Bí ẩn về tiếng nổ khi chiến đấu cơ vượt "tường âm thanh"

Các nhiếp ảnh gia và các nhóm quay phim đã ghi lại được khoảnh khắc bắt mắt khi chiếc phi cơ quân sự bay thấp và nhanh ở vận tốc hàng trăm dặm một giờ.

Khi đạt đến tốc độ cần thiết, chiếc phi cơ bắt đầu bị bao quanh bởi một khối bụi hơi nước, một đám mây khổng lồ.

Hình ảnh đó, người ta thường viết chú thích rất hấp dẫn, là một vụ nổ siêu thanh.

Thực ra, chú thích đó không đúng, hay ít nhất là không hoàn toàn đúng.

Những gì ta nhìn thấy chính là hiệu ứng vật lý xảy ra khi chiếc phi cơ di chuyển ở tốc độ gần bằng vận tốc âm thanh, chứ không phải là một vụ nổ siêu thanh.

Khi các mẫu thiết kế ngày càng trở nên tinh tế hơn, những chiếc máy bay ngày càng có dáng dấp khí động học hơn, chúng sẽ bay nhanh hơn và bắt đầu tác động nhiều hơn tới những vùng không khí xung quanh, điều không thể xảy ra với các trường hợp bay chậm và có thiết kế cồng kềnh trước kia.

Khi bay nhanh ở tầm thấp, lúc phi cơ chuẩn bị vượt qua tốc độ âm thanh thì sóng xung kích bí ẩn quanh phi cơ chính là bằng chứng cho thấy không khí bắt đầu chuyển động khác thường ở tốc độ đó.

Vậy những khối hơi nước hình nón bí ẩn đó có nghĩa là gì?

Rod Irvine, chủ tịch nhóm động lực học thuộc Hiệp hội Hàng không Hoàng gia, nói rằng những điều kiện tạo ra khối hơi nước hình nón đều là những điều kiện đưa đến việc vượt ngưỡng tốc độ âm thanh - nhưng những khối hơi nước hình nón thường được chụp tại thời điểm chiếc phi cơ di chuyển ở tốc độ gần đạt tốc độ âm thanh.

Khi phi cơ bay gần mặt đất thì bầu không khí đặc hơn, tạo nhiều ma sát, lực cản hơn. Tuy nhiên các phi công không được phép bay vượt quá tốc độ âm thanh khi bay trên đất liền.

"Bạn có thể làm thế khi trên biển," ông nói, "nhưng không được khi bay trên đất liền. Đó là một trong những điều khiến cho dự án Concorde bị ảnh hưởng, bởi sau khi Concorde được phát triển thì các quy định thay đổi, khiến cho việc bay nhanh hơn vận tốc âm thanh chỉ được thực hiện khi bay trên biển."

Ngoài ra, việc chụp được sóng xung kích, thứ sóng được tạo ra khi máy bay vượt qua tốc độ âm thanh, là điều cực kỳ khó - khó hơn rất nhiều so với việc nhìn hiện tượng này bằng mắt thường.

Ta cần phải dùng thiết bị đặc biệt mới có thể quan sát được hiện tượng này.

Khi chụp ảnh các mô hình khí động học di chuyển với tốc độ siêu thanh trong các đường hầm gió, giới khoa học thường sử dụng nhiều tấm gương để quan sát sự thay đổi của khúc xạ ánh sáng do sóng xung kích gây ra.

Sau đó, người ta dùng kỹ thuật ảnh Schlieren để ghi lại hình ảnh sóng xung kích được tạo ra quanh mô hình di chuyển trong đường hầm.

Trong các thử nghiệm, các mô hình di chuyển trong đường hầm gió không tạo ra khối hơi nước hình nón bao quanh như trong trường hợp bay thực tế, bởi vì không khí trong đường hầm đã được xử lý để loại bỏ hơi nước.

Khối hơi nước hình nón được tạo ra bởi sóng xung kích, và sóng xung kích thì được tạo ra khi máy bay tăng tốc.

Sóng xung kích là hiệu ứng vật lý xảy ra khi máy bay di chuyển quá nhanh trong không khí.

Khi máy bay đạt vận tốc cần thiết, gần bằng tốc độ âm thanh (khoảng 1.234km/giờ) ở độ cao ngang với mực nước biển, sóng xung kích sẽ xuất hiện xung quanh máy bay.

Qua các sóng xung kích này, xuất hiện một sự "gián đoạn" của áp lực không khí và nhiệt độ quanh chiếc phi cơ. Hiện tượng này khiến không khí mất khả năng giữ nước và sự ngưng tụ bắt đầu xảy ra, tạo ra khối hơi nước hình nón xung quanh.

"Nếu bạn thấy một đám mây hơi nước hình nón tức là bạn đã nhìn thấy sóng xung kích, bởi vì đó là lúc bạn đã nhìn thấy sự thay đổi áp suất và nhiệt độ," Irvine nói.

Rất nhiều bức ảnh tuyệt đẹp từ hiện tượng này chụp các phi cơ của Hải quân Hoa Kỳ. Đó không phải là những bức ảnh tình cờ chụp được, bởi trong điều kiện không khí ấm, ẩm, sát với mặt biển thì hiện tượng này sẽ được nhìn thấy một cách rõ nét hơn.

Tuyệt chiêu từ màn biểu diễn

Đây là một trong số những chiêu mà chiến đấu cơ kiêm phi cơ ném bom F-A18/Hornet, loại phi cơ chính thường có trên các hạm đội hàng không mẫu hạm, thường biểu diễn.

Hornet cũng thường được đội bay Blue Angels của Hải quân Mỹ sử dụng.

Các phi công của Blue Angels rất siêu đẳng trong việc thực hiện màn trình diễn tạo ra những đám mây hơi nước hình nón.

Hơn nữa, họ thường trình diễn gần hàng không mẫu hạm hoặc ngoài khơi, và họ có các nhiếp ảnh gia Hải quân Hoa Kỳ dày dạn kinh nghiệm, những người có khả năng chụp được bức ảnh chỉ trong vài phần trăm giây khi chiến đấu cơ bay với vận tốc 960km/h. Ta không thể nào chụp được rõ nét như họ nếu chỉ dùng điện thoại di động.

Đám mây hơi nước hình nón thường gây ấn tượng mạnh mẽ nhất khi xuất hiện quanh các chuyến bay "transonic" - tức là bầu không khí xung quanh chiếc phi cơ di chuyển với vận tốc thay đổi, lúc nhanh hơn, lúc chậm hơn tốc độ âm thanh.

"Chiếc phi cơ không nhất thiết phải bay nhanh hơn tốc độ âm thanh, nhưng không khí xung quanh phần cánh máy bay được tăng tốc và tại thời điểm đó vượt qua tốc độ âm thanh," Irvine nói.

Rốt cuộc, ông nói, bạn cần phải có những điều kiện khí hậu phù hợp. Chẳng hạn như nếu phi cơ hoạt động từ một hàng không mẫu hạm trong bầu không khí ấm, ẩm, nhiều hơi nước thì hiện tượng đám mây hình nước dễ xuất hiện nhất.

Người chụp cũng phải là một tay máy có kinh nghiệm, biết rõ là mình sẽ chụp cảnh gì, vào thời điểm nào.

Thế là đủ để bạn ghi lại được vào ống kính hình ảnh đám mây hơi nước đầy kịch tính hình nón, điều mà nhiều người trong chúng ta trước nay vẫn tưởng là khoảnh khắc tuyệt đỉnh của một vụ nổ siêu thanh.

Theo Stephen Dowling/ BBC

PetroTimes