Thứ bảy, 18/9/2021, 10:25 (GMT+7)

Airbus A350 - Boeing 787: Phi cơ nào hợp bay thẳng đi Mỹ

Airbus A350 và Boeing 787, hai phi cơ vốn được ví như "máy bay quốc dân", đang dự kiến được thử sức trên chặng bay thẳng Việt - Mỹ.

Trên thế giới, Việt Nam - Mỹ nằm ở nhóm đầu những thị trường tiềm năng nhưng chưa có đường bay thẳng không dừng (nonstop). Trong đó, lưu lượng khách giữa Los Angeles (LAX) và TP HCM (SGN) lớn hơn cả. Đây đồng thời cũng là lộ trình đòi hỏi ngặt nghèo nhất về tầm bay. Với khoảng cách lên tới 13.100 km, hay 7.100 hải lý (nm), khi đi vào khai thác, LAX-SGN sẽ trở thành đường bay dài nhất lịch sử hàng không Việt Nam.

Về phương tiện, chỉ các phi cơ thân rộng tầm xa mới có năng lực hoàn thành chặng đường 7.100 nm. Vietnam Airlines và Bamboo Airways hiện sở hữu ba máy bay loại này gồm Airbus A350-900, Boeing 787-9 và 787-10. Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của 787-10 ngắn hơn yêu cầu khá nhiều, nên chỉ A350-900 và 787-9 mới có thể lên đường. Để so sánh hai phi cơ, một chuyến bay "nháp" sẽ được vận hành thử nghiệm trên chặng LAX-SGN.

Hướng di chuyển từ Đông sang Tây, đồng nghĩa phải bay ngược gió. Ảnh: Gcmap

Gió ngược khiến tàu bay chậm lại và kéo dài chuyến đi, nhất là vào mùa đông. Nếu lấy sức gió trung bình 40 knot, quãng đường giờ bị đội lên thành 7.700 nm, một nhiệm vụ hơn 17 tiếng.

Cự ly này thuộc loại siêu xa, nên để hoàn thành được, phi cơ lý tưởng cần có thông số khác biệt so với tàu trong nước.

Mẫu A350-900 được phân tích sẽ là biến thể mới và mạnh nhất mang tên High Gross Weight. Dòng A350 này có đầu cánh được cải tiến, kèm "trọng lượng cất cánh tối đa" (MTOW) 280 tấn. Còn mức MTOW cao nhất của 787-9 là 254 tấn.

Nếu đấu tay đôi bằng cách chọn cabin tối ưu cho từng chiếc, 787-9 không thể thắng được A350-900. Chiếc Airbus lấn lướt cả về tầm bay lẫn sức chứa. Nên để công bằng, cần bố trí cabin hai tàu với tỷ lệ ghế ở mỗi hạng và khoảng cách giữa các ghế tương đồng nhau nhất có thể.

Ở cấu hình trên, cả 787-9 và A350-900 đều được chia 9,7% số ghế cho khoang Thương gia và 90,3% cho khoang Phổ thông. Nếu bổ sung một hạng ghế nữa thì sẽ rất khó phân bổ hợp lý.

Chông gai của những chuyến bay marathon là tàu phải mang theo lượng nhiên liệu (dầu) khổng lồ. A350-900 có thân lớn hơn 0,2 m và dài hơn 4 m so với 787-9, khiến lực cản gây ra bởi kích thước cao hơn, một nguyên nhân làm gia tăng mức tiêu hao dầu. Bù lại, ghế ngồi của A350-900 rộng hơn khoảng 2 cm ở khoang Phổ thông, giúp khách bớt gò bó trên chuyến đi dài tận 17 tiếng.

Kế đó, diện tích cánh của 787 là 360 m2 so với 443 m2 của A350, khi chia MTOW cho diện tích này sẽ được chỉ số Wing Loading - tải cánh. Tải cánh của 787 là 705kg/m2, trong khi A350 thấp hơn với 632kg/m2.

Liên quan mật thiết tới tải cánh là "tỷ lệ lực đẩy" (Thrust-Weight ratio) trên MTOW. Động cơ A350-900 tạo lực đẩy 84.000 lbf, suy ra giá trị Thrust-Weight là 0,272. Tỷ lệ của 787-9 gần tương đương, dù khó tính cụ thể. Vì Boeing dùng hệ quy chiếu riêng, không phải 74.000 lbf như truyền thông công bố.

Nội lực ngang ngửa nhau nhưng đôi cánh chịu ít tải giúp A350-900 cất cánh nhanh hơn. Khi đang chạy đà, nếu một động cơ bất ngờ hỏng hóc và không còn đủ đường băng để phanh gấp, tàu buộc phải tiếp tục cất cánh bằng động cơ còn lại. Trong trường hợp hạn hữu này, tải cánh thấp giúp phi công sớm điều khiển tàu vọt lên khỏi mặt đất. 787-9 yếu thế hơn đôi chút, nhưng không có gì đáng lo ngại. Bởi khí hậu, độ cao so với mực nước biển và chiều dài đường băng ở sân bay Los Angeles khá lý tưởng, dư thừa để đáp ứng hiệu suất cất cánh.

Cánh lớn lại trở thành nhược điểm của A350-900 khi đạt độ cao hành trình, do tạo nhiều lực cản kích thước hơn. Ảnh: Megahub

Bên cạnh mức tiêu thụ nhiên liệu, rào cản đáng ngại của chặng bay này là tầm bay 7.700 nm. Boeing cho biết 787-9 sẽ bay được 7.600 nm, còn Airbus quảng cáo A350-900 với 8.100 nm. Nhưng nhà sản xuất cần tuân theo tiêu chuẩn khí hậu quốc tế và cũng một phần để marketing, nên tầm bay thường được thổi phồng.

Trên chặng LAX-SGN, tàu mất tới 600 nm do gió ngược, còn trong công thức tính tầm bay của Boeing hay Airbus, cường độ gió bằng 0.

Tiếp theo, vali ký gửi của hành khách phải được chất vào thùng chứa chuyên dụng LD3 để trong bụng phi cơ. Mỗi thùng nặng 65 kg, chứa hết được vali của 300 khách phải cần 10 thùng, hay 650 kg. Và, ngoài việc tính trọng lượng hành khách thấp hơn thực tế giống Airbus vẫn làm, thùng LD3 của các hãng "tình cờ" đều nặng đúng 0 kg.

Air New Zealand từng mở trạm cân dã chiến ngay tại sân bay để cân hành khách, phục vụ nghiên cứu mức tải trọng thực tế. Ảnh: flightcommunity

Tàu càng cũ tầm bay càng hao hụt. Ngoài động cơ bị lão hoá, mỗi năm một tàu có kích thước như A350, 787 sẽ nặng thêm khoảng 80-100 kg. Nguyên nhân đến từ bùn đất bám vào những vị trí không dễ vệ sinh, cộng thêm hơi ẩm đọng lại lớp cách âm/nhiệt khi máy bay hạ độ cao, đặc biệt ở môi trường nóng ẩm như Việt Nam (trên A350 và 787 đều có tuỳ chọn hệ thống sấy).

Những chi tiết tính bằng đơn vị tấn như chở thêm hàng hoá, cấu hình hãng bay chọn nặng hơn tiêu chuẩn, cộng dồn lại khiến tầm bay thực sự có thể ngắn hơn đến 20% so với quảng bá. Do vậy, để thẩm định sức bay các tàu trên chặng LAX-SGN, ngoài việc coi tàu mới tinh, phải bám sát một vài thông số kỹ thuật.

Đầu tiên là "trọng lượng rỗng" (Operating Empty Weight – OEW). OEW bao gồm trọng lượng phi cơ kèm theo trang bị trong khoang như suất ăn, ghế ngồi, hay nước cho bồn rửa toilet... Trong tính toán này để bớt phức tạp, OEW của A350-900 và 787-9 sẽ được chọn theo gợi ý từ Airbus và Boeing, lần lượt là 145 và 127 tấn.

OEW bổ sung tải trọng sẽ cho "trọng lượng không dầu" (Zero Fuel Weight – ZFW). Cánh máy bay không thể chịu được sức nặng lớn hơn mức ZFW này, nên xác định được ZFW sẽ biết phi cơ chở được bao nhiêu hành khách và hàng hoá.

Chuỗi liên hệ giữa ba loại khối lượng chính trên máy bay.

Như cabin đã chọn, sức chứa của 787-9 là 309 ghế, A350-900 là 329 ghế. Mốc tải trọng một hành khách, gồm trọng lượng cơ thể và hành lý kèm theo được luật khuyến nghị là 100 kg/khách. Giả sử chuyến bay lấp được 85% số ghế, 787-9 và A350-900 sẽ chở lần lượt 263 và 280 hành khách, tương ứng tải trọng 26,3 và 28 tấn.

Để biết liệu tàu có thể kham hết số tải này cũng như chứa thêm được hàng hoá hay không thì phải tìm ZFW, bằng cách khảo sát biểu đồ tải trọng-tầm bay hãng công bố, trước tiên là 787-9:

Đối chiếu với tầm bay 7.700nm, mức ZFW tương ứng là 157 tấn. Trừ đi 127 tấn OEW sẽ ra tải trọng 30 tấn. Ảnh: Boeing

Tiếp đó, trên chặng bay siêu dài, trung bình mỗi hành khách mang theo 1,2 vali, hay 315 vali cho 263 khách. Sẽ cần 9 thùng LD3 cho cả chuyến và chúng bổ sung thêm 585kg vào 26,3 tấn tải hành khách. Tổng cộng, 787-9 gánh khoảng 26,9 tấn. Trong khi đồ thị cho phép 30 tấn, tức còn thừa 3,1 tấn để tận dụng chở thêm hàng hoá.

Nhưng mối nguy nan của 787-9 bây giờ mới hiện hữu.

Ở cuối trục hoành, Boeing lưu ý 787-9 chứa được tối đa 101,4 tấn dầu. Muốn biết giới hạn này có đủ để bay về đến Tân Sơn Nhất hay không thì phải tính chuẩn xác độ tiêu hao nhiên liệu. Đây là nhiệm vụ bất khả thi đối với người thường, nếu biết rằng các hãng hàng không đều phải dùng phần mềm chuyên dụng để xử lý. May mắn là vẫn có hai cách giải quyết, dẫu chỉ cho đáp án tương đối.

Đầu tiên là áng chừng bằng mắt sử dụng biểu đồ tải trọng - tầm bay. Cách này khá thô sơ vì dữ liệu trong đồ thị rất nghèo nàn. Kết quả thu về sẽ như trên, 263 khách và 3,1 tấn hàng.

Cách thứ hai hiệu quả hơn là làm theo các phi công. Nhằm chuẩn bị cho chuyến đi, cơ trưởng sẽ được gửi thông tin về lượng dầu dự kiến "ngốn" (tính bằng phần mềm). Tuy nhiên thực tế luôn khó lường: sức gió và vị trí mây khác dữ liệu máy gợi ý, nhiễu động nằm chệch hướng cảnh báo, hoặc tuyến không lưu lý tưởng đang quá tải. Nên muộn nhất 90 phút trước khi cất cánh, cơ trưởng sẽ tự tính hai thông số để đối chiếu. Một là mức tiêu thụ trong giờ bay đầu tiên, hai là mức chung trong toàn bộ số giờ bay còn lại. Giá trị thứ hai kém chính xác hơn, vì càng bay tàu càng nhẹ. Còn giờ bay đầu tiên rất thiết yếu do phi cơ phải chạy đà, cất cánh rồi lấy độ cao, những giai đoạn đốt dầu nhiều nhất.

Vận dụng hàng loạt định luật vật lý, lúc này cơ trưởng sẽ giải một phép toán chuyên để tính mức tiêu thụ nhiên liệu máy bay: phương trình Breguet.

Theo tính toán, trên chặng LAX-SGN, 787-9 cần 96,3 tấn dầu để hoàn thành quãng đường. Bổ sung lượng dự trữ và taxi, tổng cộng phải mang theo 105,7 tấn. Tuy vậy, các bình nhiên liệu lại chỉ chứa được tối đa 101,4 tấn. Nên muốn đảm bảo tầm bay, bắt buộc phải đánh đổi tải trọng bằng cách nạp hết cỡ 101,4 tấn dầu rồi cắt đi thêm 4,3 tấn tải.

Rút cục, số tải chính thức còn 21,3 tấn. Nói cách khác, 787-9 chỉ cất cánh được với vỏn vẹn 209 hành khách. Con số này tương ứng tỷ lệ phủ ghế rất thấp là 67%. Ở những chuyến bay dài, dù còn phụ thuộc nhiều tác nhân, hãng sẽ cần bán được khoảng 85-90% chỗ ngồi mới có lãi.

Còn A350-900, đồ thị của chiếc Airbus khá sơ sài khi chỉ gồm tải và tầm bay, nhưng vẫn đủ để mổ xẻ:

Sức chứa dầu tối đa MFC - Maximum Fuel Capacity của A350-900 bị giới hạn điện tử ở 140.795 lít, tương đương 109,8 tấn. (ảnh:airbus)

Trên giấy tờ, thế mạnh về kích thước được thể hiện bằng tải trọng 33,5 tấn. Nhưng OEW và MTOW quá cao khiến A350-900 trả giá bằng mức tiêu thụ nhiên liệu, tổng cộng cần mang theo tới 113,2 tấn dầu, vẫn vượt giới hạn 3,4 tấn. Sau khi giật gấu vá vai để lấy tầm bay, tải còn 21,8 tấn. Rút cục, A350-900 cũng chỉ lên đường được với 213 hành khách. Tỷ lệ lấp ghế là 65%, thấp hơn cả 787-9.

Như vậy, cùng bị thiếu tầm bay, không thể mang theo hàng hoá và lãng phí tận 5-60 hành khách, cả A350-900HGW lẫn 787-9 đều chưa phải cỗ lý tưởng cho chặng LAX-SGN.

Chiều đi SGN-LAX sẽ có kịch bản khác do được bay xuôi gió và tính kinh tế của cả dự án sẽ chỉ rõ ràng nếu phân tích chi phí - doanh thu hai chiều. Nhưng ví dụ trên đã củng cố nhận định từ các chuyên gia, rằng dự án bay thẳng không dừng đi Mỹ tiềm ẩn nhiều chướng ngại. Gió ngược sẽ chi phối tầm bay quyết liệt.

Cũng trên hành trình đi Mỹ, để tránh gió ngược, Singapore Airlines phải bay vòng lên tận Bắc Cực. Hoặc có một cách hạ cánh dự phòng đặc chủng là ‘en-route alternate’ sẽ giúp tiết kiệm khoảng 2% nhiên liệu. Dẫu vậy, hai giải pháp này đòi hỏi nhiều kinh nghiệm vận hành mà có lẽ Việt Nam chưa thể đáp ứng. Phương án đơn giản nhất là bay vòng quanh địa cầu để biến gió ngược thành gió xuôi, như Air India thực hiện trên chặng New Delhi - San Francesco, thì lại không áp dụng được do địa lý thiếu thuận lợi giữa LAX và SGN.

Xem thêm:

Đại chiến Boeing - Airbus trên đường bay dài nhất thế giới

Tóm lại, muốn hoàn thành được chặng đường, các hãng bay Việt chắc chắn phải tiếp nhiên liệu giữa chuyến. Còn không, sắm máy bay mới có thể là một lựa chọn.

Bỏ qua các tàu bốn động cơ rất tốn dầu, ngày nay có ít phi cơ đủ sức vượt ải 7.700 nm. Boeing sở hữu 777-200LR và 777-8X còn Airbus có thể chào hàng A350-1000 và A350-900ULR. Không bàn đến thời gian phải chờ khi mua hoặc thuê tàu, lý lịch của tất cả đều có vấn đề.

Nếu tồn tại khái niệm máy bay công nghiệp, 777-200LR là một điển hình, khi Boeing bất chấp tất cả vì tầm bay. Về kỹ thuật, nhiên liệu được chứa trong cánh để tạo sức nặng, nhằm giảm biên độ dao động của cánh khi bị gió tạt hoặc tàu tiếp đất quá mạnh. Nếu cánh hết không gian, chứa dầu trong thân là bất đắc dĩ, bởi thân càng nặng thì càng gây áp lực lên rễ cánh. 777-200LR thuộc số ít tàu được tích tới ba thùng dầu phụ vào bụng để đạt tầm bay dũng mãnh, lên đến 9.300nm.

Trong chặng bay nháp phân tích ở trên, chiếc A350-900 trang bị 329 ghế thực ra là khá cao, các hãng bay Việt chỉ cần khoảng 300 chỗ ngồi. 777-200LR dễ dàng đáp ứng và chở thêm được 4,8 tấn hàng hoá mà chưa cần thùng dầu phụ. Nhưng ứng viên này đốt nhiên liệu vô độ, cần tận 131,6 tấn cho chuyến LAX-SGN.

777-200LR có tải trọng-tầm bay thuộc loại xuất sắc với sức chở tối đa 50 tấn tại 7.700nm. Ảnh:Jenschuld

Từ tốn hơn 777-200LR khi tiêu thụ dầu là hậu bối 777-8X. Tuy thế, -8X có nhược điểm là cabin lớn với 384 chỗ ngồi, dẫu có thể đặt hàng thấp hơn một chút. Máy bay cũng chưa ra mắt, chỉ được hai hãng chọn mua mà cả hai đều được đồn đoán sẽ huỷ đơn. Bị cô lập, có khả năng Boeing sẽ quyết định không lắp ráp -8X.

Trái lại, A350-1000 đã tận hưởng bầu trời từ năm 2018. Nhưng nhìn vào danh sách khách hàng của thủ lĩnh dòng A350, đặc tính phục vụ thị trường ngách lộ rõ. Tàu mới được 6 hãng vận hành, 5 trong số đó đóng căn cứ tại những siêu sân bay quá cảnh gồm London Heathrow, Hong Kong, Abu Dhabi và Doha. Cái tên còn lại là hãng Air Caraibes thì trang bị cabin lên tới 429 chỗ. Dễ thấy, kể cả khi chọn cấu hình phổ biến (khoảng 340 ghế), yêu cầu của A350-1000 là cần nguồn khách khổng lồ để phủ được cabin. Lấy trường hợp Cathay Pacific dùng A350-1000 trên chuyến Hong Kong - New York. Trước đại dịch Covid-19, tần suất của chặng này lên tới 5 chuyến/ngày, nghĩa là có thể tương đương tần suất chặng LAX-SGN trong một tuần.

Đường bay Việt - Mỹ vốn đã thừa khốc liệt với hơn 20 hãng hàng không cùng giành giật thị phần, còn Tân Sơn Nhất thì kém xa bốn phi trường kể trên về lưu lượng khách trung chuyển. Nên trông cậy vào A350-1000 mà chỉ có khách đi đúng tuyến (Origin-Destination) là dự định mạo hiểm.

Tên tuổi cuối cùng, A350-900ULR, rất đặc biệt với tầm bay mô tả được bằng chữ cái thay vì con số. Bởi Airbus chỉ cần hai từ "vô biên" khi tiếp thị sức bay trứ danh của dòng A350-900 hoán cải này. Tháo khoang chứa hàng phía trước để giảm lực cản ở cánh đuôi và ngắt giới hạn bơm nhiên liệu trên bản gốc -900 giúp ULR nhẹ nhàng đi mây về gió qua 7.700 nm. Trong đồ thị A350, đường kẻ màu xanh lá chính là dấu ấn của ULR.

Đáng chú ý, MTOW vẫn dừng ở 280 tấn. Việc tăng sức chứa nhiên liệu nhưng lại giữ nguyên MTOW đồng nghĩa rằng: trên chuyến LAX-SGN, dù bơm thêm bao nhiêu tấn dầu, ULR sẽ phải cắt đi đúng từng đó tải trọng. Trạng thái này còn được gọi là Weight Limited, thường xảy ra khi tàu phải bay cự ly quá dài. Phép màu đến đây vụt tắt, ULR thực sự không hề mạnh hơn bản thường, trừ khi cần bay marathon với tải thấp, như cấu hình 161 ghế mà Singapore Airlines sử dụng trên các chặng siêu xa đi Mỹ.

Có thể thấy, ngay cả khi sắm máy bay mới, hành trình tới xứ cờ hoa vẫn chưa hết gian nan. Nhưng một nhân tố bí ẩn có thể xuất hiện ở tương lai.

Tại lễ ra mắt A350 năm 2007, Airbus đã giới thiệu sơ bộ một ý tưởng. Hãng sẽ lấy động cơ, cánh, càng đáp của A350-1000 lắp ghép với phần thân trước và sau của A350-900 để tạo ra nền tảng cho hai biến thể: một chở khách mang tên A350R, một chở hàng là A350F.

Càng đáp, động cơ trên A350-1000 rất mạnh mẽ, trong khi phần thân từ -900 vốn ngắn hơn, tức sẽ nhẹ và tạo ít lực cản hơn. Nên nếu phải suy đoán, MTOW của A350R ít nhất phải lên đến 308 tấn giống bản -1000 nguyên thuỷ. Nguy cơ bị Weight Limited gần như sẽ được xoá bỏ. Ngoài tầm bay không thành vấn đề, do ra đời sau, mức tiêu thụ dầu chắc chắn dễ chịu hơn 777-200LR. Nói ngắn gọn, A350R chính xác là tàu bay trong mơ của hãng bay Việt, dù thuyết phục được Airbus mở bán là điều không đơn giản khi thị trường của phi cơ siêu xa rất nhỏ, khó gỡ lại chi phí chế tạo.

Ngược lại, nhu cầu máy bay chở hàng sẽ lớn hơn. Giả dụ chiếc A350F song sinh đi vào sản xuất trước, nguồn lực cũng như dây chuyền máy móc sẽ được san sẻ cùng A350R, qua đó điều tiết bớt vốn đầu tư cho hãng. Và bất ngờ cuối tháng 7 vừa qua, Airbus tuyên bố sẽ lắp ráp A350F vào năm 2025...

Phan Duy

Đồ hoạ: Tạ Lư