Máy bay 2 tầng trong tương lai được thiết kế loại bỏ tiếng nổ âm

Một trong những nghiên cứu khoa học hàng không thế kỷ 20 có thể là câu trả lời cho việc loại bỏ tiếng nổ âm, theo các nhà nghiên cứu ở đại học MIT và Standford. Liên tưởng đến máy bay hai tầng hiện vẫn đang được sử dụng ngày nay, mẫu thiết kế của các nhà thiết kế này bao gồm cánh thứ 2 với tác dụng ngăn lực cản tạo ra bởi các chướng ngại vật khi gần đạt hoặc vượt qua vận tốc âm thanh.

>>> Vẫy tay để điều khiển máy bay

Trên thực tế đây không phải là một ý tưởng mới. Ý tưởng cho chiếc máy bay hai tầng có thể ngăn tiếng nổ âm đã được nhắc đến từ những năm 1930 bởi một trong những người tiên phong của công nghệ hàng không - Adolf Busmenann, cũng là người nghĩ ra ý tưởng cho chiếc máy bay cánh quét.

Máy bay di chuyển ở tốc độ âm thanh tạo ra lực cản trong không khí bao quanh nó. Tiếng nổ đầu tiên được tạo ra do lực nén tăng đột ngột ở mũi máy bay chủ yếu do trọng lực của máy bay. Tiếng nổ thứ hai được tạo ra do các lực còn lại khi máy bay chính thức cất cánh - sự thay đổi về áp lực đột ngột về mức bình thường ngay sau đó. Mặc dù hai tiếng nổ này mang những ý nghĩa hoàn toàn khác nhau nhưng do nó xảy ra quá gần nên thường làm người ta nhầm tưởng rằng chỉ có một. Máy bay di chuyển ở vận tốc âm thanh thường tiếp tục tạo ra các tiếng nổ âm khi chúng di chuyển.

Vấn đề nằm ở chỗ đó. Tiếng nổ âm có thể là bình thường, nhưng nếu bạn chịu đựng các âm thanh tạo ra do các chuyến bay ở tốc độ âm thanh này thường xuyên thì chắc hẳn sẽ khó chịu. Ngoài ra, có sự lo ngại về việc tác động của các chuyến bay siêu âm đến cuộc sống hoang dã như để lại các di chứng ngắn hạn và ảnh hưởng tới các hệ sinh thái qua thời gian. Và điều này không phải là điều ngạc nhiên khi việc thương mại hóa các chuyến bay siêu âm là ngõ cụt, ở khía cạnh nào đó.

Thiết kế của Adolf Busemann, được biết đến như máy bay 2 tầng Busemann với hai cánh tam giác dài đan xen nhau. Việc các hướng chỉ vào nhau khiến bề mặt bên ngược hướng với gió thổi qua hoặc tác động từ bên dưới lên. Hai chiếc cánh này phải ở khoảng cách vừa phải để sự lưu thông của gió ở bên giữa hai cánh không bị tắc. Với thiết kế này, lực cản đầu tiên được tạo ra sẽ bị phản lại giữa hai cánh, tạo nên khoảng trống khi máy bay cất cánh, vô hiệu hóa phản lực cũng như loại bỏ tiếng nổ âm. Nhưng liệu vấn đề nằm ở đâu? Ở vận tốc bán siêu âm, máy bay 2 tầng Busemann không đủ lực nâng cần thiết khi đang tăng tốc và còn chịu một lực kéo khá đáng kể. Thiết kế này hoạt động hoàn hảo ở vận tốc siêu âm - điều khó là làm sao có thể đạt được tốc độ đó. Vì thế mặc dù không có tiếng nổ âm nào nhưng chuyến bay này khó có thể thành hiện thực.

Sự phối hợp nghiên cứu của MIT và Stanford đi đến kết luận rằng thiết kế của Busemann có khả năng cách âm. Theo nghiên cứu đã sử dụng các phép tính trên máy tính, mô hình mô phỏng máy bay hai tầng cho thấy “lực kéo ít hơn rất nhiều”. Như các nghiên cứu mở rộng tại đại học Tohoku của Nhật, mẫu thiết kế của Busemann có thể làm giảm lực cản khi ở mặt đất lên tới 85%. Hơn thế nữa, có vẻ như đội ngũ MIT/Stanford đã tìm ra giải pháp cho vấn đề lực nâng khi ở vận tốc bán siêu âm. Sau khi các quá trình được lặp lại nhiều lần, với các tùy chỉnh khác nhau trong các thiết kế, đội ngũ đã phát hiện ra việc làm mịn bề mặt trong của cánh sẽ khiến không khí ở giữa cánh lưu thông dễ dàng hơn. Bằng cách thêm vào một phần “mở ra” với mặt ngoài của hai cánh, đội ngũ này đảm bảo tạo ra mẫu thiết kế có thể bay dưới vận tốc âm thanh với lực kéo chỉ bằng một nửa Concorde.

Qiqi Wang, giáo sư trợ giảng hàng không học và vũ trụ học của MIT cho biết: “Nếu bạn nghiên cứu nghĩ kĩ về việc cất cánh, thứ duy nhất mà máy bay phải tải sẽ không chỉ có hành khách mà còn cả nhiên liệu, nếu bạn giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu thì khối lượng nhiên liệu cần mang theo sẽ giảm đi đáng kể, dẫn đến việc làm giảm kích cỡ của thiết kế để đựng nhiên liệu. Nó có thể được coi như phản ứng dây chuyền”. Đội ngũ nghiên cứu MIT/Stanford hiện đang tạo ra một mô hình 3D nhằm xác định các yếu tố thực xảy ra trong chuyến bay với hy vọng tiến gần hơn tới một thiết kế thống nhất và tối ưu. Trong hợp đồng, mẫu thiết kế của Nhật Bản được khảo sát bởi Wang sẽ làm thay đổi hình dạng của máy bay trong chuyến bay để có thể giúp đạt được vận tốc siêu âm.