Cánh máy bay như cánh chim có thể thay đổi hoàn toàn thiết kế máy bay

Kiều Thành

Theo truyền thống, cánh máy bay thể hiện sự mạnh mẽ, dày và cứng cáp, nhưng một nhóm các nhà nghiên cứu do NASA dẫn đầu đã tạo ra một cánh máy bay biến hình linh hoạt khi bay.

Nick Cramer, một trong những tác giả của chương trình và là kỹ sư nghiên cứu của NASA, cho biết, với kích thước 14 feet hoặc rộng bốn mét, cánh mới được chế tạo từ hàng ngàn đơn vị khớp với nhau và hoạt động theo cách tương tự như cánh chim.

“Một thứ giống như dây dẫn sẽ khóa các khớp của cánh khi bay, và sau đó hệ thống này tự điều chỉnh cánh thành một hình dạng tối ưu hơn cho hành trình bay,  khi máy bay muốn thực hiện một thao tác mạnh mẽ hơn, hệ thống sẽ tự động mở rộng khớp nối. Đó là một phản ứng tương tự với những gì chúng ta đang làm ở đây, ” Nick Cramer nói trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại.

Nhưng đó không chỉ là cách các chức năng cánh mới tạo ra sự khác biệt, theo các nhà nghiên cứu đồng tác giả một bài báo được xuất bản trong tuần này trên tạp chí Vật liệu và cấu trúc thông minh.

Với mục đích thử nghiệm, cánh ban đầu này được lắp ráp bằng tay, nhưng các phiên bản trong tương lai có thể được chế tạo bởi các robot thu nhỏ. Ảnh Kenny Cheung, Trung tâm nghiên cứu của NASA Ames

Nhóm nghiên cứu, bao gồm các chuyên gia từ NASA và Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết thiết kế của họ có thể đem lại hiệu quả đáng kể trong việc sản xuất và bảo dưỡng máy bay trong tương lai.

Kenneth Cheung, một nhà khoa học nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA, đưa ra ví dụ về chiếc Boeing 787 Dreamliner, được chế tạo từ các bộ phận quá lớn, yêu cầu phải có khuôn đúc ngoại cỡ, và sau đó phải vận chuyển trên các thiết bị  thậm chí còn lớn hơn đến điểm lắp ráp.

Điều tương tự cũng áp dụng với Airbus A380. “Quy mô chi phí và số lượng cơ sở hạ tầng mà doanh nghiệp cần đầu tư để thực hiện các thiết kế mới này là phi thường”, Cheung nói trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại.

“Vì vậy, những gì chúng tôi đang làm với các dự án này đang cố gắng giảm thiếu tất cả những điều đó, để bạn có thể có cùng loại hiệu suất về vật liệu nhưng có thể sản xuất máy bay mà không cần thiết lập tất cả các cơ sở hạ tầng phức tạp như trước.”

Việc lắp ráp cánh như ta thấy, được kết nối từ hàng trăm tiểu đơn vị giống hệt nhau. Ảnh đã được sự cho phép của NASA

Đôi cánh mới được tạo ra bằng cách bơm nhựa polyetylen vào khuôn 3 chiều để tạo ra từng bộ phận, chúng được nối lại với nhau trong một quy trình mà cuối cùng có thể được thực hiện bởi một nhóm robot lắp ráp.

“Theo truyền thống, bạn phải có một nhà máy lớn hơn sản phẩm bạn đang làm, ở đây cách các chi tiết kết hợp với nhau cho phép bạn dự đoán chính xác hình dạng của một thứ gì đó sẽ được hình thành dựa trên số lượng thành phần bạn sẽ kết hợp , “Cheung nói.

Cấu trúc modul siêu nhẹ cũng có thể dễ dàng đóng gói cho phép vận chuyển linh hoạt, điều này cũng khiến nó có khả năng sẽ là gói hàng lý tưởng cho mục đích khác như gửi vào không gian. ”

Tất cả những điều này rất hữu ích đối với việc phóng lên quỹ đạo và lắp ráp thành một cấu trúc không gian rất lớn nếu muốn,” Cramer nói. “Vì vậy, đó là một ứng dụng rất hấp dẫn mà chúng tôi đang tích cực nghiên cứu – dùng robot lắp ráp các cấu trúc giống như mạng tinh thể này trong không gian.”

Hệ thống này cũng được thiết kế để có thể lập trình, do đó hình dạng cánh sẽ tự động biến đổi theo sự thay đổi của điều kiện tải khí động học, trong các giai đoạn khác nhau của chuyến bay. Ảnh: Eli Gershenfeld, Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA

Tuy nhiên khái niệm máy bay rẻ hơn, linh hoạt hơn có thể hấp dẫn ngành hàng không thương mại, có những trở ngại lớn cần khắc phục trước khi công nghệ này được nhìn thấy ở bất cứ đâu quanh sân bay.

Một vấn đề quan trọng là tích hợp vật liệu vào các hệ thống hiện tại, có thể sẽ đòi hỏi một sự thay đổi hoàn toàn của phương pháp truyền thống để thiết kế các cơ sở hạ tầng. Và điều đó đòi hỏi thời gian, nghiên cứu và, tất nhiên là tiền bạc.

“Nếu bạn muốn biện minh cho sự thay đổi quá trình sản xuất truyền thống của ngành hàng không vũ trụ, bạn phải có một lý do thực sự tốt,” Cramer nói. “Vì vậy, hiệu suất của bạn phải đủ đáng kể để chứng minh điều đó. Không phải là liệu nó có khả thi hay không mà là liệu nó có thể bán được trên thị trường hay không.”

Nếu công nghệ cuối cùng sẽ ứng dụng vào máy bay thương mại, nó có tiềm năng không chỉ thay đổi việc sản xuất mà còn bảo trì các máy bay, Cheung nói.

“Càng nhiều modul càng có thể tạo ra một hệ thống, về mặt sản xuất, khả năng đạt được mục tiêu có thể thay đổi các bộ phận ngay cả trong lúc máy bay đang hoạt động, thậm chí có thể thay thế mọi bộ phận trên máy bay. Đây là điều đã được thực hiện với tàu thuyền, “ông nói.

“Điều quan trọng cho dự án này, chúng tôi đã chỉ ra rằng modul hóa ngay bây giờ là cách tốt nhất để đạt được hiệu suất trong các vật liệu này.”