Thời của những thiết kế máy bay phi truyền thống đã tới!

Thiết kế của máy bay tân thời đã thành hình từ những năm 50 của thế kỷ trước: Một ống kim loại với đôi cánh vuốt về phía sau với các động cơ phản lực treo phía dưới. Thiết kế ấy đã giúp bạn di chuyển cả nghìn cây đi đi về về dễ dàng, nhưng ngày nay đang có những nghiên cứu mới, những nghiên cứu mà sẽ mang lại một thứ rất mới mẻ, có thể là thứ sẽ đưa bạn đi du lịch ở khoảng cuối những năm 2030.

Những thiết kế máy bay phi truyền thống như Blended-wing Body (BWB), còn gọi là Cánh liền thân, đã được sử dụng nhiều năm nay trong quân đội. Thiết kế cánh liền thân, đúng như tên gọi, là việc kết hợp cánh và cabin làm một. Các nhà khoa học tại Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) cho rằng giờ đây, lo ngại về biến đổi khí hậu và sự cần thiết trong việc ứng dụng vật liệu mới ngày một tăng lên cũng khiến những thiết kế phi truyền thống kia có cơ hội đến gần thực tế hơn.

Mẫu máy bay thử nghiệm Westland Dreadnought được xem là mẫu máy bay cánh liền thân đầu tiên, được phát triển từ những năm 1920, do Anh phát triển. Ảnh: Airliner Rarities

Gần như mọi phương án thiết kế nhằm tăng hiệu quả khí động học đã được áp dụng trên máy bay tân thời, thiết kế kiểu máy bay mới buộc phải tốt hơn nữa để đáp ứng được các tiêu chuẩn môi trường và tính kinh tế, vì vậy mà đã buộc các nhà sản xuất máy bay tề tựu tại bàn thiết kế.

Hiện tại, việc thiết kế máy bay chủ yếu dựa trên các bản mô phỏng đồ họa hoặc các bản mẫu cỡ nhỏ, nhưng NASA đã làm thay đổi điều này bằng việc đưa ra một cuộc thi giữa các đơn vị của Mỹ, yêu cầu thiết kế và xây dựng các bản mẫu kích cỡ thật. Quy định cuộc thi này yêu cầu các "thí sinh" nhắm tới mẫu máy bay thân hẹp có kích thước tương đương Boeing 737 hay Airbus A320, đủ sức chứa 150 hành khách. NASA đặt thời hạn các bản mẫu này phải bay được vào năm 2027 và sẵn sàng đi vào sản xuất thương mại từ thập kỷ sau.

NASA sẽ không đưa ra bất cứ bình luận nào về các phương án dự thi cho tới thời hạn tháng 9/2027, nhưng cơ quan này đã nói về những thiết kế khác lạ mà các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất máy bay từng làm được; trong đó có nói tới máy bay có thiết kế giống đôi cánh bay, đủ sức chứa 10 người ngồi ở hàng ngang - trong khi đó thì máy bay thân hẹp như Boeing 737 hay Airbus A320 chỉ có 6 người mỗi hàng, các mẫu khác thì có đôi cánh mỏng, dài và có thể gập lại, một vài thiết kế còn lắp cánh quạt hướng sau vào phần sau của máy bay.

Ý tưởng Máy bay Thân đôi với phần thân gần như ghép lại từ hai thân máy bay, từ đó giúp tăng lực nâng thay vì chỉ phụ thuộc vào cánh máy bay. Đồ họa: NASA

10 năm trước, NASA cũng đã tổ chức một cuộc thi tương tự, nhắm tới tính hiệu quả của thiết kế hơn là tính thương mại mà nó có thể mang lại. Giờ đây, họ đang nhắm tới các mẫu máy bay hiệu quả và có thể khiến mức phát thải cả ngành hàng không thay đổi. Ông Brent Cobleig, Quản lý dự án Năng lực bay và Mô phỏng của NASA (tạm dịch từ: NASA's Flight Demonstrations and Capabilities Project Manager), cho biết: "Chúng tôi đã có 20 năm làm việc với các kiểu thiết kế tân tiến, nhưng tôi vẫn chưa thấy bất cứ điều gì như vậy ở sân bay kể từ lần cuối tôi bay".

Kiểu dáng máy bay có thể chia làm 3 nhóm thiết kế chính. Các thiết kế này được những bên tham gia cuộc thi nói rằng được kỳ vọng sẽ xuất hiện nổi bật trong cuộc thi. Những thiết kế này mang những cái tên hoa mỹ như Máy bay Cánh gia cố Cận âm (tạm dịch từ: Transonic Truss-braced Wing), Máy bay Cánh liền thân (Blending-wing Body), và Máy bay Thân đôi (tạm dịch từ: Double Bubble). Những mỹ từ này cũng cho thấy thiết kế của chúng đã khác biệt ra sao với kiểu dáng máy bay truyền thống hiện nay.

NASA chỉ sử dụng 1 tỷ USD trong 26 tỷ USD ngân sách của năm tài khóa 2023 cho các hoạt động hàng không, tương đương với các mức của các năm trước, nhưng quan chức cho rằng NASA vẫn đang có những ảnh hưởng tới mọi bộ phận của máy bay ngày nay. NASA cũng có định giảm bớt ngân sách của mảng vũ trụ để phục vụ xây dựng và thử nghiệm mẫu thiết kế thắng cuộc mà NASA sẽ công bố vào tháng 1 tới. Riêng các máy bay của thế kỷ này do Airbus và Boeing phát triển đã cần tới ít nhất 10 tỷ USD, nên bất kỳ mẫu máy bay nào khác cũng sẽ cần thêm nguồn vốn đầu tư mới.

Giáo sư R. John Hansman, người đứng đầu Trung tâm Quốc tế Vận tải hàng không (tạm dịch từ: International Center for Air Transportation) của Viện Khoa học Massachusetts, Mỹ cho biết các thiết kế mới này được kỳ vọng sẽ giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm mức khí thải, chủ yếu nhờ giảm lực cản khí động học.

Thiết kế kiểu cánh liền thân và máy bay thân đôi có phần thân tròn, và sử dụng chính phần thân đó để tăng lực nâng thay vì chỉ dựa vào cánh như các mẫu máy bay truyền thống.

Mô hình Máy bay Cánh gia cố Cận âm của NASA. Ảnh: Harlen Capen / NASA

Với kiểu Máy bay Cánh gia cố Cận âm, dòng máy bay này vẫn có khoang hành khách dạng ống thông thường nhưng sẽ được thiết kế để có hiệu quả khí động học tối đa và có thể tăng áp suất trong khoang máy bay, giúp hành khách có thể hít thở dễ dàng hơn. Dòng máy bay này sẽ có đôi cánh mỏng và dài hơn để giảm lực cản không khí khi bay, nhưng sẽ phải được thiết kế kỳ công hơn và cần thêm bộ phận đỡ cánh, giảm áp lực tại điểm kết nối với thân máy bay.

Trong khi 2 ông lớn của ngành hàng không là Boeing và Airbus vẫn luôn phát triển các thiết kế khác lạ, ngành hàng không nhìn chung sẽ chọn lựa phương thức ít tốn kém hơn - cải tiến trên thiết kế thông thường. Các nhà sản xuất máy bay thường không muốn trở thành lá cờ tiên phong do chi phí để đầu tư cho một thiết kế hoàn toàn mới là quá lớn.

Những vị khách thường xuyên của ngành hàng không ủng hộ mục tiêu giảm vết carbon (tạm dịch từ: Carbon Footprint) nhưng cũng sẽ luôn đi kèm câu hỏi về tính kinh tế. Ông John Plueger, giám đốc điều hành của Air Lease (một trong những đơn vị cho thuê máy bay lớn nhất thế giới) chia sẻ: "Liệu thế giới có sẵn sàng móc hầu bao?"

Ông Rich Wahls tại Chương trình Hợp tác Bay Bền vững Mỹ (đơn vị tổ chức cuộc thi thiết kế máy bay) cho biết: "Nếu chúng tôi không làm thì sẽ không có bất cứ thay đổi nào cả. [...] Chúng ta phải thật nhanh áp dụng những thiết kế này vào những chiếc máy bay hiện hành để có thể tạo ra thay đổi tích cực về khí hậu".

Các đội thi tham gia phải cho thấy rằng thiết kế của họ có thể được sản xuất đại trà với số lượng tối thiểu 60 chiếc/tháng. Cuộc thi này cũng song hành với nỗ lực sử dụng năng lượng mới của cả ngành hàng không, bao gồm cả các loại năng lượng như hydro hay điện, và cả các vật liệu mới như composite và các phương thức sản xuất mới.

Thiết kế mẫu máy bay cánh liền thân 500 chỗ ngồi của German Aerospace Center (Trung tâm Hàng không Đức). Đồ họa: German Aerospace Center

Ông Rich Wahls cho biết tiếp: "Tôi tin rằng sẽ có nhiều thay đổi trong vòng 20 năm nữa".

Trong khi Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc và nhiều quốc gia châu Âu như Pháp, Đức, Anh cũng đang hướng đến đột phá trong thiết kế máy bay, NASA cho rằng họ cũng đang cố gắng để đưa Mỹ trở thành quốc gia đi đầu.

Máy bay kiểu mới trong cuộc thi của NASA sẽ phải đối mặt với một khó khăn: Liệu khách hàng có dám bước lên chiếc máy bay có hình thù khác lạ?

Thực ra, sự chấp nhận của khách hàng cũng là một trong những tiêu chí của cuộc thi.

Theo Wall Street Journal