Thử nghiệm 2 công nghệ tiết kiệm nhiên liệu mới trên máy bay Boeing

Công nghệ đầu tiên có tên Active Flow Control Enhanced Vertical Tail Flight Experiment (tạm dịch: công nghệ tăng cường kiểm soát dòng khí chủ động trên cánh đuôi đứng) và tiếp theo là một lớp phủ chống côn trùng trên bờ tiến của cánh chính.

Đường đứt quãng màu đỏ là vị trí các họng điều tiết kiểm soát dòng khí chủ động.

Về công nghệ kiểm soát dòng khí chủ động, NASA đã tích hợp 31 họng thoát rất nhỏ được gọi là thiết bị điều tiết dòng khí. Những thiết bị này có thể vận động dòng khí thổi qua bề mặt cánh đuôi đứng và cánh lái của chiếc ecoDemonstrator 757. Cánh đuôi đứng của máy bay đảm bảo độ ổn định và kiểm soát định hướng trong quá trình cất/hạ cánh, đặc biệt là trong trường hợp hỏng động cơ. Tuy nhiên, khi máy bay đã đạt được độ cao hành trình, thiết kế cánh đuôi to lớn và nặng nề không thật sự cần thiết.

Các kỹ sư hàng không cho rằng họ có thể giảm thiểu kích thước của cánh đuôi đứng bằng cách sử dụng các họng thoát phản lực nhằm tạo ra lực bên (side force) tương tự như thiết kế cánh đuôi truyền thống trong quá trình cất/hạ cánh. Qua đó giảm trọng lượng và lực cản, giúp tiết kiệm nhiên liệu.

Các khí cụ trên ecoDemonstrator 757 sẽ đo đạt hiệu năng của hệ thống tăng cường kiểm soát dòng khí chủ động trên cánh đuôi đứng trong 5 chuyến bay thử nghiệm trên bầu trời Seattle, Washington. Trong suốt quá trình thử nghiệm, máy bay sẽ bay theo nhiều hình thái khác nhau để đánh giá sự gia tăng về lực bên trên cánh đuôi đứng và cánh lái gây ra bởi các họng thoát. Các hình thái bay sẽ bao gồm mô phỏng tình huống hỏng động cơ, những thay đổi về tỉ lệ dòng khí và điều chỉnh dòng khí.

Mô hình cánh đuôi đứng tỉ lệ thật được thí nghiệm trong hầm gió.

Một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ NASA, Boeing, đại học Arizona và Caltech đã thử nghiệm một thiết kế cánh đuôi cải tiến với tỉ lệ thật của chiếc 757 trong hầm gió của trung tâm nghiên cứu NASA Ames tại Moffett Field, California và kết quả cho thấy các họng kiểm soát dòng khí chủ động có thể tăng lực bên lên từ 20 đến 30%. Các nhà nghiên cứu hy vọng các chuyến bay thử nghiệm sẽ xác nhận các kết quả này. 20% lực bên tăng cường có thể giúp các nhà thiết kế máy bay thu nhỏ tỉ lệ của cánh đuôi đứng đến 17% và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tối đa khoảng 1,5%.

Trong vài tuần tới, NASA sẽ tiếp tục thực hiện những chuyến bay thử nghiệm mới trên bầu trời Shreveport, Lousiana để đánh giá 5 loại lớp phủ khác nhau và chức năng của các lớp phủ này là … chống côn trùng. Theo nghiên cứu, việc giữ cho dòng khí di chuyển mượt mà trên bề mặt cánh có thể giảm đến 6% nhiên liệu tiêu thụ. Trong khi bay, xác những con bọ còn dính lại trên bờ tiến (leading edge) của cánh có thể tạo nên những điểm nhiễu loạn, gây ngắt quãng dòng khí, làm tăng lực cản khiến máy bay hao nhiên liệu hơn.

Các kỹ sư tại trung tâm nghiên cứu Langley của NASA tại Hampton, Virginia đã phát triển và thử nghiệm nhiều loại lớp phủ chống bám dính khác nhau. Họ đã chọn ra những lớp phủ tốt nhất để gắn lên cánh phải của chiếc máy bay ecoDemonstrator 757. Trong khi đó, NASA, Boeing, Cục vận tải Hoa kỳ và đại học California tại Davis đang xem xét các khu vực có tỉ lệ côn trùng nhiều nhất để thử nghiệm bề mặt có lớp phủ mới.

Các nhà nghiên cứu tại Langley đang thử nghiệm lớp phủ chống dính.

Trong 15 chuyến bay thử nghiệm theo kế hoạch, các nhà nghiên cứu sẽ lắp đặt các lớp phủ trên các cánh cản (phanh khí động) của ecoDemonstrator 757. Đầu tiên, họ sẽ thiết lập một khu vực bề mặt không có lớp phủ để thu hút côn trùng cư trú. Sau đó, họ sẽ loại bỏ các bề mặt này và thay thế bằng bề mặt đã được xử lý với 5 lớp phủ chống dính. Ngoài tính năng chống côn trùng, các tấm phủ cũng cần được kiểm tra về độ bền. Những bề mặt được xử lý chỉ phát huy hiệu quả giảm lực cản nếu chúng chịu được môi trường bay khắc nghiệt. Mặc dù nhiên liệu tiêu hao giảm đi chỉ từ 1 đến 2% nhưng tỉ lệ này có thể tiết kiệm hàng triệu đô la cho các hãng hàng không và giúp bảo vệ môi trường trước các khí thải độc hại.

Cả 2 công nghệ trên là một phần trong số 8 công nghệ chính được phát triển theo dự án trách nhiệm môi trường của ngành hàng không (ERA) do Bộ phận nghiên cứu chỉ đạo nhiệm vụ hàng không (ARMD) thuộc NASA phát động. Các công nghệ sẽ tập trung giảm lực cản thông qua các ý tưởng kiểm soát dòng khí, giảm trọng lượng từ các vật liệu composite cải tiến, giảm tiêu thụ nhiên liệu và tiếng ồn từ các thiết kế động cơ mới, giảm khí thải từ buồng đốt động cơ … Mục tiêu sau cùng của dự án là mở ra những ý tưởng thiết kế và công nghệ máy bay mới để giảm thiểu tác động của hàng không đối với môi trường trong vòng 30 năm tới.

Đức Anh (Theo NASA, tinhte)