Máy bay siêu thanh của NASA được thiết kế thế nào?

NASA đang tiến gần hơn tới biến giấc mơ bay siêu thanh không tiếng ồn thành hiện thực với máy bay X-59 1.500km/h sắp thử nghiệm.

Ở Trung tâm nghiên cứu bay Armstrong tại ngoại ô Lancaster, California, NASA đang phát triển máy bay X-59 QueSST (công nghệ siêu thanh không tiếng ồn), một máy bay thử nghiệm được thiết kế để bay nhanh hơn vận tốc âm thanh và chỉ tạo ra tiếng động nhẹ, Cnet hôm 6/12 đưa tin. Máy bay siêu thanh truyền thống có thể tạo ra tiếng nổ trên 100 decibel trong lúc bay, vấn đề khiến Cục quản lý Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) cấm bay siêu thanh thương mại trên đất liền năm 1973. Nhưng X-59 được thiết kế để giảm tối đa sóng xung kích gây ra tiếng nổ siêu thanh trong lúc bay, khiến độ ồn trên mặt đất giảm xuống 75 decibel. Theo NASA, âm thanh đó chỉ lớn ngang tiếng sập cửa xe ôtô trên phố.

Máy bay siêu thanh X-59 hứa hẹn giảm tối đa tiếng ồn.

Để thiết kế máy bay độ ồn thấp, NASA và Lockheed Martin quay trở lại những nguyên tắc cơ bản của khí động học. Kết quả là một mẫu máy bay vừa tiên tiến vừa đơn giản. Trong nhà kho không cửa sổ giữa sa mạc California, các công nhân lắp ráp X-59 và chuẩn bị cho thử nghiệm bay đầu tiên. Khi quan sát gần, mẫu máy bay mũi nhọn trông như thiết kế trong truyện khoa học viễn tưởng thập niên 1950 với đường cong liền mạch và buồng lái ở trung tâm.

Được thiết kế và chế tạo bởi NASA và Lockheed Martin, X-59 được mô tả là máy bay siêu thanh của tương lai. Mục tiêu của dự án là thuyết phục các nhà làm luật như FAA hủy bỏ lệnh cấm chở khách bằng phương tiện siêu thanh trên đất liền. Thay đổi đó có thể mở đường cho du lịch siêu thanh. Lần đầu tiên bay nhanh hơn vận tốc âm thanh sẽ trở nên khả thi từ sau khi máy bay Concorde ngừng hoạt động năm 2003.

Khi máy bay bay qua không khí, nó đẩy không khí ở phía trước, tạo ra sóng nén. Nhưng khi máy bay bay ở tốc độ siêu thanh (trên Mach 1 hay 1.235km/h), phương tiện sẽ di chuyển nhanh hơn sóng nén. Kết quả là máy bay sản sinh sóng xung kích truyền xuống mặt đất dưới dạng tiếng nổ siêu thanh. Bất kỳ bộ phận lớn nào lồi ra trên thân máy bay như buồng lái nhô ra ở mặt trước đều có thể tạo ra sóng xung kích. Để giảm tối đa sóng xung kích truyền xuống mặt đất, các nhà thiết kế cần thay đổi hình dáng máy bay và khiến nó trở nên thuôn dài, trơn nhẵn hơn với những chỗ gồ ghề phân bố dọc phần thân dài hơn.

Đó là những gì NASA và Lockheed Martin đã làm với X-59. Mẫu máy bay dài 30,4 m chỉ chở được một hành khách. Với độ dài hơn 9 m, phần mũi chiếm khoảng 1/3 chiều dài máy bay và nối liền với phần cánh mũi tên và động cơ ở phía sau. Theo Larry Cliatt, trưởng nhóm kỹ thuật thử nghiệm âm thanh dự án X-59 của NASA, tất cả đặc điểm trên giúp đảm bảo sóng xung kích sinh ra giữa không trung sẽ tách rời nhau và không tạo thành tiếng nổ siêu thanh lớn.

X-59 dài và thuôn đến mức buồng lái không có cửa sổ phía trước. Thay vào đó, phi công sử dụng Hệ thống tầm nhìn ngoài (XVS) do NASA tạo ra để lái máy bay. XVS sử dụng hai camera ở bên trên và dưới máy bay nhằm cung cấp hình ảnh quan sát mặt trước máy bay theo thời gian thực trên màn hình HD. Nhưng XVS cũng đóng vai trò như màn hình trên cao (HUD), chiếu dữ liệu về độ cao, tốc độ bay và đường bay.

Tại Armstrong, NASA đã thử nghiệm XVS ở thiết bị mô phỏng bay X-59. XVS cho phép phi công nhìn thấy cảnh báo lóe lên hoặc chữ màu ở chân màn hình, điều họ không thể thấy qua cửa sổ buồng lái thông thường.

Trong suốt năm 2022, NASA và Lockheed Martin sẽ tiến hành những kiểm tra ban đầu với X-59, nhưng thử nghiệm thực sự đến với chuyến bay đầu tiên diễn ra năm 2023, trong giai đoạn "kiểm duyệt âm thanh". NASA sẽ cho X-59 cất cánh để đảm bảo tiếng nổ siêu thanh được thu nhỏ. X-59 sẽ bay kèm theo máy bay chiến đấu F-15 dùng để đo sóng xung kích sinh ra giữa chuyến bay.

Trong giai đoạn kiểm tra âm thanh, NASA sẽ cài đặt hàng loạt microphone dọc theo lộ trình dài 48 km trên sa mạc Mojave ở California để đo độ ồn và đảm bảo máy bay hoạt động êm như dự kiến. Sau đó là giai đoạn thử nghiệm thứ ba vào năm 2025, khi máy bay bay qua một số thành phố và thị trấn ở Mỹ để xem phản ứng của cộng đồng. Tiếp theo, NASA sẽ gửi dữ liệu cho các nhà làm luật để thay đổi hạn chế đối với bay siêu thanh. Nếu thành công, X-59 có thể mở đường cho những công ty và hãng máy bay tư nhân giới thiệu bay siêu thanh với hành khách hàng ngày trên khắp thế giới.

HT (theo khoahoc.tv)