Động cơ giúp máy bay siêu thanh đạt tốc độ 11.113km/h

Động cơ siêu thanh kích nổ bằng sóng xung kích đầu tiên trên thế giới có thể cung cấp sức mạnh để máy bay bay nhanh gấp 9 lần vận tốc âm thanh bằng nhiên liệu giá rẻ.

Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Liu Yunfeng, kỹ sư cao cấp ở Viện Cơ khí, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, chia sẻ chi tiết kỹ thuật của động cơ chạy bằng kerosene trong bài báo xuất bản hôm 11/11 trên tạp chí Experiments in Fluid Mechanics. Động cơ kích nổ có thể mạnh hơn và chạy hiệu quả hơn các động cơ siêu thanh khác như động cơ phản lực dòng thẳng.

Trung Quốc đang chế tạo máy bay siêu thanh chở khách. (Ảnh: SCMP)

Sóng xung kích kích hoạt hàng loạt vụ nổ xảy ra gần như ngay lập tức và giải phóng nhiều năng lượng hơn hẳn động cơ đốt trong truyền thống với cùng mức năng lượng, đặc biệt ở tốc độ trên Mach 8 (9.878km/h). Một số thử nghiệm trên mặt đất thu được thành công với động cơ kích nổ gián tiếp, tạo ra lực đẩy thông qua một loạt vụ nổ, diễn ra trong đường hầm sóng xung kích siêu thanh JF-12 ở Bắc Kinh hồi đầu năm nay, theo nhóm nghiên cứu.

Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã chế tạo động cơ kích nổ, nhưng phần lớn sử dụng hydro làm nhiên liệu, kéo theo chi phí cao và nguy cơ nổ cao. Động cơ của Liu và cộng sự sử dụng RP-3, một loại nhiên liệu phản lực thường gặp tại các sân bay Trung Quốc. Theo ông, kerosene là nhiên liệu được lựa chọn cho các động cơ hút khí do mật độ năng lượng cao, dễ lưu trữ và vận chuyển.

Ý tưởng sử dụng nhiên liệu phản lực cho máy bay siêu thanh đã tồn tại hàng thập kỷ, nhưng việc đánh lửa kerosene trong không khí cực nóng và dịch chuyển nhanh đặt ra thách thức đối với các nhà khoa học. Kerosene cháy chậm hơn hydro, do đó động cơ chạy bằng kerosene thường yêu cầu buồng kích nổ dài hơn để duy trì hỗn hợp nhiên liệu – khí trong thời gian lâu hơn. Mô hình máy tính ước tính buồng kích nổ của động cơ chạy bằng kerosene cần dài gấp 10 lần so với sử dụng hydro. Tăng thêm độ dài là bất khả thi đối với phần lớn máy bay siêu thanh.

Nhưng các nhà khoa học Trung Quốc phát hiện một điều chỉnh đơn giản, đó là thêm một mấu vào bề mặt cửa nạp khí của động cơ, có thể giúp đánh lửa kerosene trở nên dễ dàng hơn trong khi vẫn giữ được kích thước nhỏ gọn của buồng kích nổ. Khi không khí đi qua phần miệng hẹp của cửa nạp hình nêm, những phân tử khí di chuyển nhanh bị nén lại và nung nóng. Không khí nóng sau đó trộn lẫn với các giọt kerosene li ti. Chúng vỡ và và hình thành nhiều phân tử nhỏ hơn.

Trong lúc hỗn hợp khí và nhiên liệu tiếp xúc với mấu trên bề mặt nhẵn của cửa nạp, sóng xung kích xuất hiện. Kết quả của thử nghiệm tiến hành trong các điều kiện khác nhau ở đường hầm JF-12 cho thấy sóng xung kích tạo ra qua cách này không chỉ đánh lửa kerosene mà còn giới hạn vụ nổ trong không gian nhỏ, cho nguồn cung cấp lực đẩy ổn định.

Chính phủ Trung Quốc lên kế hoạch ứng dụng công nghệ siêu thanh để chế tạo một đội máy bay có thể chở khách tới bất kỳ nơi nào trên Trái đất trong vòng 1-2 giờ. Máy bay siêu thanh phải có khả năng bay đường dài trong điều kiện cực hạn. Việc giảm chi phí chế tạo và vận hành vẫn là một thách thức lớn, theo các nhà khoa học và kỹ sư tham gia phát triển công nghệ.

Cập nhật: 22/11/2022 VnExpress