Lốp máy bay không lớn, sao chở được hàng trăm tấn? Tại sao lốp máy bay không bị nổ khi hạ cánh?

Dù là máy bay chiến đấu hay máy bay chở khách hàng không dân dụng, so với thân máy bay khổng lồ thì số lượng bánh xe không nhiều, và dường như các bánh xe vẫn còn rất nhỏ. Vậy làm sao chúng hỗ trợ được trọng lượng cất cánh của máy bay và tác động khi hạ cánh tốc độ cao? Lốp máy bay có gì đặc biệt?

Trong cuộc sống hàng ngày có vô số vụ tai nạn do thủng lốp ô tô, nhưng tai nạn do thủng lốp máy bay dường như rất ít. Tuy nhiên, vào ngày 25/7/2000, một vụ tai nạn nổ lốp máy bay đã xảy ra khiến cả thế giới phải chú ý. Một chiếc Concorde của Air France bị rơi ở Gonesse, Pháp trong chặng cất cánh. Toàn bộ 100 hành khách, 9 thành viên phi hành đoàn và 4 người trên mặt đất đều thiệt mạng.

Vụ tai nạn xảy ra do một dải titan rơi ra khỏi máy bay chở khách DC-10 của máy bay khi bánh xe bên trái máy bay cán qua khi chiếc Concorde lăn bánh để cất cánh. Dải kim loại này đã xuyên thủng lốp Concorde. Các mảnh cao su của lốp va vào mặt dưới cánh khi ở tốc độ cao khiến bình xăng bên trong bị vỡ và rò rỉ một lượng lớn nhiên liệu hàng không trong khi các mảnh lốp khác làm hỏng hệ thống dây điện gần càng đáp. Tia lửa làm cháy nhiên liệu và gây cháy động cơ cánh trái. Khi phi công nhận thấy chuông báo cháy, anh ta lập tức tắt động cơ số 2, nhưng động cơ số 1 vẫn cố gắng hoạt động và tạo ra một lực đẩy nhỏ.

Lúc này, máy bay đã đạt tốc độ cất cánh, không thể phanh gấp mà chỉ có thể dùng lực cất cánh. Do mất một phần lực đẩy và không thể đạt được độ cao cũng như tốc độ cao hơn, máy bay bị chết máy, sau đó lăn sang trái và đâm vào một khách sạn ở Goness chỉ chưa đầy 1 phút 30 giây sau khi lốp bị hỏng. Vụ tai nạn gây thiệt hại nặng nề. Vì vậy, ngành sản xuất lốp máy bay đã trở thành ngành công nghiệp hàng đầu thế giới. Trên thực tế, mỗi centimet vuông bề mặt cao su của lốp máy bay phải chịu được áp suất gần 1000 Newton khi hạ cánh.

Xét về trọng lượng của một chiếc máy bay chở khách thông thường, dưới mỗi chiếc máy bay có 3 bộ lốp và càng đáp để chịu trọng lượng của máy bay, nhưng đó không chỉ là trọng lượng của máy bay lúc này. Khi máy bay cất cánh và hạ cánh, lốp xe phải chịu trọng lượng của máy bay. Tác động theo phương thẳng đứng và tải trọng ma sát khi giảm tốc theo phương ngang. Tốc độ cất cánh của máy bay là 300-350 km một giờ, tốc độ hạ cánh trên 200 km một giờ, điều này cho thấy áp suất lên lốp xe.

Môi trường làm việc của lốp máy bay cũng rất “khắc nghiệt”. Ngoài trọng lượng và tải trọng nêu trên, nó còn cần phải khắc phục những thay đổi mạnh về nhiệt độ. Ở độ cao lớn, nhiệt độ khoảng âm 50-60 độ, nhiệt độ khi giảm tốc và phanh khoảng 150 độ. (Khói trắng tạo ra khi máy bay hạ cánh là do ma sát rất lớn). Vì vậy, việc sản xuất lốp máy bay không chỉ yêu cầu khả năng chống va đập, chống đâm thủng cao mà còn phải duy trì khả năng chống tăng nhiệt độ.

Trước hết, lốp máy bay khác với lốp ô tô. Lốp máy bay là những rãnh thẳng kéo dài theo chu vi mà không có rãnh ngang. Vì các rãnh bên sẽ rút ngắn đáng kể tuổi thọ của lốp, đồng thời việc lăn và phanh máy bay đòi hỏi lốp phải có chức năng trượt chống thấm nước tốt nên các rãnh thẳng chu vi được thiết lập cho việc này. Hiện nay, hầu hết cấu trúc lốp máy bay đều sử dụng loại xuyên tâm.

Ngoài ra, áp suất lốp của máy bay Boeing 737 là 1,378 MPa, gấp 6 lần áp suất lốp ô tô. Trên thực tế, không khí bên trong lốp máy bay là nitơ. Tính chất hóa học của nó cực kỳ kém hoạt động. Các phân tử khí lớn hơn các phân tử oxy. Nó không dễ bị giãn nở và co lại khi gặp nhiệt, và có phạm vi biến dạng nhỏ. Nó có thể duy trì áp suất lốp ổn định và cải thiện sự ổn định khi lái xe và sự thoải mái khi lái xe.

Hơn nữa, so với không khí áp suất cao thông thường, nitơ có độ tinh khiết cao không chứa oxy và hầu như không chứa dầu chứa nước. Hệ số giãn nở nhiệt của nó thấp, nhiệt độ tăng chậm và tốc độ tích tụ nhiệt của lốp giảm. Nó không bắt lửa và không hỗ trợ quá trình đốt cháy, vì vậy nó có thể làm giảm đáng kể nguy cơ bị thủng. Và sau khi sử dụng nitơ, áp suất lốp có sự thay đổi thể tích ổn định, giúp giảm đáng kể khả năng ma sát lốp không đều và kéo dài tuổi thọ của lốp. Và là một loại khí không màu và không mùi, nitơ cũng có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu ở mức độ lớn và bảo vệ môi trường.

Tiếp theo, hãy nói về các vật liệu được sử dụng để làm lốp máy bay. Do áp suất bên trong cao nên lốp xe có nhiều lớp vật liệu khung hơn. Thân lốp máy bay dày hơn và tạo ra nhiều nhiệt hơn. Áp suất bên trong cao sẽ làm tăng áp suất mặt đất của lốp. Đường băng quy định áp suất mặt đất tối đa. Vì lý do này, lốp sẽ tăng tốc độ lún để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đất nhằm đáp ứng yêu cầu chịu tải cao và áp suất thấp.

Tuy nhiên, tốc độ lún càng cao thì khả năng biến dạng và sinh nhiệt của lốp càng lớn, điều này đòi hỏi lốp phải có khả năng chịu nhiệt tốt. Lốp máy bay là một cấu trúc tổng hợp bao gồm ba vật liệu cơ bản: cao su, sợi nylon và dây thép. Các thành phần này được liên kết với nhau bằng quá trình lưu hóa. Ngoài ra, vật liệu cao su dùng để sản xuất lốp hàng không phải đảm bảo hiệu suất đáp ứng các chỉ tiêu quy định sau 24 giờ trong điều kiện khắc nghiệt -40°C và 71°C. Ngay sau đó, hai tấm rèm đặc biệt đã được thêm vào bên trong cao su gai lốp máy bay, thường được gọi là “dây gia cố”. Lấy lớp cao su làm ranh giới, cao su gai được chia thành cao su gai ngoài và cao su gai trong. Khi lốp bị mòn đến mức lộ ra lớp gỗ dán thứ hai sẽ bị bong tróc.

Vậy tuổi thọ của loại lốp như vậy được các nhà khoa học chế tạo cẩn thận là bao lâu?

Nếu tính theo số chuyến bay thì một lốp có thể đi được khoảng 250 chuyến. Sau 250 chuyến bay liên tục, lốp xe cần được bảo dưỡng. Ví dụ, để tân trang lại mặt lốp bị mòn, kiểu đắp lại này thường có thể được lặp lại 5-6 lần, nghĩa là một lốp có thể được sử dụng cho khoảng 1.500 chuyến bay. Ngoài ra, phi hành đoàn trên mặt đất sẽ tiến hành kiểm tra định kỳ vào cuối mỗi chuyến bay và trước khi bắt đầu chuyến bay. Cơ trưởng cũng sẽ kiểm tra tình trạng lốp trước khi cất cánh để đảm bảo không có vấn đề gì xảy ra. Việc kiểm tra và yêu cầu đối với lốp xe rất nghiêm ngặt.