Vì sao trực thăng chưa trở thành phi cơ dân dụng

Thứ Ba, 19 Tháng Hai 201911:00 CH(Xem: 722)
Vì sao trực thăng chưa trở thành phi cơ dân dụng
bbc.com

Vì sao trực thăng chưa trở thành phi cơ dân dụng

Stephen Dowling BBC Future

Les Chatfield / Wikipedia CC 2.0 Bản quyền hình ảnh Les Chatfield / Wikipedia CC 2.0

Sân bay là công trình xây dựng rất đắt đỏ. Chúng cần diện tích cực lớn, đủ chỗ cho tất cả các đường băng và nhà chứa máy bay, nhà ga và nhà kho hành lý, chỗ đậu xe và các dịch vụ khác cần thiết để phục vụ hành khách đi máy bay.

Chúng cũng tạo ra một lượng lớn tiếng ồn - điều này thậm chí còn là một vấn đề nhức nhối hơn trong giai đoạn bùng nổ hàng không dân dụng trong những năm 1950 và 60, khi mà đi lại bằng máy bay đột nhiên trở nên trong tầm tay của người bình thường.


Các hãng sản xuất máy bay đáp ứng nhu cầu này với các máy bay có thể đưa khách đến những miền đất xa xôi một cách an toàn và thoải mái nhưng người ta lại không tính đến làm nó bớt ồn.

SFF/Wikipedia CC BY-SA 2.5 Bản quyền hình ảnh SFF/Wikipedia CC BY-SA 2.5
Image caption Thiết kế sáng tạo của Rotodyne vẫn chưa đủ để giải quyết những vấn đề lớn, hóc búa

Vậy tại sao máy bay trực thăng - vốn yên ắng hơn nhiều thế hệ máy bay chở khách đời xưa nhất và có thể cất cánh và hạ cánh theo chiều thẳng đứng vốn chỉ cần một phần nhỏ diện tích cần thiết cho máy bay quy ước - lại không được đưa vào sử dụng thay cho máy bay dân dụng thông thường?

Trở ngại kỹ thuật

Dường như đây là một giải pháp tài tình. Hãy hình dung chúng ta bay đến miền nam nước Pháp từ một bãi đáp trực thăng ở trung tâm thành phố.

Tuy nhiên, tạo ra một thứ có thể kết hợp giữa tính linh động của trực thăng với công suất hành khách của máy bay là một quá trình gian nan.

Các vấn đề vật lý tiếp tục cản trở - nhưng khi công nghệ phát triển chúng ta có thể tìm ra giải pháp vượt qua các trở ngại.

Có một loại máy bay đã tiến được rất gần tới gần mục tiêu chở khách dân dụng - và nó thậm chí đã bay rồi.

Dự án Fairey Rotodyne là nỗ lực vào cuối những năm 1950 để thiết kế chiếc máy bay trực thăng chở khách.

Nó có một cánh quạt khổng lồ phía trên thân máy bay và một cặp cánh ngắn mập mạp - mỗi cánh có một động cơ khởi động thiết bị đẩy và giúp tạo lực nhấc cho cánh quạt chính. Chiếc Rotodyne được dự trù chở đến 40 hành khách.

Trực thăng Rotodyne được thiết kế một vài năm sau khi máy bay phản lực chở khách đã đi vào hoạt động.

Lúc đó, không gian cần thiết để làm sân bay đã càng lúc càng trở nên một vấn đề hóc búa.

Tuy nhiên, như ông Mike O'Donoghue thuộc Hiệp hội Vũ trụ Hoàng gia thì loại trực thăng này có những vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng mà những người chế tạo nó không thể nào vượt qua được.

Ông O'Donoghue nói rằng các nhà thiết kế Rotodyne đã có giải pháp sáng tạo để giữ cho trực thăng trên không trung.

"Chiếc Rotodyne cất cánh, hạ cánh và bay ở tốc độ thấp, trực thăng nâng lên theo chiều đứng là nhờ vào lưỡi cánh quạt được ống đẩy nằm trên chóp đẩy cho quay. Chúng được cung cấp khí nóng từ động cơ chính bơm qua lưỡi cánh quạt. Khi trực thăng tăng tốc về phía trước, lực đẩy dồn về lưỡi cánh quạt này giảm xuống. Chiếc Rotodyne khi đó được đẩy bay trong không trung nhờ vào các động cơ hướng mặt về phía trước."

Tiếng ồn khủng khiếp

Họ hình dung ra một chiếc máy bay mà bạn có thể đáp ở trung tâm London và bay một cái vèo đến một sân đỗ trực thăng ở ngoại ô Paris. Tuy nhiên có một vấn đề lớn: tiếng ồn khủng khiếp.

"Tôi được người ta nói lại là tiếng ồn không thể diễn tả nổi. Anh có thể cách xa nó hai dặm mà vẫn không thể nào nói chuyện được vì tiếng ồn," O'Donoghue nói.


"Nếu anh có một cỗ máy thật sự kêu ầm ầm và anh muốn đưa nào vào ngay giữa thành phố thì đó không phải là ý tưởng hay."

Trực thăng Rotodyne đã không bao giờ nhận được một đơn đặt hàng nào và dự án này bị dẹp. Tuy nhiên, ý tưởng về một chiếc máy bay vừa là trực thăng vừa là máy bay chở khách chưa bao giờ mất đi.

Khi công nghệ được cải tiến, các động cơ đã trở nên êm hơn và hoạt động hiệu quả hơn.

Trọng tâm chính là công nghệ cánh quạt nghiêng - tức là cánh quạt máy bay hay cánh máy bay có đặt cánh quạt có thể nghiêng về phía trước hay lên trên.

Nếu nghiêng lên trên, nó sẽ giúp máy bay cất cánh hay hạ cánh thẳng đứng. Nghiêng về phía trước, nó sẽ giúp máy bay di chuyển nhanh hơn trong không trung.

Giới hạn vật lý về tốc độ bay của trực thăng cũng là một lý do quan trọng khiến cho trực thăng không thể nào là phương tiện thay thế cho các chuyến bay khoảng cách ngắn.

Ví dụ nổi tiếng nhất của loại công nghệ này là mẫu Boeing V-22, loại máy bay quân sự hiện đang phục vụ trong binh chủng thuỷ quân lục chiến và hải quân Mỹ, và thậm chí cả chuyến bay phục vụ tổng thống Mỹ (tuy nhiên bản thân các tổng thống Mỹ chưa có ai sử dụng loại phi cơ này do lý do an toàn).

Ông Dominic Perry, chủ biêncủa tạp chí Flight International, nói rằng hãng sản xuất trực thăng AgustaWestland (giờ là hãng Leonardo) đã công bố kế hoạch chế tạo cánh quạt nghiêng dân dụng mới trong một dự án có tên gọi là Cánh quạt Nghiêng Dân sự Thế hệ mới (NGCTR).

"Đó sẽ là mẫu máy bay chở đươc 20 người có khả năng bay ở tốc độ hơn 300 dặm một giờ, và nó được dự kiến sẽ bay chuyến đầu tiên vào năm 2021," Perry nói.

Rủi ro tiềm ẩn

Dự án này được tài trợ một phần bởi Ủy hội châu u trong bước đi hướng đến loại máy bay giống như thiết kế mà mẫu Rotodyne muốn đạt được.

Một thiết kế khác, Perry nói, là mẫu Karem Aerotrain. Thân máy bay của mẫu Aerotrain trông rất giống như thân của máy bay chở khách truyền thống mà chúng ta thấy bay những tuyến ngắn, nhưng động cơ đẩy của nó có thể nghiêng lên hay nghiêng về phía trước, giống như NGCTR.

"Aerotrain là máy bay cánh quạt nghiêng có kích thước của chiếc Boeing 737 mà họ tuyên bố là sẽ đem đến cho hành khách trải nghiệm và tính năng giống như trên máy bay chở khách bình thường nhưng vẫn có khả năng cất và hạ cánh theo chiều thẳng đứng."

Đó là một thiết kế táo bạo, và có thể là quá lớn nên khó lòng khả thi, nhưng Perry nói thêm rằng Karem có lịch sử hoạt động tốt trong việc chế tạo ra những chiếc máy bay đi ngược lại cách làm được chấp nhận - nhà thiết kế Abraham Karem là người chịu trách nhiệm cho mẫu máy bay không người lái Predator có động cơ đẩy được sử dụng rộng rãi trong quân đội Mỹ.

Máy bay Aerotrain được ra mắt lần đầu vào năm 2001 và vẫn chưa bay. Perry đã từng nói rằng một khi công nghệ trở nên đủ tân tiến để cho nó có thể bay hiệu quả như máy bay chở khách thì nó sẽ trở thành một lựa chọn khả thi.

Có một vấn đề lớn với những cánh quạt nghiêng này. Cánh của động cơ đẩy cần phải lớn để giữ máy bay trong không trung.

"Chúng quay ầm ầm rất gần thân máy bay," Perry giải thích. "Điều gì sẽ xảy ra nếu nó mất một cánh quạt trong khi đang bay?" Hành khách sẽ cảm thấy không thoải mái cho lắm với những cánh quạt đẩy khổng lồ này chém vào không trung nằm cách họ chỉ vài bước chân.

Xếp cánh quạt lại

O'Donoghue nói rằng một trong những vấn đề lớn mà những thiết kế như thế gặp phải là chi phí - tính chất phức tạp của cánh hay cánh quạt nghiêng khiến chúng tốn kém hơn nhiều so với máy bay chở khách truyền thống có cùng kích thước.

"Tính kinh tế là rất quan trọng," ông nói. "Tôi nghĩ rằng bất cứ mẫu máy bay nào mà anh có thể chế tạo được chỉ có thể bay được trên cự li từ ngắn đến trung bình."

Cố gắng chế tạo ra được một chiếc máy bay khổng lồ có thể chở được hàng trăm hành khách nhưng cất cánh, hạ cánh như máy bay trực thăng vẫn là một công việc đầy thách thức.

Điều này không ngăn một số nhà thiết kế nghĩ ra những ý tưởng cho tương lai về những máy bay chở khách có thể cất cánh theo chiều thẳng đứng lớn hơn nhiều - một trong số đó là mẫu 'Airbus A350H' mới được phác thảo về mặt lý thuyết, do nhà thiết kế Ý Victor Uribe đưa ra.

Ý tưởng về mẫu máy bay Airbus giống như phi thuyền không gian dẹp bỏ cánh quạt và thay vào đó nó nâng lên bằng cách sử dụng động cơ nằm phía dưới máy bay.

Thiết kế hình cá mập trang nhã của Uribe 'đã đi vào thế giới tưởng tượng', theo lời ông O'Donoghue. Không may là chúng ta vẫn chưa có động cơ để nâng máy bay nặng như thế lên không trung, ít nhất là không theo chiều thẳng đứng.

Trong khi đó, Boeing đang làm việc với cơ quan nghiên cứu quốc phòng Mỹ Darpa để tạo ra hệ thống đẩy có tên gọi là DiscRotor.

Mẫu DiscRotor đặt những cánh quạt bên trong một cái đĩa lớn trên chóp máy bay.

Những cánh quạt này sẽ mở ra và quay để cất cánh như trên một chiếc trực thăng truyền thống. Nhưng khi máy bay tăng tốc, những cánh quạt sẽ được xếp lại vào đĩa và chiếc đĩa ngừng quay. Máy bay khi đó sẽ bay như máy bay truyền thống cho đến lúc họ cánh - khi nó giảm tốc độ, những cánh quạt sẽ được mở ra lần nữa để nó có thể hạ cánh theo chiều đứng.

Cả hai đều là những ý tưởng đầy tham vọng.

Nhưng kiểu tư duy đó là cần thiết nếu như máy bay cất hạ cánh theo chiều thẳng đứng muốn trở thành hiện thực.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.

Gửi ý kiến của bạn
Tên của bạn
Email của bạn