CHLB ĐỨC – Trong dự án Star (smart twisting active rotor), trung tâm hàng không vũ trụ Đức (DLR – German aerospace center) đã phát triển các cánh quạt có khả năng xoắn chủ động (actively twistable) (1) nhờ tích hợp các bộ truyền động. Các thử nghiệm trong đường hầm gió (wind tunnel) cho thấy khả năng giảm đến 7 dB tiếng ồn trong giai đoạn tiếp cận hạ cánh (landing approach) (2), giảm 50% độ rung và đạt hiệu suất cao hơn trong điều kiện chịu áp lực cơ học lớn (tải trọng nặng).
(1) Actively twistable: là khả năng một vật liệu hoặc cấu trúc có thể tự xoắn một cách chủ động khi có kích thích bên ngoài, thay vì bị xoắn thụ động do lực cơ học.
(2) Landing approach: là giai đoạn bay quan trọng khi phi công điều khiển máy bay từ độ cao hành trình bắt đầu giảm dần độ cao và tốc độ để hướng về phía đường băng hoặc bãi đáp.

Trực thăng đóng vai trò thiết yếu trong xã hội và cứu sống vô số người khi được triển khai với chức năng cứu hộ. Tuy nhiên, phương tiện này thường gây ra tiếng ồn rất lớn, đặc biệt là trong quá trình hạ cánh. Với dự án Star, trung tâm DLR đã làm việc cùng các đối tác từ Mỹ, Pháp, Hà Lan, Nhật Bản và Hàn Quốc để nâng cao hiệu suất của cánh quạt, đồng thời giảm tiếng ồn và các rung động phát sinh.

Khi bay treo (hover flight) (1) và ở tốc độ tối đa, trực thăng đòi hỏi công suất rất lớn và độ rung lắc cao, đặc biệt là trong các giai đoạn bay chậm, bay nhanh và khi thực hiện các thao tác bay cơ động (maneuvering flight). Những hạn chế này có thể được cải thiện đáng kể nếu cánh quạt có khả năng thích ứng linh hoạt, cả về mặt tĩnh học và đặc biệt là động lực học, với các điều kiện khí động học tương ứng trong từng trạng thái bay.
(1) Hover flight: Là trạng thái trực thăng duy trì một vị trí cố định trên không trung so với mặt đất ở một độ cao nhất định. Lúc này, vận tốc di chuyển ngang bằng không (0 km/h), máy bay không tiến, không lùi và không chuyển động sang bên.
(2) Maneuvering flight: Là trạng thái bay mà phi công thực hiện các thay đổi đột ngột về hướng, độ cao hoặc vận tốc của máy bay. Thay vì bay thẳng đều ổn định, máy bay sẽ thực hiện các động tác phức tạp đòi hỏi sự thay đổi liên tục về lực nâng và trọng tâm.

Biến dạng chủ động của cánh quạt mà không cần các thành phần cơ khí
Trong dự án Star, các nhà nghiên cứu của trung tâm DLR từ viện hệ thống bay (Institute of flight systems) và viện cấu trúc nhẹ (Institute of lightweight structures) đã nghiên cứu các cánh quạt có khả năng biến dạng chủ động thông qua các bộ truyền động gốm áp điện (piezoceramic) tích hợp vào lớp vỏ cánh. Các bộ truyền động này sẽ biến dạng khi có điện áp chạy qua. Theo đó, cánh quạt sẽ xoắn lại, theo dạng tĩnh dưới điện áp một chiều (DC) và dạng động dưới điện áp xoay chiều (AC), tương tự như cách một cơ bắp nhân tạo hoạt động bên trong cánh quạt.

Giáo sư, Tiến sĩ Berend Gerdes van der Wall, trưởng dự án tại viện kỹ thuật hệ thống bay (Institute of flight systems engineering), giải thích: “Điểm độc đáo của phương pháp này là việc tạo ra lực xoắn chủ động trên cánh quạt không cần đến bất kỳ chi tiết cơ khí nào, đồng thời chỉ chịu ảnh hưởng tối thiểu từ lực ly tâm tác động lên cánh quạt”.

Chiến dịch thử nghiệm tại đường hầm gió tốc độ thấp (DNW)
Sau quá trình chuẩn bị, một hệ thống rotor bốn cánh quạt với đường kính 4 mét, được trang bị công nghệ xoắn chủ động, đã lần đầu tiên được thử nghiệm trên thế giới tại đường hầm gió tốc độ thấp quy mô lớn của hiệp hội đường hầm gió Đức – Hà Lan (DNW – German-Dutch wind tunnels) tại Hà Lan. Chiến dịch đo lường kéo dài ba tuần diễn ra vào cuối năm 2025 dưới sự dẫn dắt của trung tâm DLR, với sự phối hợp chặt chẽ từ tất cả các đối tác của dự án bao gồm cơ quan NASA, lục quân Mỹ (U.S. army), trung tâm ONERA (Pháp), hiệp hội DNW (Hà Lan), trung tâm JAXA (Nhật Bản), viện KARI (Hàn Quốc) và đại học Konkuk (Konkuk university).

Trong quá trình thử nghiệm, mức giảm tiếng ồn đến 7 decibel đã được ghi nhận trong giai đoạn tiếp cận hạ cánh, tương đương với việc giảm hơn một nửa mức độ tiếng ồn cảm nhận được. Ngoài ra, độ rung đã giảm hơn một nửa, trong khi hiệu suất của rotor trong điều kiện chịu áp lực cơ học lớn đã được tăng lên đáng kể.

Kết quả có thể ứng dụng cho nhiều trường hợp khác nhau
Giáo sư van der Wall chia sẻ: “Trong chiến dịch đo lường, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thành công cánh quạt xoắn chủ động trong một môi trường thực tế. Kết quả cho thấy không chỉ hiệu suất được nâng cao, mà tiếng ồn và độ rung cũng được giảm thiểu đáng kể”. Ngoài lực nâng, mô-men xoắn và công suất của rotor, các dữ liệu thu thập được bao gồm chuyển động của cánh quạt, các biến dạng và tải trọng, áp suất bề mặt, các phép đo âm thanh, cũng như các phép đo về trường dòng chảy (flow field) và lớp biên (boundary layer) (*). Những thông tin này cho phép kiểm chứng toàn diện các chương trình tính toán điện toán. Hơn nữa, các kết quả thu được có thể ứng dụng vào nhiều trường hợp khác nhau, từ trực thăng truyền thống đến các loại trực thăng tốc độ cao và các dự án di chuyển hàng không đô thị (urban air mobility).
(*) Flow field: là toàn bộ không gian bao quanh cánh quạt nơi không khí đang chuyển động.
– Boundary layer: là một lớp không khí siêu mỏng tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của cánh quạt.

Để xem các tin bài khác về “Trực thăng”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net