Công nghệ ứng dụng trên tàu sân bay

DATVIET - Với chức năng không kém gì một căn cứ không quân, tàu sân bay được kết hợp nhiều yếu tố của một tàu thuỷ, một căn cứ quân sự, một thành phố thu nhỏ.

Là loại tầu nổi lớn vận chuyển các loại máy bay trên biển, cho phép máy bay cất, hạ cánh và là trung tâm chỉ huy cho các hoạt động trên biển, tầu sân bay được thiết kế gồm các bộ phận:

USS Nimitz, tàu sân bay năng lượng hạt nhân lớn nhất và đắt nhất trên thế giới hiện nay. Ảnh: Chinamil.com

- Đường băng (Flight-deck): là phần có bề mặt phẳng và rộng nằm phía trên cùng của tầu làm nơi máy bay cất cánh và hạ cánh.

- Nhà máy điện và hệ thống đẩy để tầu di chuyển và cung cấp điện cho toàn bộ tầu.

- Tháp chỉ huy điều hành (Island): tháp được xây dựng phía trên cùng của Flight-deck để chỉ huy việc hoạt động của tầu và máy bay lúc cất hạ cánh.

- Phòng làm việc và sinh hoạt của thuỷ thủ đoàn.

- Khoang chứa máy bay (Hangar-deck): là boong phía dưới đường băng để xếp và chứa các máy bay khi chưa sử dụng.

Máy bay được xếp trong Hangar-deck

- Các hệ thống khác để cung cấp thức ăn, nước và giải quyết mọi thứ hệt như một thành phố thực thụ như: nước thải, rác, thư từ, radio, TV, báo chí…

- Thân tầu: gồm hai phần, phần chính của tầu nổi trên mặt nước và phần vỏ tầu nằm dưới mặt nước. Phần này thu nhỏ hơn so với phần nổi trên mặt nước.

Thân tầu được làm bằng những lá thép siêu cứng có độ dày tới vài inch. Vỏ tầu có khả năng bảo vệ hiệu quả trước các cuộc tấn công và phá hoại. Cấu trúc của tầu chia làm ba tầng rõ rệt theo chiều ngang bên trong vỏ tầu là: sống tầu (trục kim loại ở đáy tầu), Flight-deck và Hangar.

Phần vỏ tầu nằm dưới mặt nước thu nhỏ hơn so với phần nổi bên trên và chia thành hai phần với hai lớp lá thép phân cánh nhau bởi một khoảng trống. Cấu trúc này giúp tăng khả năng bảo vệ trước các tấn công bằng ngư lôi hay tai nạn trên biển. Nếu bị tấn công vào phần đáy tầu, lớp bên ngoài bị thủng nhưng lớp thứ hai sẽ bảo vệ không cho nước chảy vào trong.

Giống như các loại tàu thuỷ khác, tàu sân bay hiện đại ngày nay chuyển động bằng lực đẩy với các động cơ đẩy quay tròn. Bốn chân vịt làm bằng đồng được nối với turbine hoạt động bằng năng lượng hạt nhân. Một tàu sân bay được trang bị hai lò phản ứng hạt nhân đặt tại khu vực giữa tàu và được bảo vệ nghiêm ngặt. Năng lượng hạt nhân được giải phóng sẽ tạo ra áp lực làm quay cánh quạt trong turbine và tạo ra lực đẩy làm tàu chuyển động. Thông thường công suất của động cơ trên tàu sân bay đạt tới 280 000 sức ngựa (mã lực), đạt vận tốc tối đa khoảng 69km/h. Các turbine này đồng thời cũng sản sinh ra điện năng cung cấp cho các hệ thống điện trên tàu. Đây còn là kho vũ khí hạt nhân dự phòng bên ngoài lãnh thổ của Mỹ.

Khi máy bay sắp cất cánh, người điều khiển máy phóng phải theo dõi sát sao mọi chỉ số áp suất cần thiết

Khu vực boong (Fight-deck) trên tàu sân bay là một môi trường làm việc nhộn nhịp và cũng không kém phần nguy hiểm. Fight-deck trông cũng giống như một đường băng trên mặt đất nhưng thực tế nó rất khác do bị bó buộc trong khoảng không gian nhỏ hơn.

Để cất cánh, máy bay phải chuyển động với vận tốc nhanh để tạo ra một luồng khí chuyển động trên cánh để tạo ra lực nâng. Cánh máy bay có cấu trúc đặc biệt làm cho luồng không khí chuyển động ở mặt trên của cánh có vận tốc lớn hơn luồng không khí chuyển động bên dưới cánh, vì vậy không khí ở phần dưới cánh có áp suất lớn hơn phía trên cánh, làm máy bay được nâng lên. Để máy bay cất cánh dễ dàng, tàu sân bay hỗ trợ lực đẩy không khí trên mặt đưòng băng theo hướng máy bay cất cánh, nó sẽ làm giảm vận tốc cất cánh tối thiểu của máy bay. Công việc này do một thiết bị được gọi là máy phóng (catapult launch) đảm nhận, các bạn hãy tưởng tượng nó như một cái máy sấy tóc khổng lồ vậy! Trung bình một tàu sân bay thường có 4 máy phóng, giúp máy bay tăng tốc cực nhanh trong khoảng cách ngắn.

Khi máy bay sắp cất cánh, người điều khiển máy phóng phải theo dõi sát sao mọi chỉ số áp suất cần thiết và nó thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại máy bay cũng như các điều kiện khác trên boong. Nếu áp suất quá thấp, máy bay sẽ không có đủ vận tốc để cất cánh và có thể rơi xuống biển. Ngược lại, áp suất quá lớn có thể làm gãy càng máy bay. Hệ thống máy phóng có thể đẩy một máy bay có trọng lượng 20 tấn lên tốc độ 266km/h chỉ trong vòng 2 giây. Nếu mọi chuyện diễn ra ổn thoả, tốc độ của máy bay sẽ đủ tạo ra lực nâng và máy bay có thể cất cánh. Ngược lại, phi công sẽ phải kích hoạt hệ thống đẩy ghế lái (Ejector Seat) bật ra khỏi máy bay trước và bung dù trước khi máy bay lao xuống biển.

Cất cánh đã phức tạp như vậy, nhưng việc hạ cánh xem ra còn nguy hiểm hơn.

Hạ cánh xuống tầu sân bay là một trong những việc khó nhất mà các phi công phải thực hiện với đường băng trên tàu sân bay quá ngắn cho việc hạ cánh thông thường, chỉ dài khoảng 150 mét. Để hạ cánh trên Flight-deck, mỗi máy bay cần có một chiếc móc (Tailhook) ở phía đuôi. Phi công phải làm sao cho móc này vướng vào một đoạn cáp hãm, gọi là dây giảm tốc (Arresting Wire) cực chắc chế tạo từ loại dây thép siêu bền căng ngang Flight-deck và được gắn vào hai đầu của một xi-lanh sử dụng áp lực nước nằm phía dưới Flight-deck. Nếu Taihook ở phía đuôi máy bay vướng vào một trong số các dây giảm tốc, nó sẽ làm căng sợi cáp ra và hệ thống xi-lanh sẽ sinh ra năng lượng để làm máy bay dừng lại. Hệ thống dây giảm tốc có khả năng hãm một máy bay nặng 24,5 tấn, có tốc độ 241 km/h chỉ trong hai giây với đoạn đường băng 96m.

Mỗi máy bay trên tầu sân bay đều có một chiếc móc (Tailhook) ở phía đuôi để móc vào dây giảm tốc (Arresting Wire) khi hạ cánh.

Có tất cả bốn dây giảm tốc được thiết kế song song với nhau cách nhau khoảng 15m để mở rộng khu vực hạ cánh cho phi công. Phi công thường nhắm vào dây giảm tốc thứ ba để hạ cánh bởi nó an toàn và hiệu quả nhất. Phi công không bao giờ nhắm vào dây giảm tốc đầu tiên vì rất nguy hiểm do nó sát với mạn boong tầu và rất dễ bị đâm vào phía đuôi tầu.

Khi chuẩn bị hạ cánh, phi công cần tiếp cận mặt boong chính xác từ góc phải. Các thao tác hạ cánh bắt đầu khi máy bay lượn theo hình ô van quanh tầu. Trung tâm điều khiển (Air Traffic Control Center) nằm phía dưới boong quyết định cho phép hạ cánh ưu tiên ngay hay không dựa vào chỉ số về mức nhiên liệu của máy bay. Khi hạ cánh, phi công bật hệ thống phanh và hướng mũi máy bay về phía đuôi tầu. Người hướng dẫn hạ cánh (Landing Signal Officer-LSO) sẽ hướng dẫn qua radio và các đèn báo trên boong. Nếu máy bay hạ cánh thành công, LSO sẽ chiếu đèn xanh để thông báo cho phi công biết mọi thứ đều ổn.

Cáp hãm còn gọi là dây giảm tốc (Arresting Wire) cực chắc chế tạo từ loại dây thép siêu bền căng ngang Flight-deck và được gắn vào hai đầu của một xi-lanh sử dụng áp lực nước nằm phía dưới Flight-deck.

Phi công phải nhìn vào hệ thống quang học trợ giúp hạ cánh (Fresnel Lens Optical Landing System) để có được trợ giúp lúc hạ cánh từ LSO. Phi công sẽ nhìn thấy ánh sáng khác nhau từ hệ thống này tuỳ thuộc vào góc độ của máy bay khi tiếp cận với tầu. Nếu máy bay ở phía bên phải, phi công sẽ nhìn thấy ánh sáng mầu hổ phách với một hàng đèn xanh. Nếu ánh sáng hổ phách xuất hiện phía trên dãy đèn xanh tức là máy bay đang bay quá cao. Nếu ánh sáng hổ phách ở phía dưới tức là máy bay đang bay quá thấp, lúc này phi công sẽ thấy đèn đỏ báo.

Ngay khi máy bay tiếp cận mặt boong, phi công sẽ đẩy động cơ tới mức tối đa, thay vì đưa về mức thấp để hãm máy bay lại. Điều này có vẻ vô lý, nhưng nếu Tailhook ở phía đuôi máy bay không vướng vào bất cứ dây giảm tốc nào thì máy bay vẫn đủ tốc độ để cất cánh lại, tiếp tục bay và tìm cách hạ cánh sau. Sau khi hạ cánh, máy bay được tháo khỏi dây giảm tốc và được xích vào phía rìa của đường băng. Các máy bay khi đỗ trên Flight-deck đều được cố định chặt để bảo vệ khỏi các xô lệch khi tầu gặp sóng lớn.

Những người phục vụ trên đường băng phải chuẩn bị đối phó với mọi tình huống, đặc biệt khi máy bay bị cháy. Họ được trang bị rất nhiều thiết bị như xe, vòi và bọt cứu hoả. Họ cũng thường xuyên phải đối mặt với nguy cơ từ phản lực động cơ máy bay. Hệ thống lưới bao xung quanh Flight-deck giúp giảm bớt nguy cơ này. Tuy nhiên họ cũng được trang bị áo phao tự bơm với đèn cứu hộ được kích hoạt ngay khi tiếp xúc với nước. Ngoài ra những người phục vụ trên Flight-deck còn được trang bị mũ bảo hộ có tính năng giảm tối đa tác động của âm thanh.

Tầu sân bay Stennis với boong quay góc

Trong chiến tranh thế giới thứ hai, máy bay phải hạ cánh trên một đường băng song song với trục dài của thân tàu. Máy bay nào đã đỗ trên boong được cho đỗ ở mũi tàu, chỗ cuối đường băng. Một thanh ngăn va chạm được dựng lên phía sau chúng để ngăn máy bay đang hạ cánh khỏi lao vào khu vực đỗ. Nếu móc giữ của nó móc trượt vào các dây giảm tốc, thường gây ra thiệt hại nghiêm trọng, thương vong hay thậm chí, nếu thanh chắn không đủ chắc, còn phá hủy các máy bay đã đỗ.

Một phát triển quan trọng trong thập kỷ 40, khi người Anh phát minh ra boong quay góc, nơi đường băng được đặt nghiêng một góc vài độ ngang thân tàu. Nếu một máy bay không móc được cáp giảm tốc, phi công chỉ cần tăng sức động cơ lên tối đa rồi lại cất cánh lại và sẽ không đâm phải các máy bay đã đỗ bởi vì boong quay góc hướng ra ngoài biển.

Một sáng chế khác của người Anh là bộ phận chỉ thị độ dốc trượt (glide-slope indicator, cũng được gọi là “thịt viên”). Đó là một cái đèn được điều khiển kiểu con quay hồi chuyển (gyroscopically-controlled lamp) ở phía hạ cánh của boong, và phi công đang sắp hạ cánh quan sát thấy, chỉ thị cho anh ta thấy anh ta đang ở quá cao hay quá thấp so với đường lượn xuống chính xác. Nó cũng tính toán sẵn ảnh hưởng của sóng đối với boong. Thiết bị này đã trở nên cần thiết khi tốc độ hạ cánh của máy bay ngày càng tăng lên.

(Còn tiếp)

Hoàng Hà (tổng hợp)

Nhận bài viết mới qua E-mail: *Vui lòng click vào Link được gửi vào hộp thư của bạn để xác nhận*