Thủy phi cơ (seaplane) là loại máy bay cánh cố định có động cơ có khả năng cất cánh và hạ cánh (hạ cánh) trên mặt nước. Thủy phi cơ thường được chia thành hai loại dựa trên đặc điểm công nghệ của chúng: thủy phi cơ (floatplanes) và thuyền bay (flying boats); cái sau thường lớn hơn nhiều và có thể chở được nhiều hơn. Thủy phi cơ cũng có thể cất cánh và hạ cánh trên sân bay được xếp vào phân lớp “hydroplanes”, nhưng hiện tại thuật ngữ này áp dụng thay thế cho tàu thủy chạy bằng động cơ sử dụng kỹ thuật nâng thủy động lực để lướt trên mặt nước khi chạy ở tốc độ cao.
Việc sử dụng thủy phi cơ dần dần giảm dần sau Thế chiến II, một phần do đầu tư vào các sân bay trong chiến tranh nhưng chủ yếu là do máy bay đất liền ít bị hạn chế bởi điều kiện thời tiết có thể dẫn đến tình trạng nước biển quá cao để vận hành thủy phi cơ trong khi máy bay đất liền có thể tiếp tục hoạt động. Trong thế kỷ XXI, thủy phi cơ duy trì một số mục đích sử dụng thích hợp, chẳng hạn như chữa cháy trên không, vận chuyển hàng không quanh quần đảo và tiếp cận các khu vực chưa phát triển hoặc không có đường, một số trong đó có nhiều hồ.
Các loại
Một chiếc thủy phi cơ (floatplane) có những chiếc phao mảnh mai, được gắn dưới thân máy bay. Hai phao là phổ biến, nhưng có thể có các cấu hình khác. Thông thường chỉ có phao của thủy phi cơ mới tiếp xúc với nước. Thân máy bay vẫn ở trên mặt nước. Một số máy bay mặt đất nhỏ có thể được sửa đổi để trở thành máy bay nổi và nói chung, thủy phi cơ là máy bay nhỏ. Thủy phi cơ bị hạn chế do không có khả năng xử lý độ cao sóng thường lớn hơn 0,3 m. Những chiếc phao này làm tăng thêm trọng lượng rỗng của máy bay và hệ số cản, dẫn đến giảm khả năng tải trọng, tốc độ lên cao chậm hơn và tốc độ hành trình chậm hơn.
Trong một chiếc thuyền bay (flying boat), nguồn lực nổi chính là thân máy bay, hoạt động giống như thân tàu trong nước vì mặt dưới thân máy bay được tạo hình thủy động lực học để cho phép nước chảy xung quanh nó. Hầu hết các thuyền bay đều có phao nhỏ gắn trên cánh để giữ cho chúng ổn định. Không phải tất cả các thủy phi cơ nhỏ đều là thủy phi cơ, nhưng hầu hết các thủy phi cơ lớn đều là thuyền bay, với trọng lượng lớn được hỗ trợ bởi thân tàu.
Thuật ngữ “seaplane” được một số người sử dụng thay vì “floatplane”. Đây là cách sử dụng tiêu chuẩn của người Anh. Theo cách gọi của người Mỹ, cả flying boats và floatplanes đều là seaplane.
Một chiếc máy bay lưỡng cư (amphibious aircraft) có thể cất cánh và hạ cánh trên đường băng thông thường và trên mặt nước. Một chiếc thủy phi cơ (seaplane) thực sự chỉ có thể cất cánh và hạ cánh trên mặt nước. Có thuyền bay lưỡng cư (amphibious flying boats) và thủy phi cơ lưỡng cư (amphibious floatplanes), cũng như một số thiết kế lai, ví dụ: thủy phi cơ (floatplanes) có phao có thể thu vào.
Các thủy phi cơ sản xuất hiện đại (2019) có kích thước đa dạng, từ phương tiện lưỡng cư máy bay thể thao hạng nhẹ loại thuyền bay, chẳng hạn như Icon A5 và AirMax SeaMax, cho đến phương tiện lưỡng cư đa năng nặng 100.000 lb ShinMaywa US-2 và Beriev Be-200. Các ví dụ ở giữa bao gồm loại tàu bay Dornier Seastar, loại lưỡng cư tiện ích 12 chỗ ngồi và máy bay ném bom nước lưỡng cư Canadair CL-415. Máy bay tiện ích Viking Air DHC-6 Twin Otter và Cessna Caravan có các tùy chọn thiết bị hạ cánh bao gồm phao đổ bộ (amphibious floats).
Lịch sử
Những người tiên phong sớm
Người Pháp Alphonse Pénaud đã nộp bằng sáng chế đầu tiên cho một chiếc máy bay có thân thuyền và thiết bị hạ cánh có thể thu vào vào năm 1876, nhưng Wilhelm Kress người Áo được ghi nhận là người đã chế tạo chiếc thủy phi cơ đầu tiên, Drachenflieger, vào năm 1898, mặc dù hai chiếc của hãng Daimler có công suất 30 mã lực (22 kW) Động cơ không đủ khả năng cất cánh và sau đó nó bị chìm khi một trong hai phao của nó bị sập.
Vào ngày 6/6/1905, Gabriel Voisin cất cánh và hạ cánh trên sông Seine bằng một chiếc tàu lượn thả diều được kéo trên phao. Chuyến bay đầu tiên không có động cơ của anh này là 140 m. Sau đó, ông đã hợp tác với Louis Blériot chế tạo một chiếc thủy phi cơ có động cơ, nhưng chiếc máy này đã không thành công.
Những người tiên phong khác cũng đã cố gắng gắn phao vào máy bay ở Anh, Úc, Pháp và Hoa Kỳ.
Vào ngày 28/3/1910, người Pháp Henri Fabre đã lái thành công chiếc thủy phi cơ chạy bằng động cơ đầu tiên, chiếc thủy phi cơ chạy bằng năng lượng Gnome Omega, một thủy phi cơ ba bánh. Lần cất cánh và hạ cánh thành công đầu tiên của Fabre bằng thủy phi cơ có động cơ đã truyền cảm hứng cho các phi công khác, và ông đã thiết kế phao cho một số máy bay bay khác. Cuộc thi thủy phi cơ đầu tiên được tổ chức tại Monaco vào tháng 3/1912, với sự tham gia của các máy bay sử dụng phao của Fabre, Curtiss, Tellier và Farman. Điều này dẫn đến các dịch vụ chở khách bằng thủy phi cơ theo lịch trình đầu tiên, tại Aix-les-Bains, sử dụng một chiếc Sanchez-Besa 5 chỗ từ ngày 1/8/1912. Hải quân Pháp đặt mua thủy phi cơ đầu tiên vào năm 1912. Vào ngày 10/5/1912, Glenn L. Martin bay một chiếc thủy phi cơ tự chế ở California, lập kỷ lục về khoảng cách và thời gian.
Năm 1911-1912, François Denhaut chế tạo chiếc thủy phi cơ đầu tiên có thân máy bay tạo thành thân tàu, sử dụng nhiều thiết kế khác nhau để tạo lực nâng thủy động lực khi cất cánh. Chuyến bay thành công đầu tiên của nó là vào ngày 13/4/1912. Trong suốt năm 1910 và 1911, phi công tiên phong người Mỹ Glenn Curtiss đã phát triển thủy phi cơ của mình thành máy bay mặt đất Curtiss Model D thành công, sử dụng phao trung tâm lớn hơn và các bộ phận tài trợ. Kết hợp phao với bánh xe, ông đã thực hiện chuyến bay lưỡng cư đầu tiên vào tháng 2/1911 và được trao Cúp Collier đầu tiên cho thành tích bay của Hoa Kỳ. Từ năm 1912, các thí nghiệm của ông với một chiếc thủy phi cơ có vỏ đã cho ra đời Model E và Model F năm 1913, mà ông gọi là “thuyền bay”. Vào tháng 2/1911, Hải quân Hoa Kỳ tiếp nhận Curtiss Model E và nhanh chóng thử nghiệm khả năng hạ cánh và cất cánh từ tàu bằng cách sử dụng Curtiss Model D.
Ở Anh, Thuyền trưởng Edward Wakefield và Oscar Gnosspelius bắt đầu khám phá tính khả thi của chuyến bay từ mặt nước vào năm 1908. Họ quyết định tận dụng Windermere ở Lake District, hồ lớn nhất nước Anh. Những nỗ lực bay đầu tiên của chiếc sau đã thu hút một lượng lớn đám đông, mặc dù máy bay không cất cánh được và yêu cầu thiết kế lại những chiếc phao kết hợp các đặc điểm từ thân thuyền của thành viên câu lạc bộ đua thuyền máy của hồ Isaac Borwick. Trong khi đó, Wakefield đặt mua một chiếc thủy phi cơ tương tự thiết kế của chiếc Fabre Hydravion năm 1910. Đến tháng 11 năm 1911, cả Gnosspelius và Wakefield đều có máy bay có khả năng bay từ mặt nước và chờ điều kiện thời tiết thích hợp. Chuyến bay của Gnosspelius chỉ diễn ra trong thời gian ngắn khi máy bay lao xuống hồ. Tuy nhiên, phi công của Wakefield, lợi dụng cơn gió nhẹ hướng bắc, đã cất cánh thành công và bay ở độ cao 15 m đến Ferry Nab, nơi anh ta rẽ rộng và quay trở lại để hạ cánh hoàn hảo trên mặt hồ.
Tại Thụy Sĩ, Émile Taddéoli đã trang bị cho máy bay hai tầng cánh Dufaux 4 những người bơi lội và cất cánh thành công vào năm 1912. Một thủy phi cơ được sử dụng trong Chiến tranh Balkan năm 1913, khi một chiếc “Astra Hydravion” của Hy Lạp thực hiện trinh sát hạm đội Thổ Nhĩ Kỳ và thả bốn quả bom.
Sự ra đời của một ngành
Năm 1913, tờ Daily Mail đã treo giải thưởng trị giá 10.000 bảng Anh cho chuyến bay không ngừng nghỉ đầu tiên vượt Đại Tây Dương, giải thưởng này nhanh chóng được “tăng cường thêm bằng một khoản tiền nữa” từ Liên đoàn trên không nữ của Vương quốc Anh.
Doanh nhân người Mỹ Rodman Wanamaker quyết tâm rằng giải thưởng sẽ thuộc về một chiếc máy bay của Mỹ và ủy quyền cho Curtiss Airplane and Motor Company thiết kế và chế tạo một chiếc máy bay có khả năng thực hiện chuyến bay. Việc Curtiss phát triển thuyền bay Flying Fish vào năm 1913 đã đưa ông tiếp xúc với John Cyril Porte, một Đại úy Hải quân Hoàng gia đã nghỉ hưu, nhà thiết kế máy bay và phi công thử nghiệm, người sau này trở thành nhà tiên phong hàng không có ảnh hưởng của Anh. Nhận thấy rằng nhiều vụ tai nạn ban đầu là do hiểu biết kém về cách xử lý khi tiếp xúc với nước, cặp đôi đã nỗ lực phát triển các thiết kế thân tàu bay thực tế để có thể vượt Đại Tây Dương.
Hai năm trước khi Thế chiến I bùng nổ cũng chứng kiến cặp thủy phi cơ hai tầng cánh Benoist XIV do tư nhân sản xuất, do Thomas W. Benoist thiết kế, khởi đầu cho sự khởi đầu của dịch vụ hàng không nặng hơn không khí đầu tiên ở bất cứ đâu trên thế giới và là hãng dịch vụ hàng không đầu tiên dưới bất kỳ hình thức nào ở Hoa Kỳ.
Cùng lúc đó, công ty đóng thuyền J. Samuel White của Cowes trên đảo Wight của Anh đã thành lập một bộ phận máy bay mới và sản xuất một chiếc thuyền bay ở Vương quốc Anh. Điều này đã được trưng bày tại Triển lãm Hàng không Luân Đôn ở Olympia năm 1913. Cùng năm đó, sự hợp tác giữa xưởng đóng thuyền SE Saunders ở East Cowes và Công ty Hàng không Sopwith đã sản xuất ra “Bat Boat”, một chiếc máy bay có thân tàu nhiều lớp consuta có thể hoạt động từ đất liền hoặc trên mặt nước, ngày nay được gọi là máy bay lưỡng cư. “Bat Boat” đã hoàn thành nhiều lần đổ bộ trên biển và trên đất liền và đã được trao Giải thưởng Ca sĩ Mortimer. Đây là chiếc máy bay đầu tiên của Anh có khả năng thực hiện sáu chuyến bay khứ hồi trên năm dặm trong vòng năm giờ.
Tại Hoa Kỳ, ủy ban của Wanamaker được xây dựng dựa trên kinh nghiệm và sự phát triển trước đây của Glen Curtiss với Curtiss Model F cho Hải quân Hoa Kỳ, kết quả nhanh chóng là sự ra đời của America, được thiết kế dưới sự giám sát của Porte sau khi ông nghiên cứu và sắp xếp lại kế hoạch bay; Máy bay là một thiết kế hai tầng cánh thông thường với hai khoang, các cánh không so le có sải cánh không bằng nhau với hai động cơ đẩy thẳng hàng được gắn cạnh nhau phía trên thân máy bay trong khoảng trống giữa các mặt phẳng. Phao ở đầu cánh được gắn ngay bên dưới cánh dưới gần đầu của chúng. Thiết kế (sau này được phát triển thành Model H) giống với những chiếc thuyền bay trước đó của Curtiss nhưng được chế tạo lớn hơn đáng kể để có thể chở đủ nhiên liệu để đi được quãng đường 1.800 km. Ba thành viên phi hành đoàn được ở trong một cabin kín hoàn toàn.
Các cuộc thử nghiệm ở Mỹ bắt đầu vào ngày 23/6/1914 với Porte cũng là Phi công thử nghiệm trưởng; thử nghiệm sớm bộc lộ những thiếu sót nghiêm trọng trong thiết kế; nó không đủ năng lượng nên động cơ được thay thế bằng động cơ máy kéo mạnh hơn. Ngoài ra còn có xu hướng mũi máy bay cố gắng nhấn chìm khi công suất động cơ tăng lên khi di chuyển trên mặt nước. Hiện tượng này chưa từng gặp phải trước đây, vì các thiết kế trước đó của Curtiss không sử dụng động cơ mạnh mẽ như vậy cũng như không có tải trọng nhiên liệu/hàng hóa lớn nên tương đối nổi hơn. Để chống lại hiệu ứng này, Curtiss đã lắp các vây vào hai bên mũi tàu để tăng thêm lực nâng thủy động lực, nhưng ngay sau đó đã thay thế chúng bằng các tấm đỡ, một loại phao dưới nước được gắn thành cặp ở hai bên thân tàu. Những nhà tài trợ này (hoặc các thiết bị kỹ thuật tương đương của chúng) và thân tàu loe, có khía sẽ vẫn là một đặc điểm nổi bật của thiết kế thân tàu bay trong những thập kỷ tiếp theo. Khi vấn đề được giải quyết, việc chuẩn bị cho cuộc vượt biển lại được tiếp tục. Trong khi chiếc máy bay được cho là có khả năng xử lý “rất nhiều” khi cất cánh và yêu cầu khoảng cách cất cánh dài hơn dự kiến, thì trăng tròn vào ngày 5/8/1914 đã được chọn cho chuyến bay xuyên Đại Tây Dương; Porte sẽ lái máy bay Mỹ với George Hallett là phi công phụ và thợ cơ khí.
Thế chiến I
Kế hoạch của Curtiss và Porte bị gián đoạn do Thế chiến I bùng nổ. Porte lên đường đến Anh vào ngày 4/8/1914 và gia nhập Hải quân với tư cách là thành viên của Lực lượng Không quân Hải quân Hoàng gia. Được bổ nhiệm làm Tư lệnh Phi đội của Trạm Không quân Hải quân Hoàng gia Hendon, ông nhanh chóng thuyết phục Bộ Hải quân về tiềm năng của thuyền bay và được giao phụ trách trạm không quân hải quân tại Felixstowe vào năm 1915. Porte thuyết phục Bộ Hải quân trưng dụng (và sau đó là mua) nước Mỹ và một nghề thủ công chị em từ Curtiss. Tiếp theo đó là đơn đặt hàng thêm 12 máy bay tương tự, một chiếc Model H-2 và chiếc còn lại là Model H-4. Bốn mẫu sau được lắp ráp ở Anh bởi Saunders. Tất cả những thứ này đều tương tự như thiết kế của Mỹ và trên thực tế, tất cả đều được coi là của Mỹ trong biên chế của Hải quân Hoàng gia. Tuy nhiên, động cơ đã được thay đổi từ động cơ Curtiss 160 mã lực kém sang động cơ Rolls-Royce Falcon 250 mã lực. Sau đợt đầu tiên là đơn đặt hàng thêm 50 chiếc nữa (tổng cộng 64 người Mỹ trong chiến tranh). Porte cũng được phép sửa đổi và thử nghiệm máy bay Curtiss.
Những chiếc Curtiss H-4 sớm bị phát hiện có một số vấn đề; chúng không đủ sức mạnh, thân tàu quá yếu để có thể hoạt động liên tục và chúng có đặc tính xử lý kém khi nổi hoặc cất cánh. Một phi công lái thuyền bay, Thiếu tá Theodore Douglas Hallam, đã viết rằng chúng là “những cỗ máy truyện tranh, nặng dưới hai tấn; với hai động cơ truyện tranh, khi hoạt động, công suất 180 mã lực; và bộ điều khiển truyện tranh, mũi nặng với động cơ ở trên và đuôi nặng trong nháy mắt.”
Tại Felixstowe, Porte đã đạt được những tiến bộ trong thiết kế thuyền bay và phát triển một thiết kế thân tàu thực tế với “tai thỏ Felixstowe” đặc biệt. Thiết kế đầu tiên của Porte được thực hiện ở Felixstowe là Felixstowe Porte Baby, một chiếc thuyền bay hai tầng cánh lớn, ba động cơ, được cung cấp bởi một bộ đẩy trung tâm và hai động cơ máy kéo Rolls-Royce Eagle phía ngoài.
Porte đã sửa đổi một chiếc H-4 với thân tàu mới có chất lượng thủy động lực được cải thiện giúp cho việc di chuyển, cất cánh và hạ cánh trở nên thiết thực hơn nhiều và gọi nó là Felixstowe F.1.
Sự đổi mới của Porte về “tai thỏ Felixstowe” đã cho phép chiếc máy bay vượt qua lực hút từ mặt nước nhanh hơn và thoát ra để bay dễ dàng hơn nhiều. Điều này làm cho việc vận hành tàu an toàn hơn và đáng tin cậy hơn nhiều. Bước đột phá “rãnh” sẽ ngay sau đó phát triển thành một “bậc thang”, với phần sau của thân dưới lõm hẳn lên trên phần thân dưới phía trước, và đặc điểm đó đã trở thành đặc điểm của cả thân thuyền bay và phao thủy phi cơ. Chiếc máy bay được tạo ra sẽ đủ lớn để mang đủ nhiên liệu để bay quãng đường dài và có thể đậu cạnh tàu để lấy thêm nhiên liệu.
Porte sau đó đã thiết kế một thân tàu tương tự cho chiếc thuyền bay Curtiss H-12 lớn hơn, tuy lớn hơn và có khả năng hoạt động tốt hơn những chiếc H-4 nhưng lại có nhược điểm là thân tàu yếu và khả năng xử lý nước kém. Sự kết hợp giữa thân tàu mới do Porte thiết kế, lần này được lắp hai bậc, với cánh của H-12 và đuôi mới, được trang bị hai động cơ Rolls-Royce Eagle, được đặt tên là Felixstowe F.2 và bay lần đầu tiên vào tháng 7/1916, tỏ ra vượt trội hơn rất nhiều so với chiếc Curtiss mà nó đặt căn cứ. Nó được sử dụng làm cơ sở cho tất cả các thiết kế trong tương lai. Nó được đưa vào sản xuất với tên gọi Felixstowe F.2A, được sử dụng làm máy bay tuần tra, với khoảng 100 chiếc được hoàn thiện vào cuối Thế chiến I. 70 chiếc khác được chế tạo, tiếp theo là hai chiếc F.2c, được chế tạo tại Felixstowe..
Vào tháng 2/1917, nguyên mẫu đầu tiên của Felixstowe F.3 đã được bay thử. Nó lớn hơn và nặng hơn F.2, mang lại tầm bắn xa hơn và tải trọng bom nặng hơn nhưng độ linh hoạt kém hơn. Khoảng 100 chiếc Felixstowe F.3 đã được sản xuất trước khi chiến tranh kết thúc.
Felixstowe F.5 được thiết kế để kết hợp những ưu điểm của F.2 và F.3, với nguyên mẫu bay lần đầu tiên vào tháng 5/1918. Nguyên mẫu này cho thấy những đặc tính vượt trội so với những phiên bản trước nhưng để dễ dàng sản xuất, phiên bản sản xuất đã được sửa đổi để tận dụng rộng rãi các thành phần từ F.3, dẫn đến hiệu suất thấp hơn F.2A hoặc F.5.
Thiết kế cuối cùng của Porte tại Trạm thí nghiệm thủy phi cơ là chiếc máy bay ba cánh Felixstowe Fury năm động cơ dài 37,5 m (còn được gọi là “Porte Super-Baby” hay “PSB”).
Các thuyền bay F.2, F.3 và F.5 được Hải quân Hoàng gia Anh sử dụng rộng rãi để tuần tra ven biển và tìm kiếm tàu ngầm U-boat của Đức. Năm 1918, chúng được kéo bằng bật lửa về phía các cảng phía bắc nước Đức để mở rộng phạm vi hoạt động; vào ngày 4/6/1918, điều này dẫn đến việc ba chiếc F.2A tham gia một trận không chiến với mười thủy phi cơ Đức, bắn hạ hai chiếc đã được xác nhận và bốn chiếc có thể xảy ra mà không bị thiệt hại gì. Kết quả của hành động này là các thuyền bay của Anh đã được sơn màu chói để hỗ trợ nhận dạng trong chiến đấu.
Công ty Máy bay và Động cơ Curtiss đã độc lập phát triển thiết kế của mình thành Model F nhỏ, Model K lớn hơn (một số chiếc đã được bán cho Cơ quan Không quân Hải quân Nga) và Model C cho Hải quân Hoa Kỳ. Curtiss, trong số những người khác, cũng đã chế tạo chiếc Felixstowe F.5 với tên gọi Curtiss F5L, dựa trên thiết kế thân tàu Porte cuối cùng và được trang bị động cơ American Liberty.
Trong khi đó, những thiết kế thuyền bay tiên phong của François Denhaut đã được Công ty Hàng không Pháp-Anh phát triển thành một loạt các phương tiện thủ công thực tế. Nhỏ hơn Felixstowes, vài nghìn FBA đã phục vụ gần như toàn bộ lực lượng Đồng minh với vai trò tàu trinh sát, tuần tra Biển Bắc, Đại Tây Dương và Địa Trung Hải.
Ở Ý, một số thủy phi cơ đã được phát triển, bắt đầu với dòng L và tiến tới dòng M. Đặc biệt, Macchi M.5 cực kỳ cơ động và nhanh nhẹn, phù hợp với các máy bay trên bộ mà nó phải chiến đấu. Tổng cộng có 244 chiếc đã được chế tạo. Đến cuối Thế chiến I, máy bay được điều khiển bởi Hàng không Hải quân Ý, Hải quân Hoa Kỳ và các phi công của Thủy quân lục chiến Hoa Kỳ. Thiếu úy Charles Hammann đã giành được Huân chương Danh dự đầu tiên được trao cho một phi công hải quân Hoa Kỳ trong khẩu M.5
Công ty sản xuất máy bay Hansa-Brandenburg của Đức đã chế tạo thuyền bay bắt đầu với mẫu Hansa-Brandenburg GW vào năm 1916, và đạt được một mức độ thành công quân sự nào đó với máy bay chiến đấu thủy phi cơ hai chỗ ngồi Hansa-Brandenburg W.12 vào năm sau, là máy bay chính được điều khiển bởi phi công hàng hải chủ lực của Đế quốc Đức, Friedrich Christiansen. Công ty Lohner-Werke của Áo-Hung bắt đầu chế tạo thuyền bay, bắt đầu với Lohner E vào năm 1914 và sau đó (1915) được sao chép rộng rãi Lohner L.
Giữa hai cuộc Thế chiến
Vào tháng 9/1919, công ty Supermarine của Anh bắt đầu khai thác dịch vụ tàu bay đầu tiên trên thế giới, từ Woolston đến Le Havre ở Pháp, nhưng nó chỉ tồn tại trong thời gian ngắn.
Một chiếc Curtiss NC-4 đã trở thành chiếc máy bay đầu tiên bay qua Đại Tây Dương vào năm 1919, băng qua nhiều điểm dừng qua Azores. Trong số bốn người đã cố gắng, chỉ có một người hoàn thành chuyến bay.
Năm 1923, dịch vụ tàu bay thương mại thành công đầu tiên được giới thiệu với các chuyến bay đến và đi từ Quần đảo Channel. Sau khi ngành này thường xuyên kêu gọi trợ cấp, Chính phủ quyết định rằng việc quốc hữu hóa là cần thiết và ra lệnh cho 5 công ty hàng không sáp nhập để thành lập Imperial Airways of London (IAL) thuộc sở hữu nhà nước. IAL trở thành hãng hàng không mang cờ quốc tế của Anh, cung cấp các tuyến vận tải hành khách và thư tín bằng tàu bay giữa Anh với Nam Phi và Ấn Độ bằng cách sử dụng các máy bay như Short S.8 Calcutta.
Năm 1928, bốn chiếc thuyền bay Supermarine Southampton của chuyến bay Viễn Đông của RAF đã đến Melbourne, Australia. Chuyến bay được coi là bằng chứng cho thấy thuyền bay đã trở thành phương tiện vận chuyển đường dài đáng tin cậy.
Vào những năm 1930, thuyền bay đã giúp vận chuyển hàng không thường xuyên giữa Mỹ và châu Âu, mở ra các tuyến du lịch hàng không mới đến Nam Mỹ, Châu Phi và Châu Á. Foynes, Ireland và Botwood, Newfoundland và Labrador là nhà ga của nhiều chuyến bay xuyên Đại Tây Dương đầu tiên. Ở những nơi chưa có sân bay cho máy bay trên đất liền, thuyền bay có thể dừng ở các trạm sông, hồ hoặc ven biển để tiếp nhiên liệu, tiếp tế. Những chiếc thuyền bay Pan Am Boeing 314 “Clipper” đã mang đến những điểm đến mới lạ như Viễn Đông trong tầm tay và đại diện cho sự lãng mạn của chuyến bay.
Đến năm 1931, thư từ Úc đến Anh trong 16 ngày, tức chưa bằng một nửa thời gian bằng đường biển. Trong năm đó, các cuộc đấu thầu của chính phủ ở cả hai bên trên thế giới đã mời các đơn đăng ký triển khai các dịch vụ hành khách và thư tín mới giữa các đầu của Đế chế, và Qantas và IAL đã thành công với một cuộc đấu thầu chung. Sau đó, một công ty thuộc quyền sở hữu chung được thành lập, Qantas Empire Airways. Tuyến mới kéo dài 10 ngày giữa Rose Bay, New South Wales, (gần Sydney) và Southampton thành công đến mức khối lượng thư sớm vượt quá dung lượng lưu trữ của máy bay.
Chính phủ Anh đã tìm ra một giải pháp, họ đã yêu cầu Short Brothers thiết kế một chiếc máy bay đơn tầm xa lớn cho IAL vào năm 1933. Đối tác Qantas đã mua sáu chiếc thuyền bay Short Empire.
Việc gửi thư càng nhanh càng tốt tạo ra rất nhiều sự cạnh tranh và một số thiết kế sáng tạo. Một biến thể của thuyền bay Short Empire là Maia và Mercury có hình dáng kỳ lạ. Đó là một chiếc thủy phi cơ bốn động cơ “Mercury” (sứ giả có cánh) được gắn trên đỉnh “Maia”, một chiếc thuyền bay Short Empire đã được sửa đổi rất nhiều. Maia lớn hơn cất cánh, mang theo chiếc Mercury nhỏ hơn với trọng lượng lớn hơn mức nó có thể cất cánh. Điều này cho phép Mercury mang đủ nhiên liệu cho chuyến bay thẳng xuyên Đại Tây Dương bằng thư. Thật không may, điều này quá phức tạp và Mercury phải được đưa về từ Mỹ bằng tàu thủy. Mercury đã lập một số kỷ lục về khoảng cách trước khi việc tiếp nhiên liệu trên chuyến bay được áp dụng.
Ngài Alan Cobham đã nghĩ ra phương pháp tiếp nhiên liệu trên chuyến bay vào những năm 1930. Trên không, Short Empire có thể chứa nhiều nhiên liệu hơn mức có thể cất cánh. Các thuyền bay của Short Empire phục vụ chuyến vượt Đại Tây Dương đã được tiếp nhiên liệu trên Foynes; với lượng nhiên liệu bổ sung, họ có thể thực hiện chuyến bay thẳng xuyên Đại Tây Dương. Một chiếc Handley Page HP54 Harrow được sử dụng làm thùng chở nhiên liệu.
Thủy phi cơ Dornier Do X của Đức có sự khác biệt rõ rệt so với các loại thủy phi cơ do Anh và Mỹ chế tạo. Nó có những phần nhô ra giống như cánh từ thân máy bay, được gọi là vật bảo trợ, để ổn định nó trên mặt nước mà không cần phao gắn ngoài cánh. Tính năng này được Claudius Dornier tiên phong trong Thế chiến I trên chiếc Dornier Rs của ông. Chiếc thuyền bay khổng lồ của tôi được hoàn thiện trên chiếc Dornier Wal vào năm 1924. Chiếc Do X khổng lồ được trang bị 12 động cơ và chở được 170 người. Nó bay qua Đại Tây Dương đến châu Mỹ vào năm 1929. Đây là chiếc thuyền bay lớn nhất vào thời đó, nhưng bị thiếu năng lượng nghiêm trọng và bị hạn chế bởi trần hoạt động rất thấp. Chỉ có ba chiếc được chế tạo, với nhiều loại động cơ khác nhau được lắp đặt, nhằm khắc phục tình trạng thiếu điện. Hai trong số này đã được bán cho Ý.
Thế chiến II
Giá trị quân sự của thuyền bay đã được công nhận rộng rãi và mọi quốc gia giáp biển đều vận hành chúng với tư cách quân sự khi chiến tranh bùng nổ. Chúng được sử dụng trong nhiều nhiệm vụ khác nhau, từ tuần tra chống tàu ngầm đến cứu hộ trên không và phát hiện hỏa lực cho thiết giáp hạm. Các máy bay như máy bay ném bom tuần tra PBM Mariner, PBY Catalina, Short Sunderland và Grumman Goose đã trục vớt các phi công bị bắn rơi và hoạt động như máy bay trinh sát trên khoảng cách rộng lớn từ Nhà hát Thái Bình Dương và Đại Tây Dương. Họ cũng đánh chìm nhiều tàu ngầm và tìm thấy tàu địch. Vào tháng 5/1941, thiết giáp hạm Bismarck của Đức được một chiếc PBY Catalina phát hiện khi bay ra khỏi căn cứ thuyền bay Castle Archdale, Lower Lough Erne, Bắc Ireland.
Chiếc thuyền bay lớn nhất trong chiến tranh là Blohm & Voss BV 238, đây cũng là chiếc máy bay nặng nhất bay trong Thế chiến II và là chiếc máy bay lớn nhất được chế tạo và vận hành bởi bất kỳ Quyền lực Trục nào.
Vào tháng 11/1939, IAL được tái cơ cấu thành ba công ty riêng biệt: British European Airways, British Oversea Airways Corporation (BOAC) và British South American Airways (sáp nhập với BOAC vào năm 1949), với sự thay đổi chính thức được công bố vào ngày 1/4/1940. BOAC tiếp tục khai thác các dịch vụ thuyền bay từ khu vực (có phần) an toàn hơn của Cảng Poole trong thời chiến, quay trở lại Southampton vào năm 1947. Khi Ý tham chiến vào tháng 6/1940, Địa Trung Hải đã bị đóng cửa đối với máy bay Đồng minh và BOAC và Qantas vận hành Tuyến đường Móng ngựa giữa Durban và Sydney bằng thuyền bay Short Empire.
Công ty Martin đã sản xuất nguyên mẫu XPB2M Mars dựa trên máy bay ném bom tuần tra PBM Mariner của họ, với các chuyến bay thử nghiệm từ năm 1941 đến năm 1943. Mars được Hải quân chuyển đổi thành máy bay vận tải có tên là XPB2M-1R. Hài lòng với hiệu suất, 20 chiếc JRM-1 Mars sửa đổi đã được đặt hàng. Chiếc đầu tiên, có tên Hawaii Mars, được giao vào tháng 6/1945, nhưng Hải quân đã giảm đơn đặt hàng vào cuối Thế chiến II, chỉ mua 5 chiếc đang được đưa vào dây chuyền sản xuất. Năm chiếc Mars đã được hoàn thành và chiếc cuối cùng được giao vào năm 1947.
Sau chiến tranh
Sau Thế chiến II, việc sử dụng thuyền bay nhanh chóng giảm sút vì nhiều lý do. Khả năng hạ cánh trên mặt nước trở nên ít lợi thế hơn do sự gia tăng đáng kể về số lượng và chiều dài đường băng trên đất liền trong Thế chiến II. Hơn nữa, khi tốc độ và tầm hoạt động của máy bay trên đất liền tăng lên, khả năng cạnh tranh thương mại của thuyền bay giảm dần; thiết kế của chúng đã làm ảnh hưởng đến hiệu quả khí động học và tốc độ để đạt được kỳ tích cất cánh và hạ cánh trên mặt nước. Việc cạnh tranh với các máy bay phản lực dân sự mới như De Havilland Comet và Boeing 707 tỏ ra là không thể.
Chiếc Hughes H-4 Hercules, được phát triển ở Hoa Kỳ trong chiến tranh, thậm chí còn lớn hơn chiếc BV 238, nhưng nó không bay cho đến tận năm 1947. “Spruce Goose”, biệt danh của chiếc H-4 nặng 180 tấn, được đặt tên là chiếc thuyền bay lớn nhất từng bay. Được thực hiện trong các phiên điều trần tại Thượng viện về việc Hughes sử dụng quỹ chính phủ để xây dựng nó, bước nhảy ngắn khoảng 1,6 km ở độ cao 21 m trên mặt nước của “Flying Lumberyard” đã được Hughes tuyên bố là minh chứng cho hành động nỗ lực của ông. Việc cắt giảm chi tiêu sau chiến tranh và sự biến mất của sứ mệnh dự định là vận chuyển xuyên Đại Tây Dương khiến nó không còn mục đích.
Năm 1944, Lực lượng Không quân Hoàng gia bắt đầu phát triển một loại thủy phi cơ nhỏ chạy bằng động cơ phản lực mà họ dự định sử dụng làm máy bay phòng không được tối ưu hóa cho Thái Bình Dương, nơi điều kiện biển tương đối yên tĩnh xung quanh nhiều quần đảo khiến việc sử dụng thủy phi cơ trở nên dễ dàng hơn. Bằng cách chế tạo máy bay chạy bằng phản lực, người ta có thể thiết kế nó bằng thân tàu thay vì biến nó thành thủy phi cơ. Nguyên mẫu Saunders-Roe SR.A/1 bay lần đầu tiên vào năm 1947 và tương đối thành công về hiệu suất cũng như khả năng xử lý. Tuy nhiên, vào cuối chiến tranh, máy bay hoạt động trên tàu sân bay ngày càng trở nên phức tạp hơn và nhu cầu về SR.A/1 không còn nữa.
Trong cuộc Không vận Berlin (kéo dài từ tháng 6/1948 đến tháng 8/1949), 10 chiếc Sunderlands và 2 chiếc Hythes được sử dụng để vận chuyển hàng hóa từ Finkenwerder trên sông Elbe gần Hamburg đến Berlin bị cô lập, hạ cánh xuống Havelsee bên cạnh RAF Gatow cho đến khi nó đóng băng. Sunderlands đặc biệt được sử dụng để vận chuyển muối vì khung máy bay của chúng đã được bảo vệ chống ăn mòn từ nước biển. Vận chuyển muối bằng máy bay tiêu chuẩn có nguy cơ bị ăn mòn cấu trúc nhanh chóng và nghiêm trọng trong trường hợp bị đổ ra ngoài. Ngoài ra, ba chiếc thuyền bay Aquila đã được sử dụng trong cuộc không vận. Đây là hoạt động sử dụng thuyền bay duy nhất được biết đến ở Trung Âu.
Hải quân Hoa Kỳ tiếp tục vận hành các tàu bay (đặc biệt là Martin P5M Marlin) cho đến đầu những năm 1970. Hải quân thậm chí còn chế tạo máy bay ném bom thủy phi cơ chạy bằng phản lực, Martin Seamaster.
BOAC ngừng dịch vụ tàu bay ở Southampton vào tháng 11/1950.
Đi ngược lại xu hướng này, vào năm 1948, Aquila Airways được thành lập để phục vụ những điểm đến mà máy bay trên đất liền vẫn chưa thể tiếp cận được. Công ty này vận hành các thuyền bay Short S.25 và Short S.45 từ Southampton trên các tuyến đến Madeira, Las Palmas, Lisbon, Jersey, Majorca, Marseille, Capri, Genoa, Montreux và Santa Margherita. Từ năm 1950 đến năm 1957, Aquila cũng khai thác một tuyến từ Southampton đến Edinburgh và Glasgow. Các thuyền bay của Aquila Airways cũng được thuê cho các chuyến đi một lần, thường là để triển khai quân đội ở những nơi không có dịch vụ theo lịch trình hoặc ở những nơi có những cân nhắc về chính trị. Chuyến bay thuê dài nhất vào năm 1952 là từ Southampton đến Quần đảo Falkland. Năm 1953, những chiếc thuyền bay được thuê cho các chuyến triển khai quân đến Freetown và Lagos, đồng thời có một chuyến đi đặc biệt từ Hull đến Helsinki để di dời thủy thủ đoàn. Hãng hàng không ngừng hoạt động vào ngày 30/9/1958.
Chiếc Saunders-Roe Princess có kỹ thuật tiên tiến bay lần đầu tiên vào năm 1952 và sau đó nhận được chứng chỉ đủ điều kiện bay. Mặc dù là đỉnh cao của việc phát triển thuyền bay nhưng không có chiếc nào được bán, mặc dù Aquila Airways được cho là đã cố gắng mua chúng. Trong số ba chiếc Princess được chế tạo, có hai chiếc chưa bao giờ bay và tất cả đều bị loại bỏ vào năm 1967. Vào cuối những năm 1940, Saunders-Roe cũng sản xuất máy bay chiến đấu thuyền bay SR.A/1 trang bị động cơ phản lực, loại máy bay này không tiến bộ hơn ngoài nguyên mẫu bay.
Ansett Australia khai thác dịch vụ thuyền bay từ Vịnh Rose đến Đảo Lord Howe cho đến năm 1974, sử dụng Short Sandringhams.
Vào ngày 18/12/1990, Phi công Tom Casey đã hoàn thành chuyến bay vòng quanh thế giới đầu tiên trên một chiếc thủy phi cơ chỉ hạ cánh trên mặt nước bằng chiếc Cessna 206 có tên Liberty II.
Công dụng và vận hành
Nhiều máy bay dân sự hiện đại có một biến thể thủy phi cơ, thường là phương tiện vận tải tiện ích đến các hồ và các vùng sâu vùng xa khác. Hầu hết trong số này được cung cấp dưới dạng sửa đổi của bên thứ ba theo chứng chỉ loại bổ sung (STC), mặc dù có một số nhà sản xuất máy bay chế tạo thủy phi cơ từ đầu và một số ít tiếp tục chế tạo thuyền bay. Một số thuyền bay cũ hơn vẫn được phục vụ cho nhiệm vụ chữa cháy, cũng như chiếc Canadair CL-415 vẫn được sản xuất đến năm 2022 và Chalk’s Ocean Airways đã vận hành một đội Grumman Mallards phục vụ hành khách cho đến khi dịch vụ bị đình chỉ sau một vụ tai nạn vào ngày 19/12/2005, liên quan đến việc bảo trì chứ không liên quan đến thiết kế máy bay. Thủy phi cơ hoạt động trên mặt nước phần lớn đã được thay thế bằng máy bay đổ bộ. Thủy phi cơ chỉ có thể cất cánh và hạ cánh trên mặt nước với rất ít hoặc không có sóng và giống như các máy bay khác, chúng gặp sự cố khi thời tiết khắc nghiệt. Kích thước của sóng mà một thiết kế nhất định có thể chịu được phụ thuộc vào, trong số các yếu tố khác, kích thước, thiết kế thân hoặc phao của máy bay và trọng lượng của nó, tất cả tạo nên một chiếc máy bay không ổn định hơn nhiều, hạn chế số ngày hoạt động thực tế. Thuyền bay thường có thể xử lý vùng nước gồ ghề hơn và nhìn chung ổn định hơn so với thủy phi cơ khi ở trên mặt nước.
Thủy phi cơ cũng được sử dụng ở những vùng xa xôi như vùng hoang dã Alaska và Canada, đặc biệt ở những khu vực có nhiều hồ thuận tiện cho việc cất cánh và hạ cánh. Họ có thể hoạt động trên cơ sở thuê tàu, cung cấp dịch vụ theo lịch trình hoặc do cư dân trong khu vực vận hành cho mục đích sử dụng cá nhân. Có những nhà khai thác thủy phi cơ cung cấp dịch vụ giữa các đảo như ở Biển Caribe hoặc Maldives./.
Xem thêm: THỦY PHI CƠ ĐỆM KHÍ (Hovercraft)
