Bí ẩn vật liệu “vua của kim loại” giúp máy bay đạt tốc độ hơn 3.600km/h

Titanium là gì?

Chiếc máy bay đạt tốc độ 3.600 km/h chính là Blackbird SR-71 do công ty Lockheed (Mỹ) sản xuất. Sở dĩ phi cơ này có thể bay nhanh tới như vậy là nhờ có lớp vỏ được làm từ vật liệu titanium.

Trên thực tế, theo các chuyên gia, SR-71 được coi là mẫu máy bay trinh sát đặc biệt với khả năng ấn tượng. Bởi với tính linh hoạt và khả năng hoạt động, chiếc máy bay này có thể bay cao tới 30km. Phi cơ này có thể tăng tốc từ 0 tới Mach 3,4 rất nhanh (hơn 3.600km/h). Đây cũng là tốc độ mà không máy bay nào ngày nay có thể sánh được.

Các chuyên gia cho biết, máy bay SR-71 có thể thay đổi đường bay, tăng tốc, đồng thời tránh tên lửa cùng một lúc. Tuy nhiên, khi di chuyển với tốc độ cao như vậy, phi cơ này phải đối mặt với nhiều thách thức riêng, chẳng hạn như hiệu suất nhiên liệu, sóng xung kích siêu thanh, chịu ảnh hưởng từ dòng khí bao quanh và đặc biệt là khả năng chịu nhiệt.

SR-71 là máy bay có thể đạt tới tốc độ hơn 3.600km/h.

Đến khi SR-71 đạt tới tốc độ Mach-3 (gấp 3 lần vận tốc âm thanh), phần mũi của máy bay này có thể nóng tới 300 độ C, trong khi nhiệt độ động cơ của nó còn lên tới gần 650 độ C. Với mức nhiệt này, tất cả các máy bay khác đều sẽ bị nóng chảy. Tuy nhiên, máy bay SR-71 lại làm được điều bất khả thi.

Chiếc máy bay này đã vượt qua thử thách nhiệt độ cao bằng cách nào. Theo các chuyên gia, titanium chính là "vũ khí bí mật" của SR-71.

Vậy, titanium là kim loại gì và nó có tính năng gì đặc biệt?

Các kỹ sư đã lựa chọn titanium để chế tạo máy bay SR-71.

Trong quá trình chế tạo SR-71, các kỹ sư đã tìm cách xử lý vấn đề nhiệt độ quá cao bằng nhiều cách, chẳng hạn như phát minh nhiên liệu mới JP-9 phù hợp với máy bay, hoặc tiến hành sơn vỏ máy bay bằng màu xanh dương sẫm để phản xạ nhiệt từ năng lượng Mặt Trời.

Tuy nhiên, những thay đổi này chưa đủ và khá nhỏ so với vật liệu có thể giúp SR-71 bay với sải cánh rộng. Đó là titanium, vật liệu cứng đến mức khiến SR-71 gần như trở nên vô địch.

Ban đầu, titanium được coi là lựa chọn kỳ lạ dành cho máy bay. Bởi việc sử dụng nhôm để chế tạo máy bay sẽ thực tế hơn. Mặt khác, nhôm là kim loại rẻ, bền và dễ gia công trên máy bay, trong khi titanium rất đắt và không dễ để thu mua. Titanium là kim loại nhẹ và cứng nhất trong hầu hết các kim loại. Đây cũng là kim loại có khả năng chịu nhiệt vô song, độ đàn hồi tốt...

Trên thực tế, 93% máy bay SR-71 được cấu tạo từ titanium. Sở dĩ các kỹ sư lựa chọn sử dụng titanium vì kim loại này có khả năng chịu nhiệt đặc biệt. Ngoài ra, hợp kim titanium còn có liên kết cứng khác thường trong mạng tinh thể, giúp ngăn cản tác động phân tách do nhiệt.

Titanium còn có thể chịu được mức nhiệt lên tới 593 độ C, trước khi các nguyên tử của nó bắt đầu khuếch tán, đồng thời duy trì độ cứng chắc.

Titanium là kim loại có nhiều đặc tính ưu việt giúp SR-71 có thể đạt được tốc độ hơn 3.600km/h.

Các nhà khoa học cho biết, titanium còn có độ giãn nở nhiệt rất thấp. Đặc điểm này giúp hạn chế co giãn tối đa, từ đó giảm ứng suất nhiệt ở máy bay. Chính những đặc điểm ưu việt trên, hợp kim titanium là lựa chọn duy nhất dành cho khung máy bay SR-71, giúp cung cấp độ cứng chắc của thép không gỉ, có trọng lượng tương đối nhẹ và độ bền cần thiết khi ở nhiệt độ cao.

Titanium (Titan) lần đầu được phát hiện bởi nhà địa chất học William Gregor ở Cornwall (Anh) vào năm 1791. Kim loại này ban đầu được đặt tên là Gregorite. Tuy nhiên, sau đó, nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth đã đặt tên cho nó là Titan, theo tên của vị thần trong thần thoại Hy Lạp. Titan có ý nghĩa là hiện thân của sức mạnh tự nhiên.

Titan có khối lượng riêng chỉ là 4.510kg/m³, ít hơn khoảng 60% mật độ so với thép. Nhưng kim loại này lại có đặc tính ưu việt là độ bền riêng cao, chịu nhiệt được ở mức 1.650 độ C. Trên thực tế, có khoảng 94% titan ở dạng dioxide (TiO₂) và 6% còn lại thuộc dạng kim loại, hợp kim. Nhờ có nhiều đặc tính nổi bật, titan là kim loại được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như công nghiệp hóa chất, y tế... và đặc biệt là ngành hàng không vũ trụ.

Cập nhật: 18/09/2023 PNVN