Chiếc A380 rời đường băng, và đài kiểm soát bắt chiếc máy bay nhỏ phía sau chờ thêm ba phút. Bầu trời trước mặt trống trơn. Thứ nó đang đợi trôi đi là hai vật vô hình:
Cánh nâng được là vì nó để lại một cái xoáy
Không có cách nào nâng 560 tấn mà không trả giá bằng một cái xoáy. Lực nâng đòi dòng khí trên mặt cánh chạy nhanh hơn dòng dưới bụng (chênh tốc là chênh áp), và chênh lệch ấy gói vào một đại lượng: lưu số Γ, lượng “vòng quay” mà cánh lôi theo mình — đúng thứ bẻ cong quả bóng xoáy. Nó không được phép biến mất ở đầu cánh: nó trượt khỏi mép, cuộn thành hai ống xoáy ngược chiều sau lưng máy bay.
Với phân bố lực nâng hình elip:
Γ = 4W / (π · ρ · V · b)W là trọng lượng, ρ mật độ không khí, V tốc độ, b sải cánh. A380 560 tấn rời đất ở 80 m/s, sải 79,75 m: Γ = 895 m²/s, hai lõi cách nhau b₀ = πb/4 = 62,6 m. Gió quay quanh mỗi lõi bằng Γ/(2πr) — cách lõi 5 mét: 28,5 m/s, đúng vạch mở đầu bão cấp 11 trên thang Beaufort; ở mép lõi bán kính 3,2 m, đỉnh lên 44,7 m/s, trên cấp 12.
Nặng gấp bảy lần, xoáy chỉ mạnh gấp ba
Nhìn kỹ mẫu số: Γ tỉ lệ nghịch với cả tốc độ lẫn sải cánh. Kéo thanh trượt từ B737-800 sang A380 ở cùng 80 m/s — khối lượng nhân 7,1 lần mà lưu số chỉ nhân 3,2, từ 281 lên 895 m²/s — cánh dài 79,75 m trải cùng một lực nâng ra cột khí rộng gấp đôi. Còn V ở mẫu số cho biết khi nào phải sợ: đẩy tốc độ chiếc A380 ấy lên 250 m/s như lúc hành trình, Γ tụt còn 286 m²/s — ngang một chiếc 737 vừa rời đường băng. Xoáy dữ nhất đúng lúc máy bay nặng nhất, chậm nhất và thấp nhất: cất và hạ cánh, cũng là lúc máy bay khác đứng gần nó nhất.
Chúng không tan — chúng chìm
Mỗi lõi nằm trong dòng khí của lõi kia, nên cả cặp tự lái mình đi xuống với tốc độ Γ/(2π·b₀) = 2,27 m/s. Đó mới là logic thật của quy tắc giãn cách: đài không lưu không chờ xoáy tan, mà chờ nó rơi khỏi đường bay — ba phút là 409 mét, sâu hơn hẳn quỹ đạo tiếp cận của chiếc sau. Tiêu chuẩn radar 8 hải lý (14,8 km) sau một chiếc A380 chính là 185 giây bay ở 80 m/s, cùng con số ấy đọc theo cách khác.
Đừng trông vào độ nhớt — số Reynolds của cái xoáy này là Γ/ν ≈ 6·10⁷, ở cỡ ấy ma sát nhớt gần như không tồn tại. Thứ giết nó là bất ổn định hình học: hai ống song song uốn sóng với bước sóng 8,6 lần khoảng cách hai lõi — với A380 là 539 m — rồi chạm nhau, khép thành chuỗi vòng khói. Mất một tới ba phút: ba phút của đài không lưu là con số đo được, không phải con số cho chắc.
Vì sao nạn nhân luôn là máy bay nhỏ
Demo đặt một máy bay hạng nhẹ sải 11 m, bay 45 m/s, đầu cánh gần cách lõi
5 m. Hai đầu cánh của nó ngâm trong hai tốc độ dựng đứng rất khác nhau;
chênh lệch ấy là mô men lật gấp 2,6 lần mô men tối đa mà cánh liệng tạo
được (hệ số C_l cỡ 0,06), và phải ra tới 10,5 m mới tụt về đúng 1,0 lần.
Trong khoảng ấy, phi công đánh hết cần lái vẫn bị lật — không phải vì phản
xạ chậm mà vì đã hết quyền điều khiển. Chiếc sải rộng thì ngược lại: 60 mét
cánh vắt ngang cả vùng gió bốc lên lẫn vùng gió dìm xuống, hai nửa triệt
tiêu gần hết: cùng một cái xoáy, với người này là cú xóc, với người kia là
tai nạn.
Trường hợp biên: khi cái xoáy không chịu đi
Γ/(2πr) cho tốc độ vô hạn tại r = 0, điều dĩ nhiên không xảy ra: trong lõi, không khí quay như một khối rắn nên v tỉ lệ thuận với r — đỉnh hữu hạn 44,7 m/s, nằm ngay ở mép lõi. Chỗ vô lý của công thức lại đúng là chỗ nó tự chữa.
Rắc rối thật nằm sát mặt đất: chìm tới độ cao cỡ b₀/2 ≈ 31 m thì mặt đất chặn, và cả chuyển động ấy đổi sang phương ngang — mỗi lõi trườn ra một bên với đúng 2,27 m/s, tức 4,4 knot. Thêm cơn gió ngang nhẹ 4 knot thổi ngược chiều lõi phía trên gió: nó đứng yên ngay trên tim đường băng, đợi chiếc tiếp theo chạm bánh — còn lõi kia bị đẩy trọn sang đường băng song song. Gió ngang mạnh thổi bay xoáy đi thì tốt; gió ngang nhẹ mới là ác mộng, cảnh báo có trong mọi cuốn sổ tay phi công, sinh ra từ phép trừ hai vận tốc bằng nhau.