Hiểu về “động cơ phản lực-cánh quạt”

Mặt trước của động cơ phản lực hai luồng (turbofan)

Trong cấu tạo động cơ tuốc bin phản lực, người ta chia ra hai loại, gọi là động cơ phản lực một luồng  (turbojet): Toàn bộ khí nén từ cửa hút gió đều được đưa vào đốt trong buồng đốt, tạo lực phụt phản lực đẩy máy bay đi. Động cơ một luồng chủ yếu dùng cho máy bay chiến đấu, (cần tăng tốc nhanh, tính cơ động và đột kích cao, chấp nhận thời gian hoạt động trên không hạn chế). Động cơ loại này thọ mệnh ngắn, nhất là khi làm nhiều động thái tăng lực toàn phần.

Động cơ phản lực hai luồng (turbofan) chỉ cho một phần khí nén qua buồng đốt, nó chính là động cơ phản lực lai cánh quạt. 

Turbofan cho ra lực đẩy tổng hợp của quạt kéo (ducted fan) và lực đẩy từ luồng phản lực khi đốt nhiên liệu ở lõi động cơ phụt ra sau. Còn gọi là động cơ phản lực tuốc-bin phân luồng khí.

Guồng quạt lớn ta thường thấy bên ngoài máy bay Boeing 777 hoặc Airbus A-320…chính là guồng quạt thổi ngoài (không khí không bị đốt chỉ bị nén), tạo lực kéo máy bay về phía trước.

Cái gì làm quay guồng quạt này? Chính là tuốc bin phản lực lõi của động cơ. Nó đồng trục với quạt guồng này. Nó là tác nhân tạo lực.

Lõi động cơ phản lực làm việc theo nguyên lý: Hút không khí, ép qua các tầng lá nén ban đầu của tuốc bin (nguội), nén vào buồng đốt, bị phun nhiên liệu đốt cháy, sinh năng lượng (nóng), thổi vào tuốc bin các tầng sau, rồi phụt luồng phản lực đẩy máy bay đi.

1-Luồng khí (xanh) tạo lực kéo, không qua buồng đốt. 2- Luồng khí (vàng và đỏ)  qua  buồng đốt tạo phản lực đẩy máy bay về phía trước

Như vậy động cơ phản lực hai luồng (turbofan) cho ra hai lực. Một do cánh quạt guồng kéo, một do phản lực phụt.

     Ở động cơ phản lực hai luồng, tỉ số giữa hai lực liên quan tới hiệu suất nhiên liệu (fuel efficiency),  gọi là tỷ số bỏ qua (bypass ratio), tỷ số này càng cao thì động cơ càng khỏe, đốt ít nhiên liệu, sử dụng tiện lợi khi máy bay bay chậm.

Động cơ phản lực hai luồng tạo lực đẩy lớn hơn động cơ phản lực turbojet (một luồng) thuần tuý. Nó có hiệu suất cao, tạo tốc độ vừa phải, giảm tiếng ồn, thường được sử dụng trong máy bay chở khách.

Cũng như thế, máy bay chở hàng nặng như AN-225, C-130, A400…cũng dùng động cơ “phản lực-cánh quạt” turbofan, nhưng cánh quạt để trần, không có guồng bao ngoài. Như thế lực nâng và lực kéo mạnh còn mạnh hơn nữa. Máy bay vận tải không coi trọng tăng tốc nhanh, chấp nhận tiếng ồn, chỉ cần công suất lớn, bay xa, bay lâu, động cơ tương đối bền.

Máy bay chở khách hạng nhỏ như dòng  IL-18, King Air 350, ATR-72, cũng dùng cánh quạt để trần, tạo lợi thế về công suất.

Máy bay trực thăng có động cơ  phản lực, nhưng không tạo lực luồng phụt đẩy đi, chuyển thành mô-men quay, truyền qua hộp giảm tốc, đổi góc quay, tạo lực nâng chủ yếu nhờ cánh quạt rộng.

Cả hai luồng đều thổi qua đây tạo lực cho máy bay

Trên thế giới hiện nay, số lượng các hãng sản xuất động cơ máy bay dân dụng có “tên tuổi” sản xuất động cơ phản lực hai luồng chỉ đếm trên đầu ngón tay. Có thể kể đến như: Rolls-Royce-Anh; GE-Aviation, Pratt& Whitney-Hoa Kỳ, Klimov - Nga.

Một vòng đời của máy bay sử dụng nhiều đời động cơ. Giá một cặp động cơ không rẻ, hàng triệu USD. Có động cơ tầm xa, tầm trung và tầm ngắn, giá mỗi loại cũng khác.

Tính toán để mua một máy bay sao cho kinh tế, phải căn cứ vào công năng của máy bay đó mà chọn động cơ cho phù hợp. Còn phải tính kỹ đến việc bảo trì động cơ có tốn kém hay không, xưởng ở xa hay gần, thời gian thay thế động cơ lâu, mau.

Một điều quan trọng nữa là sử dụng động cơ máy bay phải tính đến hai chỉ số: Chỉ số giờ hoạt động của động cơ và chỉ số năm sử dụng (hạn dùng). 

Nếu “chạy” ít, nhưng đã hết hạn dùng date (số tháng), cũng vẫn phải thay động cơ mới.

Thông thường các nhà khai thác kinh doanh hàng không coi trọng tận dụng số giờ hoạt động của động cơ. Nhiều khi còn lâu mới hết “đát”, nhưng số giờ chạy đã nhiều, chỉ cần bảo dưỡng đúng quy trình ( bảo dưỡng theo chục, trăm giờ, theo mùa) là được.

Nhưng với các máy bay chuyên cơ, hay máy bay sẵn sàng ứng trực cứu nạn…thì phải chấp nhận “đến hẹn phải thay” động cơ, cho dù tốn kém.

Các nước giàu nguyên thủ mới có máy bay riêng, không “kết hợp” khai thác thương mại, hoặc dùng việc khác. Các nước nghèo, nguyên thủ sử dụng máy bay theo “kế hoạch công tác”. Nhiều khi bay cùng chuyến bay thương mại, nhưng ở hạng VIP.

Hàng không là ngành dịch vụ chất lượng cao. Mua máy bay đã khó nhọc, nuôi máy bay còn tốn kém, khó nhọc hơn.

Trần Văn