Máy bay thời kỳ đầu
Khi máy bay ban đầu được thiết kế, thùng nhiên liệu của nó thực sự được đặt ở phía sau động cơ, ở giữa thân máy bay.
Cấu trúc này không thể chịu được sức nặng của thùng nhiên liệu vì cánh của những chiếc máy bay đời đầu được thiết kế tương đối mỏng, với xà và sườn được làm bằng gỗ thông rất nhẹ và mặt ngoài của nó được bọc bằng vải thưa. Tuy nhiên, khi nhiên liệu được sử dụng cạn dần, các vấn đề liên quan đến trọng tâm của máy bay cũng theo đó mà phát sinh, gây ra sự thiếu ổn định khi bay.
Trước khi tiêm kích tham chiến (thời này vẫn chưa có hàng không dân dụng), một phần nhiên liệu ở thùng phía sau sẽ được sử dụng để khôi phục lại sự ổn định của thân máy bay, đây là giải pháp lúc bấy giờ chính.
Khối lượng nhiên liệu lớn này sẽ tạo ra một mô men rất lớn tác động lên trục dọc tầu bay và mô men này sẽ liên tục thay đổi do quá trình tiêu hao nhiên liệu dẫn đến sự mất ổ định nếu nhiên liệu được đặt ở phần đầu hoặc đuôi của máy bay.
Để thùng nhiên liệu ở phía sau không thể đáp ứng nhu cầu chiến đấu, kích thước của thùng chứa nhiên liệu cũng phải tăng theo để tăng phạm vi hoạt động. Sau đó, một số nhà thiết kế đã xem xét việc bổ sung các thùng nhiên liệu phụ ở tâm lực nâng của máy bay, phía trên cánh.
Các nhà thiết kế cũng tính toán đến việc tận dụng cấu trúc rỗng của cánh và cố gắng đặt bình nhiên liệu vào vị trí này. Theo thời gian, do sự phát triển liên tục của vật liệu và cấu trúc cánh, đồng thời động cơ máy bay cũng được chuyển từ mũi sang cánh. Hầu hết thùng nhiên liệu của máy bay đã được đặt trên cánh sau những năm 1950.
Bộ phận tạo lực nâng chính của máy bay là cánh. Nó sẽ bị uốn lên trên trong quá trình cất cánh và sau đó phải treo thêm một phần thân với khối lượng khá lớn. Do đó, nhiên liệu phải được chia sẻ sang hai bên cánh để tránh trường hợp cánh bị bẻ gãy. Ngoài ra, nó giúp ổn định góc chữ V dương của cánh (góc cánh vênh lên so với trục ngang của máy bay).
Ảnh hưởng của việc đặt thùng nhiên liệu trên cánh máy bay
Việc đặt thùng nhiên liệu ở cánh máy bay có một số lợi ích, bao gồm tối ưu hóa không gian (do cánh máy bay quá hẹp để chứa được nhiều hàng hóa) và gần động cơ hơn (dễ dàng bơm nhiên liệu vào động cơ, ngay cả khi máy bơm có sự cố, nhiên liệu vẫn có thể được truyền vào buồng đốt nhờ trọng lực).
Ngoài ra, vì cánh máy bay cũng có vị trí ở trung tâm nên sẽ không có tác động tiêu hao nhiên liệu nào đến trọng tâm của máy bay. Nhưng điều quan trọng nhất là nó sẽ giúp cánh máy bay không bị uốn cong hoặc rung chuyển trong quá trình bay, và nếu có thì nó cũng sẽ an toàn hơn với hành khách.
Khối lượng của nhiên liệu sẽ tạo độ cứng cho cánh, vì vậy hiện tượng rung phá cánh là do dòng chảy (flutter) gây ra. Rung lắc phá mạnh có thể phá toàn bộ cánh và cực kỳ nguy hiểm.
Máy bay sử dụng một số bánh xe để nâng đỡ trọng lượng khi đậu trên đường băng, như chúng ta biết. Nó phụ thuộc vào lực nâng mà cánh tạo ra khi đang bay. Đầu cánh hướng lên và gốc cánh hướng xuống do lực nâng này. Tuy nhiên, thùng nhiên liệu sẽ hỗ trợ cánh chống lại và giảm thiểu tác động của sự uốn cong này.
Từ góc độ tải trọng, nếu tất cả tải trọng của máy bay tập trung vào thân, một tải trọng uốn đáng kể (ứng suất uốn) sẽ được tạo ra trên cánh để hỗ trợ trọng lượng đó, nhưng điều này cũng gây ra những áp lực cho phần gốc cánh. Tuy nhiên, thùng nhiên liệu trên cánh máy bay sẽ giúp phân bổ một phần trọng lượng lên cánh, giúp giảm mô men tải tại điểm nối giữa cánh và thân máy bay.
Tương tự như cách người đi bộ trên dây thường sử dụng một thanh xà dài để duy trì cân bằng, người ta cũng thường tin rằng việc tăng thêm trọng lượng cho đôi cánh thực sự có lợi vì nó làm cho chuyến bay cân bằng hơn và chống lại các biến động thời tiết bất ổn. Tất nhiên, mọi thứ đều có ưu điểm và nhược điểm.
Những lợi ích của việc để thùng nhiên liệu ở cánh máy bay
Đầu tiên, khi máy bay gặp phải trình trạng nhiễu loạn trong không khí, nhiên liệu trượt sang một bên trong thùng chứa nhiên liệu có thể dẫn đến sự chuyển trọng lượng sang bên đó và gây mất ổn định tiềm ẩn. Động cơ có thể sẽ bị thiếu nhiên liệu do dòng nhiên liệu không ổn định khi bay ở mức độ nhiên liệu thấp hoặc trong không khí nhiễu loạn kéo dài. Tuy nhiên, điều này có thể được khắc phục bằng cách bổ sung một số vách ngăn trong thùng chứa nhiên liệu và tăng cường cơ cấu nạp.
Nhiên liệu đôi khi không được bơm đều từ cả hai thùng chứa, đây là một nhược điểm khác. Điều này đặc biệt xảy ra trong các loại máy bay một động cơ. Sau đó, bằng cách bổ sung thêm hệ thống chuyển đổi thùng nhiên liệu tự động, điều này cũng đã được giải quyết.
Nguồn: Grunge; Phys.org; USGS
Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống