Làm thế nào mà động cơ phản lực của máy bay có thể hoạt động trong mưa lớn và băng giá?

Để có thể giải quyết được những câu hỏi này, đầu tiên chúng ta phải tìm hiểu về động cơ phản lực. Thuật ngữ “động cơ phản lực” thường được dùng làm tên chung cho nhiều loại động cơ, bao gồm động cơ tuốc bin phản lực luồng, động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt, động cơ tuốc bin cánh quạt và động cơ phản lực dòng thẳng.

Các động cơ này đều hoạt động theo những nguyên lý cơ bản giống nhau, nhưng mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng biệt. Tất cả các động cơ phản lực đều hoạt động bằng cách ép không khí vào trong một ống, nơi không khí được nén, trộn với nhiên liệu, đốt cháy và tạo ra lực đẩy.

Chìa khóa để làm cho một động cơ phản lực hoạt động là sức nén của không khí đi vào. Nếu không được nén, hỗn hợp nhiên liệu không khí sẽ không cháy và động cơ không thể tạo ra bất kỳ lực đẩy nào. Hầu hết các thành viên của gia đình máy bay phản lực sử dụng một bộ phận máy nén, bao gồm các cánh quay, làm chậm không khí đi vào để tạo ra áp suất cao. Không khí nén này sau đó được đưa vào bộ phận đốt cháy, nơi nó được trộn với nhiên liệu và đốt cháy. Khi khí áp suất cao cạn kiệt, chúng được chuyển qua phần tuabin gồm nhiều cánh quay hơn. Sau đó các khí cháy tiếp tục nở ra qua vòi phun tạo ra lực đẩy về phía trước.

Như vừa đề cập, động cơ phản lực hoạt động bằng cách nén không khí vào, trộn nó với nhiên liệu, đốt cháy hỗn hợp đó và thải khí áp suất cao để tạo ra lực đẩy. Quá trình nén ban đầu được thực hiện thông qua một loạt các cánh quay được gọi là máy nén. Sau khi nhiên liệu phản lực được bổ sung thông qua hệ thống phun nhiên liệu, hỗn hợp được đốt cháy trong buồng đốt. Khí thải di chuyển qua một loạt cánh quay khác được gọi là tuabin cung cấp năng lượng cho động cơ và cuối cùng qua một vòi phun.

Đây là hình ảnh của động cơ trên chiếc máy bay A321 sau khi bay qua cơn mưa đóng băng lớn.

Mối nguy hiểm lớn nhất gây ra bởi các dạng mưa như mưa, tuyết, băng hoặc sương mù là cháy động cơ. Mặc dù mưa có thể ảnh hưởng đến chức năng của động cơ phản lực, nhưng nó thường không ảnh hưởng đáng kể. Phần lớn các cơn bão tạo ra mưa nhẹ hoặc tuyết hay các đám mây, tinh thể băng nhỏ cũng sẽ không ảnh hưởng gì nhiều. Nói chung, chỉ những cơn bão rất dữ dội mới ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ và máy bay thường phi công sẽ đi đường vòng để tránh những cơn bão mạnh như thế.

Phần lớn mưa sẽ tạt vào đồng cơ phản lực sẽ gặp phải cánh quạt và bị trượt ra ngoài. Vì khi quạt đang quay với tốc độ trung bình, khoảng 2000 vòng /phút, chuyển động quay sẽ đẩy phần lớn nước ra bên ngoài giống như một máy ly tâm. Lượng nước nhỏ còn lại đi vào lõi sẽ bị các cánh máy nén đẩy ra khỏi bộ đốt, đồng thời nhiệt sinh ra từ quá trình đốt cháy sẽ làm nước bốc hơi. Ngoài ra, máy bay thường có xu hướng tránh giông bão vì nhiễu động.

Tuy nhiên, các dạng mưa khó đối phó nhất là mưa đá lớn, băng và mưa đóng băng. Mưa đá lớn chỉ có ở những cơn bão rất mạnh thường được tránh xa vì nó sẽ gây ra những nhiễu động trong quá trình bay và tác động của mưa đá cũng có thể làm hỏng động cơ hoặc vỏ máy bay.

Mưa đóng băng thì sẽ phiền phức hơn, nó tạo thành băng trên đầu vào động cơ hoặc tâm của trục quay động cơ. Khi đá tích tụ, các khối đá có thể vỡ ra và xâm nhập vào động cơ gây hỏng cánh quạt hoặc làm gián đoạn luồng không khí và quá trình đốt cháy. Và cách khắc phục là thiết lập hệ thống sưởi ấm làm ấm bề mặt nơi có nhiều băng nhất và ngăn cản sự hình thành của nó. Phần trung tâm của một số động cơ cũng được bao phủ bởi các phần nhỏ bằng cao su rung chuyển khi băng bắt đầu hình thành khiến băng tan ra trước khi phát triển thành các khối lớn và nguy hiểm.

Mặc dù mưa và tuyết thường ít gây nguy hiểm hay gây cháy trong chuyến bay, nhưng vẫn có một số trường hợp mưa, băng giá làm hỏng động cơ. Vào tháng 8 năm 1987, một chiếc Boeing 737 của Air Europe đã phải hạ cánh khẩn cấp xuống Hy Lạp vì mưa và mưa đã đã khiến cho cả hai động cơ của máy bay gặp sự cố cháy nổ

Chỉ chín tháng sau vào tháng 5 năm 1988, một sự cố nghiêm trọng hơn đã xảy ra khi chuyến bay TACA 110 từ Belize đến New Orleans. Chiếc máy bay 737 này đã phải bay qua một cơn bão kép. Mưa lớn và mưa đá đã gây tổn hại nghiêm trọng đến động cơ. Các thành viên phi hành đoàn cố gắng khởi động lại động cơ trong một thời gian ngắn và phi công đã phải rất cố gắng để có thể hạ cánh khẩn cấp an toàn.

Năm 2002 một chiếc 737 của Garuda Indonesia cũng gặp sự cố động cơ tương tự trên đảo Java. Giống như những trường hợp trước đó, chuyến bay này cũng phải cố gắng hạ cánh trong cơn bão lớn khi cả hai động cơ đều đang gặp sự cố. Phi công không thể bật khởi động lại động cơ hoặc tiếp cận địa điểm hạ cánh, do đó phi hành đoàn đã cố gắng thả máy bay rơi xuống một con sông gần đó. Một tiếp viên hàng không đã thiệt mạng và ít nhất một chục người khác bị thương nặng trong vụ tai nạn.

Tuy nhiên những ví dụ trên chỉ là hi hữu, các sự cố động cơ do lượng mưa gây ra là không thường xuyên và mưa hiếm khi đe dọa đến sự an toàn của động cơ phản lực. Một vấn đề nghiêm trọng hơn mà các phi công phải lo lắng là những đám mây bụi hoặc tro bụi do núi lửa phun trào tạo ra.

Hơn 100 sự cố máy bay thương mại gặp phải những đám mây này đã được ghi lại giữa vụ phun trào của Núi St. Helens vào năm 1980 và 2006. Những đám mây này có thể di chuyển hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km từ núi lửa và vẫn gây ra thiệt hại khi đi vào động cơ phản lực. Một chiếc Boeing 747 của British Airways đã trải qua một vụ cháy ở cả bốn động cơ khi bay qua tro núi lửa vào năm 1982. Nó đã rơi từ độ cao 37.000 ft (11.280 m) xuống 14.000 ft (4.270 m) trên Thái Bình Dương trước khi phi hành đoàn có thể khởi động lại động cơ.