Thế hệ máy bay mới có cánh cấu tạo như cánh chim gồm nhiều đơn vị (tế bào) biệt lập gắn kết lại với nhau như lông chim trong cánh chim là nhằm tạo cho nó khả năng tự thay đổi được hình dạng (thay đổi khí động học) để có thể chuyển hướng bay trong quá trình bay, nhưng vẫn cất cánh như máy bay thông thường. Sáng kiến này được xem là sẽ làm nên “cuộc cách mạng” trong kỹ nghệ hàng không dân dụng thế giới.
Cánh bay của tương lai
Những thiết kế cánh máy bay truyền thống luôn bảo đảm vừa mạnh, dày, vừa vững chắc thường có hình dáng dài và gồm vài mảng lớn kết nối lại với nhau. Lúc cần thay phần hư hỏng phải thay cả một mảng lớn hoặc thay nguyên cánh. Nhưng mới đây một dự án nghiên cứu do NASA đứng đầu hứa hẹn cho ra một mẫu cánh máy bay linh hoạt để nó vừa có thể bay lượn như chim ưng trên trời nhờ thay đổi nhanh hình dạng, vừa có thể bảo trì và thay thế từng đơn vị nhỏ hư hỏng trong hàng trăm, hàng ngàn đơn vị ghép lại, tuỳ kích cỡ máy bay.
“Có bề rộng 14 feet (khoảng 4 mét), mẫu cánh thử nghiệm được lắp ráp từ nhiều đơn vị (tế bào) gắn khớp vào nhau như xếp hình logo; dễ thay hình đổi dạng (tức thay đổi khí động học) để có thể lượn, lao lên và chúc xuống nhanh như chim” – tiến sĩ Nick Cramer, một kỹ sư nghiên cứu của NASA thuộc nhóm sáng tạo mẫu cánh bay mới đang trong quá trình thử nghiệm, nói. “Ta hãy tưởng tượng một con chim ưng bay lượn trên bầu trời với khả năng thay đổi nhanh hình dạng cánh bằng cách tác động lên các khớp cánh mỗi khi nó cần chuyển hướng để bắt mồi. Khả năng này giúp nó đảo chiều rất nhanh.
Cánh máy bay mới cũng được thiết kế để làm được như thế” – Cramer trả lời câu hỏi của giới truyền thông. “Loại cánh máy bay mới không chỉ độc đáo về sự linh hoạt trong khi bay mà cách lắp ráp cũng khác với các thế hệ cánh máy bay trước đó” – các đồng tác giả của báo cáo về quá trình xây dựng mẫu cánh mới vừa công bố trên tập san Smart Materials and Structures, nhận định. Trong thời gian thử nghiệm, những đơn vị cánh được lắp ráp với nhau bằng tay, nhưng các phiên bản tương lai sẽ được lắp ráp bằng đội ngũ robot nhỏ chuyên dụng để đỡ mất thời gian hơn và độ chính xác cao hơn.
Triển vọng và thách thức
Các chuyên viên công nghệ hàng không của NASA và Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết thiết kế cánh bay mới sẽ tăng thêm hiệu năng của cả khu vực sản xuất lẫn bảo trì máy bay. Tiến sĩ Kenneth Cheung, nhà nghiên cứu khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu NASA Ames (Ames Research Center), lấy ví dụ về cánh của loại máy bay Boeing 787 Dreamliner được xây dựng từ các thành phần đúc bằng các khuôn đúc lớn và lò nung lớn rồi được máy bay lớn hơn chuyển đến nơi lắp ráp. Airbus A380 cũng làm tương tự.
Cách làm này đòi hỏi phải có nhà máy lắp ráp choán nhiều diện tích; chi phí sản xuất các thành phần của cánh và phí vận chuyển cũng cao. “Thiết kế cánh chim với các đơn vị lắp ráp nhỏ dễ đúc, dễ chuyên chở cũng là cách giải bài toán về chi phí và thu gọn cơ sở hạ tầng lắp ráp cánh máy bay” – Cheung nói. Dự án cánh máy bay tương lai của NASA xem việc giảm giá thành trong sản xuất cánh bay là một trong những trọng tâm.
Dù các đơn vị cánh chim cũng được chế tạo bằng các vật liệu siêu bền như cánh bay thông thường nhưng giá thành giảm nhờ tăng hàm lượng tự động hoá và giảm qui mô nhà máy chế tạo và lắp ráp các thành phần”. Các đơn vị cánh chim được làm từ khuân đúc 3D và vật liệu vẫn là polyetherimide gia cường trước khi gắn khớp chúng vào nhau bởi đội quân robot chuyên nghiệp với độ chính xác tuyệt đối. “Nhà máy đúc các đơn vị và lắp ráp cánh chim sẽ không còn lớn như trước. Độ rộng và hình dáng cánh máy bay tuỳ vào số đơn vị được robot lắp ráp và thiết kế.
Máy bay vận chuyển các thành phần của cánh đến nhà lắp ráp máy bay cũng không cần lớn như trước” – Cheung nói. “Thử nghiệm cho thấy các thành phần của trạm vũ trụ tương lai cũng có thể lắp ráp theo kiểu này, sau đó phóng vào quĩ đạo để xây dựng một trạm không gian lớn – Cramer bổ sung. Một nhà máy đầu tiên để lắp ráp tự động cánh bay mới đang được xây dựng tại Mỹ, nơi hàng trăm đơn vị giống nhau được vào khớp vững chắc để cho ra những cánh máy bay hiện đại như cánh chim.
Vẫn còn nhiều việc phải làm
Yêu cầu về những loại máy bay rẻ hơn, linh hoạt hơn và an toàn hơn đang là đòi hỏi của các hãng hàng không dân dụng. Nhiều tiến bộ đã đạt được như vẫn còn một số trở ngại phải vượt qua trước khi yêu cầu này được đáp ứng. Sức hấp dẫn của cánh bay mới là nó được lập trình trước để thay đổi hình dạng thông qua thay đổi khí động học trong quá trình bay.
Nếu công nghệ mới được đưa thành công vào máy bay thương mại, nó sẽ tạo ra cuộc cách mạng cả về sản xuất lần bảo trì máy bay nên sức khả năng thuyết phục là rất cao. Khi cánh bay được lắp ráp bằng hàng trăm hay hàng ngàn đơn vị, các cơ sở bảo trì sửa chữa máy bay chỉ cần thay thế từng đơn vị bị hỏng mà cánh vẫn được giữ nguyên thay vì vất bỏ toàn bộ như trước. Công việc sửa chữa và bảo dưỡng cũng sẽ dễ hơn rất nhiều.
Một vấn đề quan trọng nữa là làm sao “hội nhập” suôn sẻ cánh bay mới vào những chiếc máy bay truyền thống. Muốn vậy, máy bay truyền thống cũng cần nâng cấp để có thể chấp nhận loại cánh chim ở mức cao nhất. Dĩ nhiên, ngoài công sức nghiên cứu và thiết kế, câu hỏi chính vẫn là “tiền đâu?”.
- Xem thêm: Airbus tham dự Singapore Airshow 2020
“Nếu một công ty sản xuất máy bay muốn các nhà đầu tư đổ tiền vào dự án nâng cấp hệ thống chế tạo máy bay truyền thống với loại cánh bay mới, nó phải chứng tỏ việc đại tu này sẽ khả thi và sanh lợi, tức là bảo đảm giá trị cổ phiếu của công ty sẽ tăng – Cramer nói – Thử nghiệm thành công là chứng minh mạnh mẽ nhất để thuyết phục các nhà đầu tư. Dưới góc độ các nhà đầu tư, tính khả thi của dự án không quan trọng mà là những con số “sáng sủa” về lợi nhuận tương lai.
