc chắn là KHÔNG. Mình sẽ giải thích ngắn gọn thế này, để máy bay đứng im được trên trời thì nó phải có điều kiện cần và điều kiện đủ như sau:
1. Điều kiện cần: Để bay lơ lửng được, xét theo phương thẳng đứng thì để máy bay bay được thì nó cần thắng được lực hút trái đất; tức là các máy bay chiến đấu có tỷ lệ lực đẩy/trọng lượng lớn hơn 1 thì có thể làm được điều này. 
2. Điều kiện đủ: Để máy bay đứng im và duy trì được trạng thái đứng im thì nó cần có các động cơ phụ để ổn định trọng tâm của máy bay và giữ cho máy bay cân bằng trước các ngoại lực tác động có thể làm máy bay nghiêng đi không giữ được phương thẳng đứng.

Các loại động cơ này chỉ được trang bị trên các tên lửa vũ trụ giúp ổn định quỹ đạo tên lửa khi cất cánh còn khi đã đạt được tốc độ nhất định các cánh gió và hướng phụt của động cơ sẽ điều chỉnh.

Trên các máy bay chiến đấu phản lực thì không có các động cơ phụ này do không cần thiết và kết cấu các máy bay trở nên quá phức tạp.

Nhưng khi máy bay đã đạt được tốc độ nhất định thì nó có thể chuyển hướng bay theo phương thẳng đứng được vì khi đó các cánh gió sẽ giúp ổn định được hướng của máy bay.

Rõ ràng các bạn đều thể hiện kiến thức rất sâu về kỹ thuật quân sự, đúng là "kẻ tám lạng, người nửa cân".

Thật khó khăn khi phải lựa chọn đáp án xuất sắc nhất, cuối cùng Nhóm chuyên gia quân sự quyết định bỏ phiếu kín, kết quả là bạn Thi được 3/5 phiếu, hai bạn Phạm Văn Tường và Vũ Đình Công mỗi người được 1/5 phiếu.

Xin chúc mừng bạn Thi đã giành phần thưởng trong câu hỏi này.

Trân trọng cảm ơn các bạn Phạm Văn Tường và Vũ Đình Công, chúc các bạn may mắn hơn trong những câu hỏi kế tiếp.

Đồng thời, Nhóm chuyên gia quân sự cũng đánh giá rất cao câu trả lời của các bạn Trần Thái, NguyenNgocQuyen, Hồ Thanh Trung, Trần Minh, Lê Chí Hiếu, Dương Thanh Liêm, Bily Vinh, Y Ty Byă cùng sự tham gia nhiệt tình của nhiều bạn khác.

Trân trọng.