Thiết kế cách mạng hóa hình dáng máy bay tương lai

Thiết kế máy bay cánh liền thân có tiềm năng lớn giúp giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải nhưng đi kèm nhiều thách thức lớn.

Thiết kế cơ bản của máy bay thương mại không thay đổi trong 60 năm qua. Những máy bay hiện đại như Boeing 787 và Airbus A350 có cùng hình dáng chung như Boeing 707 và Douglas DC-8, sản xuất vào cuối thập niên 1950, củng cố kiểu thân ống và cánh thịnh hành ngày nay, theo CNN. Đó là vì hàng không thương mại ưu tiên độ an toàn, thiên về giải pháp đã được thử nghiệm và kiểm tra. Ngoài ra, các phát triển khác về mặt vật liệu và động cơ vẫn phù hợp với thiết kế truyền thống. Tuy nhiên, khi tìm cách giảm khí thải chứa carbon, ngành công nghiệp hàng không đối mặt thách thức lớn hơn các ngành công nghiệp khác do không thể tách rời công nghệ cốt lõi.

JetZero hy vọng có thể đưa máy bay cánh liền thân vào hoạt động năm 2030. (Ảnh: JetZero).

Một giải pháp là thiết kế "cánh liền thân". Hình dáng máy bay hoàn toàn mới này trông tương tự thiết kế "thân cánh liền khối" mà máy bay quân sự như B-2 sử dụng, nhưng phần cánh có thể tích lớn hơn ở đoạn giữa. Cả Boeing và Airbus đều hứng thú với ý tưởng. Một công ty khác là JetZero ở California cũng đặt mục tiêu đưa máy bay cánh liền thân vào hoạt động sớm nhất năm 2030. Theo Tom O’Leary, nhà đồng sáng lập kiêm giám đốc điều hành JetZero, bộ khung máy bay cánh liền thân có thể giảm 50% lượng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải.

Ý tưởng về cánh liền thân không mới. Những nỗ lực nhằm chế tạo máy bay theo thiết kế này đến từ cuối thập niên 1920 ở Đức. Nhà công nghiệp kiêm thiết kế máy bay người Mỹ Jack Northrop từng tạo ra phương tiện như vậy vào năm 1947, truyền cảm hứng cho sự ra đời của máy bay ném bom B-2 vào thập niên 1990.

Lai giữa kiểu thân cánh liền khối với kiểu thân ống và cánh truyền thống, thiết kế cánh liền thân cho phép toàn bộ máy bay tạo ra lực nâng, giảm tối đa lực cản. NASA cho biết thiết kế như vậy giúp tăng hiệu suất nhiên liệu, tạo ra khu vực chở hàng hoặc hành khách lớn hơn ở giữa thân máy bay. Họ đã kiểm tra thiết kế trên máy bay thử nghiệm X-48.

Qua hơn 120 chuyến bay thử nghiệm từ năm 2007 đến năm 2012, hai máy bay X-48 không người lái điều khiển từ xa chứng minh tính khả thi của thiết kế. Máy bay loại này sẽ có sải cánh lớn hơn một chút so với Boeing 747 và có thể hoạt động ở các nhà ga sân bay hiện nay. Theo NASA, máy bay cánh liền thân cũng nhẹ, tạo ra ít tiếng ồn và khí thải, có chi phí vận hành thấp hơn máy bay vận chuyển thông thường. Năm 2020, Airbus chế tạo một máy bay cánh liền thân nhỏ dài khoảng 1,8 m và bày tỏ hứng thú tạo ra máy bay kích thước thật trong tương lai.

Theo O’Leary, một thách thức kỹ thuật khiến các nhà sản xuất chùn bước. "Đó là áp lực đối với phần thân không phải hình trụ. Máy bay hình trụ chịu các chu kỳ giãn nở và co ngót thường xuyên đi kèm mỗi chuyến bay tốt hơn. Thiết kế thân ống và cách phân tách áp lực riêng rẽ lên thân và cánh máy bay. Nhưng thiết kế cánh liền thân nối liền hai bộ phận với nhau. Hiện nay, chúng tôi chỉ có thể xử lý bằng vật liệu composite vừa nhẹ vừa bền", O’Leary cho biết.

Hình dáng mới sẽ khiến nội thất máy bay trông khác hẳn so với máy bay thân rộng ngày nay. Cùng một lượng hành khách, máy bay cánh liền thân có thể có 15 - 20 hàng ghế dọc cabin, tùy theo cấu hình mỗi hãng hàng không lựa chọn. O’Leary cho rằng mẫu máy bay tương đồng nhất với máy bay cánh liền thân về mặt kích thước là Boeing 767. Máy bay thân rộng hai động cơ này được giới thiệu vào thập niên 1980, có thể chở khoảng 210 hành khách. JetZero muốn phát triển đồng thời 3 phiên bản máy bay cánh liền thân dùng để chở khách, chở hàng và chở nhiên liệu. Chuyến bay đầu tiên dự kiến diễn ra năm 2027.

Tuy nhiên, chế tạo một máy bay hoàn toàn mới từ con số 0 là nhiệm vụ khổng lồ. Mục tiêu của JetZero có vẻ tham vọng bởi toàn bộ quá trình xin giấy phép đầy đủ cho ngay cả một máy bay hiện hành vẫn mất nhiều năm liền. Một lợi thế mà JetZero đang có là mẫu máy bay ban đầu sẽ tận dụng động cơ từ máy bay thân hẹp như Boeing 737, sau đó chuyển sang động cơ không thải khí hoạt động bằng hydro.

Nhìn chung, thiết kế cánh liền thân là ý tưởng cách mạng có nhiều tiềm năng, nhưng cũng đi kèm nhiều trở ngại, đặc biệt là độ phức tạp về mặt khí động tăng lên khiến quá trình thiết kế và thử nghiệm trở nên khó khăn, thách thức ở quy định quản lý và xin giấy phép và hình dáng có thể không phù hợp với cơ sở hạ tầng sân bay hiện nay.

Cập nhật: 23/11/2023 VnExpress