Vì sao cửa sổ máy bay có hình bầu dục chứ không phải hình vuông hay chữ nhật?

Trong ngành công nghiệp hàng không thuở sơ khai, cửa sổ máy bay đều có thiết kế hình vuông. Song 2 vụ tai nạn xảy ra liên tiếp đã giúp các nhà khoa học phát hiện ra một sai sót chết người để dẫn đến sự thay đổi này.

Ai cũng biết rằng cửa sổ máy bay thường chỉ có hình bầu dục chứ không phải dạng hình vuông hay chữ nhật. Vì sao lại như thế?

Thực tế, trong ngành công nghiệp hàng không thuở sơ khai, các máy bay chở khách đã áp dụng đã thiết kế cửa sổ. Không chỉ giảm bớt cảm giác ngột ngạt cho hành khách, cửa sổ còn đảm bảo đủ ánh sáng trong khoang máy bay để mọi người dễ dàng ứng phó với các tình huống có thể xảy ra.

Những chiếc máy bay thương mại đầu tiên đều có cửa sổ hình vuông.

Trong những ngày đầu, cửa sổ máy bay thương mại chở khách đều có thiết kế hình vuông. Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại, tất cả những gì chúng ta thấy trên máy bay lại là những ô cửa hình bầu dục. Không phải vì yếu tố thẩm mỹ, sự thay đổi này bắt nguồn từ một lịch sử đau thương.

Ngày 2/5/1952, chiếc máy bay thương mại đầu tiên trên thế giới có cửa sổ hình vuông mang tên De Havilland Comet, được đưa vào hoạt động. Tuy nhiên chỉ hoạt động suôn sẻ trong vòng 1 năm, vào tháng 1 năm 1954, chuyến bay số 781 của Comet sau khi cất cánh khỏi sân bay Ciampino của Rome chừng 20 phút thì bị rơi xuống biển Địa Trung Hải, toàn bộ 35 người trên máy bay đều tử nạn.

Không tìm được hộp đen, để điều tra vụ tại nạn này, cơ quan chức năng đã phải trục vớt đống đổ nát trên một diện tích lên đến 260km².

Sau đó 16 ngày, một ki kịch khác tiếp tục xảy ra. Chuyến bay 201 của South African Airways khởi hành từ London đến Johannesburg đâm xuống biển khiến 21 người thiệt mạng. Tin tức này đã gây chấn động thế giới và sự nghi ngờ về mức độ an toàn của máy bay hoàn toàn có cơ sở.

Với những gì còn sót lại từ vụ tai nạn, nhóm điều tra cố gắng phân tích và phát hiện rằng ở cả hai sự cố, thi thể được vớt lên đều có dấu hiệu tổn thương hộp sọ và dấu vết của nổ phổi.

Nhóm điều tra suy đoán rằng có thể máy bay đã phát nổ do áp suất. Để tìm hiểu nguyên nhân cụ thể, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một hộp sắt khổng lồ và di chuyển một chiếc máy bay vào trong đó. Họ đổ đầy nước vào trong cùng với máy bay, đồng thời tạo áp suất cho nước sau khi đổ đầy để có thể mô phỏng mức áp suất mà máy bay di chuyển ở trên cao phải chịu.

Khi tác dụng một ngoại lực lên một vật thể, ứng suất, đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng xuất hiện. Chưa đầy một tháng thực hiện thí nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện những vết nứt dài 2m trên thân máy bay. Người ta cũng nhận thấy sức căng xung quanh cửa sổ và cửa ra vào cao gấp 4 lần so với phần còn lại của máy bay.

Hiện nay, cửa sổ máy bay đã được thiết kế theo hình bầu dục.

Máy bay càng lên cao, chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài càng lớn. Thân máy bay hơi nở ra, ứng suất và áp suất sẽ tác động lên các bộ phận khác của máy bay. Vì vậy hình dạng của cửa sổ là một chi tiết quan trọng. 

Trên thân máy bay ứng suất sẽ lan truyền qua các chi tiết, bao gồm cả cửa sổ, nếu cửa sổ hình vuông hay chữ nhật, nó sẽ cắt đứt dòng ứng suất. Áp suất sẽ tăng lên tại các góc nhọn. Điều này có thể làm vỡ kính cửa sổ và nứt thân máy bay. Dưới áp lực liên tục, bốn góc cửa sổ trên máy bay đã trở thành một thảm kịch kinh hoàng trong những năm đầu ra mắt.

Ngược lại, những chiếc cửa sổ hình bầu dục không có góc cạnh, nên không có một điểm tập trung nào chịu tác động. Vậy nên áp lực và phân bố lực lên cửa sổ sẽ đều hơn, giảm thiểu khả năng bị nứt vỡ. Như vậy, nhờ những chiếc cửa sổ hình bầu dục này mà chúng ta có chuyến bay an toàn hơn mà vẫn được tha hồ ngắm cảnh đẹp bên ngoài.

Nguyên tắc này cũng được áp dụng trên tàu thuỷ, trên thuyền hay tàu vũ trụ. Lỗ nhỏ trên cửa sổ máy bay cũng có tác dụng cân bằng áp suất và sức ép giữa bên trong và bên ngoài.