Vì sao máy bay thương mại không bay nhanh hơn dù công nghệ phát triển?

Nửa thế kỷ qua, công nghệ chế tạo máy bay thương mại đã tiến bộ nhiều nhưng tốc độ bay gần như không đổi, bởi với ngành hàng không, điều cốt lõi là chi phí chứ không phải tốc độ.

Ai từng đi một chuyến bay đường dài xuyên lục địa, chẳng hạn từ Đài Loan sang Mỹ, đều biết hành trình kéo dài hơn 10 giờ. Suốt nửa thế kỷ qua, kỹ thuật chế tạo máy bay thương mại đã tiến bộ rất nhiều, nhưng tốc độ bay hầu như không thay đổi.

Vậy máy bay không thể bay nhanh hơn để hành khách đến nơi sớm hơn hay sao?

Bà Patricia Green, người có hơn 20 năm làm tiếp viên cho British Airways và các công ty máy bay riêng, viết trên trang tin hàng không Simple Flying rằng điều cốt lõi của ngành hàng không là chi phí, không phải tốc độ, với cả hành khách lẫn hãng bay.

Hãng hàng không phải có lãi mới duy trì được hoạt động. Vì vậy, họ hợp tác với các nhà sản xuất máy bay để giảm chi phí bay, chứ không tìm cách rút ngắn thời gian bay. Muốn bay nhanh hơn thì cần một thiết kế máy bay khác và tốn nhiều nhiên liệu hơn. Với số ít người thuộc giới đặc quyền, vốn rất coi trọng thời gian, đi máy bay riêng là lựa chọn tốt hơn chuyến bay thông thường.

Khác với trước kia, ngành hàng không ngày nay đặt trọng tâm vào hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Tính theo lượng nhiên liệu tiêu thụ trung bình cho mỗi hành khách trên mỗi km, hiệu quả nhiên liệu của máy bay thế hệ mới đã cao gấp 10 lần các mẫu máy bay của thập niên 1950. Máy bay hiện nay tuy thân lớn hơn, chở được nhiều khách hơn, nhưng tiến bộ trong công nghệ động cơ vẫn là yếu tố quan trọng giúp các hãng tiết kiệm chi phí.

Hiện có ba loại động cơ cơ bản: tua-bin cánh quạt (turboprop), phản lực cánh quạt đẩy (turbofan) và tua-bin phản lực (turbojet). Mỗi loại có một dải tốc độ riêng, và máy bay bay trong dải đó sẽ đạt hiệu quả nhiên liệu cao nhất.

Động cơ tua-bin cánh quạt thường gặp trên máy bay chở khách tuyến khu vực, có chi phí vận hành thấp. Vì lực đẩy đến từ cánh quạt nên loại máy bay này bay tương đối chậm, tốc độ tối ưu từ 325 đến 375 dặm/giờ (523–604 km/h).

Phần lớn máy bay chở khách thương mại sử dụng động cơ phản lực cánh quạt đẩy, đạt hiệu quả cao nhất ở tốc độ từ 400 đến 620 dặm/giờ (644–998 km/h). Trong khi đó, động cơ tua-bin phản lực của máy bay siêu thanh hoạt động hiệu quả nhất ở tốc độ từ 1.300 đến 1.400 dặm/giờ (2.092–2.253 km/h).

Động cơ có một thông số gọi là tỷ số rẽ dòng (bypass ratio), tức tỷ lệ giữa lượng không khí đi qua cửa hút bên ngoài và lượng đi qua cửa hút bên trong của động cơ phản lực cánh quạt đẩy. Tỷ số này càng cao, động cơ càng hiệu quả.

Boeing 787 và Boeing 747-8i dùng động cơ GEnx của hãng GE (General Electric), có tỷ số rẽ dòng lên tới 10:1, tức lượng không khí đi vòng bên ngoài tua-bin gấp 10 lần lượng đi qua bên trong. Nhờ vậy, động cơ này đạt hiệu quả rất cao.

Động cơ CFM56 lắp trên Airbus A320 và Boeing 737 có tỷ số 5,9:1, kém hiệu quả hơn nhưng vẫn được xem là tiết kiệm. Còn động cơ tua-bin phản lực của Concorde (nay đã ngừng bay) có tỷ số 0:1, tức toàn bộ không khí hút vào đều đi qua tua-bin, nên tiêu tốn nhiên liệu hơn hẳn.

Mỗi dặm bay, Concorde đốt 46,85 pound (21,25 kg) nhiên liệu, trong khi Boeing 787 chỉ tốn 18,7 pound (8,5 kg). Concorde cũng nhỏ hơn nhiều, chỉ chở được 100 khách, còn Boeing 787 chở được 291 người.

Concorde bay nhanh gấp đôi tốc độ âm thanh (Mach 2), đi từ London đến New York chỉ mất 3 giờ, nhưng chi phí quá cao khiến British Airways và Air France không thể tiếp tục khai thác. Với điều kiện hiện nay, một hành khách muốn đi Concorde từ London đến New York sẽ phải chi ít nhất 7.500 USD, số tiền mà phần lớn mọi người khó kham nổi.

Con người vẫn có thể thiết kế và chế tạo thêm những máy bay siêu thanh như Concorde. Tuy nhiên, máy bay càng bay nhanh thì lực cản không khí càng lớn, lượng nhiên liệu tiêu thụ cũng tăng mạnh.

Vì thế, xét về kinh tế, theo đuổi tốc độ cao hơn không có lợi cho các hãng hàng không. Máy bay không bay nhanh hơn không phải vì giới hạn kỹ thuật mà hoàn toàn vì bài toán kinh tế. Hãng bay phải có lãi mới tồn tại được, và sự thoải mái, an toàn của hành khách luôn được đặt lên hàng đầu.