737 MAX được Boeing làm mới nhiều khía cạnh như thân dài hơn, chất liệu chế tạo cũng mới, động cơ mới và rất nhiều công nghệ mới được Boeing tích hợp. Tuy nhiên, 2 vụ tai nạn liên tiếp khiến dòng máy bay này đang bị đình bay trên toàn cầu, mối hoài nghi về một sai sót có hệ thống, có thể là lỗi thiết kế, lỗi phần mềm càng gia tăng khi mà vụ tai nạn mới nhất của Ehtiopian Airlines ET 302 lại rất giống với vụ tai nạn của Lion Air 610 hồi tháng 10 năm ngoái, cả 2 chiếc máy bay đều gặp nạn chỉ vài phút sau khi cất cánh, đều lao xuống ở tốc độ cao. 737 MAX có phải là một "con chim bệnh" ngay "từ trong trứng" hay không? NTSB sẽ sớm cho chúng ta câu trả lời nhưng: trong quá khứ, bản thân 737 và nhiều dòng máy bay khác đã gặp phải những lỗi về thiết kế ngay từ đầu, từ đó dẫn đến những vụ tai nạn thảm khốc và ngành hàng không đã rút ra rất nhiều kinh nghiệm từ những sự cố này để khiến hàng không an toàn hơn.
Trong phần 1 này, chúng ta hãy cùng xem lại câu chuyện của de Havilland Comet - một thành tựu của công nghệ hàng không Anh quốc vào thập niên 40 - 50 của thế kỷ trước:
Đôi nét về de Havilland D.H.106 Comet - phiên bản đầu tiên của dòng Comet.
Trong phần 1 này, chúng ta hãy cùng xem lại câu chuyện của de Havilland Comet - một thành tựu của công nghệ hàng không Anh quốc vào thập niên 40 - 50 của thế kỷ trước:
Đôi nét về de Havilland D.H.106 Comet - phiên bản đầu tiên của dòng Comet.
- Thiết kế và sản xuất bởi de Havilland Aircraft Company, VQ Anh
- Là máy bay thân hẹp một hàng lối đi, tầm bay 2400 km
- Sức chứa tối đa 44 hành khách, tổ bay gồm 4 người gồm 2 phi công, 1 kỹ sư và 1 hoa tiêu/liên lạc viên
- Dài 40 m, sải cánh 35 m
- Được trang bị 4 động cơ turbojet de Havilland Ghost 50
- Vận tốc hành trình 740 km/h
BOAC là hãng đầu tiên khai thác Comet.
De Havilland Comet có thể nói là ông tổ của máy bay phản lực thương mại. Nó là dòng máy bay phản lực thương mại đầu tiên được đưa vào khai thác vào năm 1952 bởi BOAC (British Overseas Airways Corporation - tiền thân của British Airways). Có thể nói đến trước năm 1949, sau khi chiến tranh thế giới thứ 2 kết thúc thì ngành hàng không thương mại vẫn bị thống trị bởi những chiếc máy bay dùng động cơ cánh quạt piston với những cái tên nổi tiếng như Douglas DC-3, Junkers Ju 52, tầm xa thì có Douglas DC-7 hay dòng Constellation và Super Constellation của Lockheed. Tuy nhiên, khi de Havilland - một hãng làm máy bay của Anh ra mắt Comet thì nó đã nhanh chóng gây sửng sốt bởi thiết kế quá khác biệt của nó cũng như hệ thống 4 động cơ phản lực turbojet Havilland Ghost do chính hãng phát triển. Comet đã chính thức mở cánh cửa cho thời đại phản lực và nếu không có những sự cố, tai nạn cùng bài học từ Comet thì Boeing đã không có 707 và Douglas sẽ không có DC-8.
De Havilland Comet tại bảo tàng Cosford, RAF, VQ Anh.
Thiết kế của Comet rất giống với những chiếc máy bay phản lực thương mại ngày nay và điểm đặc trưng nhất của nó là 4 động cơ turbojet đặt bên trong cánh chính thay vì treo trên pylon (mấu treo dưới cánh). Với động cơ phản lực, Comet có thể bay cao hơn, nhanh hơn so với các dòng máy bay cánh quạt. Thêm vào đó Comet đã tạo ra những tiêu chuẩn cho máy bay thương mại hiện tại như cabin được nén áp suất, cánh xuôi về sau (swept wings), khoang chứa nhiên liệu tích hợp trong cánh và càng hạ cánh kép 4 bánh.
Tuy nhiên, chính vì những thứ đi trước thời đại mà thành công của Comet đã sớm lụi tàn sau 2 vụ tai nạn nghiêm trọng trong vòng chưa đầy 2 năm, làm chết 56 người. Vụ tai nạn đầu tiên là của chiếc Comet mang mã G-ALYP thực hiện chuyến bay BOAC 781 từ sân bay Ciampono, Rome, Ý đến sân bay London Heathrow, VQ Anh tháng 1 năm 1954. Chiếc máy bay vỡ trên không sau 20 phút cất cánh. BOAC sau đó phải đình chỉ toàn bộ đội Comet và các kỹ sư đã đề xuất thay đổi 60 thành phần trên thiết kế của Comet để sửa lỗi thiết kế được cho là gây nên vụ tai nạn của BOAC 781. Thế nhưng chỉ 2 tuần sau khi được cấp phép bay trở lại, vào tháng 4 năm 1954, chiếc Comet mang số đăng ký G-ALYY của South African Airways cũng từ Ciampino, Rome một lần nữa vỡ trên không và rơi xuống biển Địa Trung Hải khi đang trên đường đến Cairo, Ai Cập chỉ 30 phút sau khi cất cánh. Toàn bộ Comet bị cho nằm im một lần nữa, chứng chỉ bay bị thu hồi và hoạt động sản xuất dòng máy bay này của de Havilland tại Hatfield, VQ Anh cũng bị đình chỉ.
Chiếc Comet số đăng ký G-ALYU trong bài test thùng nước.
Quảng cáo
Lịch sử hàng không thương mại đã chứng kiến một cuộc điều tra quy mô chưa từng có dẫn đầu bởi Arnold Hall - kỹ sư, nhà khoa học hàng không lỗi lạc của Anh. Cùng với các cộng sự tại cơ quan nghiên cứu hàng không Royal Aeronautical Establishment ở Fanborough, ông đã thực hiện một bài thử nghiệm về cấu trúc của chiếc Comet bằng máy bay thật. Lúc đó chưa có công nghệ mô hình hóa 3D bằng máy tính như ngày nay, Hall đã cho xây dựng một chiếc bể nước khổng lồ và đặt chiếc Comet mang số đăng ký G-ALYU của BOAC còn nguyên vào bể nước, 2 cánh nằm ngoài, riêng phần thân được nhấn chìm.
Thử nghiệm này được gọi là "water tank test", 24 giờ mỗi ngày, 7 ngày mỗi tuần, nhóm điều tra cho bơm nước vào và rút nước ra để mô phỏng áp suất tác động lên thân máy bay mỗi lần cất/hạ cánh, tương tự như khi máy bay được nén áp suất và tháo áp suất.
Một phần vỏ của chiếc Comet trong thử nghiệm của Hall được trưng bày tại bảo tàng Cosford, RAF. Những vết nứt quá khủng khiếp!
Chiếc Comet được thử nghiệm trước đó nằm trong đội bay của BOAC và nó đã thực hiện 1221 chu kỳ nén/tháo áp suất khi còn phục vụ và trong thử nghiệm với thùng nước của Hall, nó chịu thêm 1836 lần nữa. Kết quả khiến nhóm nghiên cứu kinh ngạc khi các vết nứt xuất hiện dọc theo góc dưới, phía sau cửa thoát trước và phía sau bên phải các cửa sổ trên nóc máy bay vốn được thiết kế dành cho hệ thống định vị vô tuyến ADF.
Quảng cáo
Cả 2 vị trí này đều có các góc vuông, sắc nhọn và tập trung nhiều áp lực hơn so với các vị trí khác. Trong khi đó thân máy bay được thiết kế hình trụ tròn và khi nén áp suất thì lớp vỏ bên trong cũng chịu thêm áp lực màng. Kết quả là hình dạng cong của thân và các lực này tạo ra một mô-men uốn cong thứ cấp, có thiên hướng "duỗi thẳng" đường cong khiến áp lực lên vỏ gia tăng.
Video mô phỏng Comet vỡ trên không do nứt gãy cấu trúc.
Một sai lầm chết người nữa trên thiết kế của Comet đó việc sử dụng đinh tán rivet để ghép nối khung cửa sổ vào thân. Đây là một hạn chế về kỹ thuật chế tạo máy bay xưa, người thợ dùng búa đóng đinh tán vào các lỗ đã được khoét sẵn quanh phần khung và trong quá trình này, chiếc đinh tán cũng như lỗ khoét có thể gây ra những vết nứt nhỏ không thấy được. Qua thời gian chịu áp suất cao thì các vết nứt này hình thành một nhiều hơn quanh các lỗ đinh và dần dần lan rộng ra. Kết quả là cả 2 vụ tai nạn của Comet đều do hỏng hóc về cấu trúc, máy bay bị xé toạc và vỡ trên không.
De Havilland đã phải thiết kế lại Comet, hãng nâng cấp với các biến thể Comet 2, Comet 2s, Comet 3 nhưng Comet 4 mới là biến thể tốt nhất của dòng máy bay huyền thoại này. Tuy nhiên khi được cấp chứng chỉ bay vào năm 1958, Comet 4 đã không còn đất diễn bởi khi đó, 2 đối thủ của Comet là Boeing 707 và Douglas DC-8 xuất hiện với kích thước lớn hơn, bay nhanh hơn, tầm bay xa hơn và chi phí vận hành hiệu quả hơn. Đến năm 1965, những chiếc Comet 4 cuối cùng của BOAC được cho nghỉ hưu. Kết thúc cuộc phiêu lưu ngắn ngủi nhưng đầy ý nghĩa của dòng máy bay phản lực thương mại đầu tiên trong lịch sử.
Thiết kế cửa sổ hình tròn đã sớm được áp dụng trên phiên bản Comet 4.
Sau tai nạn, cửa sổ hành khách trên máy bay không bao giờ được thiết kế hình vuông nữa mà thay vào đó có các góc được bo cong nhằm giảm áp lực tập trung. Thêm vào đó, trên thân máy bay còn được bổ sung các nút chặn nứt (c.r.a.c.k stopper) được đặt giữa các phần khung cửa sổ. Chúng có dạng tròn, cứng giúp ngăn vết nứt lan từ cửa sổ này sang cửa sổ kế bên.
Quan trọng hơn, triết lý thiết kế máy bay cũng thay đổi từ SAFE-LIFE sang FAIL-SAFE.
Theo triết lý SAFE-LIFE, cấu trúc máy bay được thiết kế nhằm chống chịu được hiện tượng mỏi kim loại trong một khoảng thời gian yêu cầu mà không có những hỏng hóc ban đầu, không gặp những hỏng hóc phát sinh trong quá trình khai thác. 2 vụ tai nạn của Comet cho thấy những vết nứt tập trung đã xuất hiện và lan rộng sớm hơn so với thời điểm ước lượng theo triết lý SAFE-LIFE.
FAIL-SAFE được phát triển vào những năm cuối thập niên 50 theo hướng giả sử tất cả các vật liệu ngay từ đầu đều chứa những khiếm khuyết và trước khi đưa vào khai thác thì những khiếm khuyết này có thể phát triển do hiện tượng mỏi kim loại. Do đó cấu trúc máy bay được thiết kế để chịu được thiệt hại về cấu trúc mà không ảnh hưởng đến độ an toàn cho đến khi thiệt hại cấu trúc trở nên nghiêm trọng hơn, có thể phát hiện bằng cách kiểm tra trực quan giữa các chuyến bay. Thêm vào đó, cấu trúc cũng được thiết kế để chịu thiệt hại với nhiều đường dẫn tải, tích hợp các cơ chế dự phòng nhằm đảm bảo độ vững chắc còn lại của cấu trúc trong tình huống cấu trúc chính bị tác động lớn trong quá trình khai thác.
Tham khảo: Aerossurance; BAE Systems [1], [2]; Aerospaceengineeringblog
