Nhật Bản thử nghiệm thành công động cơ ramjet cho máy bay siêu thanh

Theo BGR, nhóm kỹ sư tại Cơ quan Thám hiểm Hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA), Đại học Waseda, Đại học Tokyo và Đại học Keio đã hoàn thành thử nghiệm đốt cháy trên mặt đất với động cơ ramjet trên máy bay siêu thanh tốc độ 6.174 km/h (Mach 5). Đây là một phần của dự án nghiên cứu tập trung vào kiểm soát bộ khung và lực đẩy cho phương tiện siêu thanh.

Nhóm nghiên cứu lắp đặt máy bay thử nghiệm bên trong cơ sở kiểm tra động cơ ramjet tại Trung tâm Vũ trụ Kakuda của JAXA ở tỉnh Miyagi. Máy bay thử nghiệm được gắn vào đường hầm gió mô phỏng điều kiện ở độ cao khoảng 25 km, nơi không khí loãng hơn 100 lần so với mực nước biển. Ở độ cao đó với tốc độ Mach 5, không khí xung quanh mũi và rìa trước máy bay có thể đạt nhiệt độ trên 1.000 độ C, đặt ra thách thức lớn đối với thiết kế siêu thanh.

Để xử lý nhiệt độ cao như vậy, các kỹ sư xây dựng hệ thống chống nóng tiên tiến giúp duy trì nhiệt độ bên trong gần mức vận hành bình thường. Đồng thời, mạng lưới cảm biến lập bản đồ phân bố nhiệt bề mặt để kiểm tra những tính toán về tác động của nhiệt độ tới kết cấu, cung cấp thông tin quan trọng cho sản xuất phương tiện chở khách kích thước thật. Các nhà nghiên cứu cũng đo phân bố nhiệt độ khí thải từ động cơ ramjet sử dụng nhiên liệu hydro để thu thập dữ liệu về tác động môi trường.

Theo Interesting Engineering, thử nghiệm xác nhận hệ thống chống nóng, bề mặt điều khiển và động cơ ramjet của máy bay đạt hiệu suất cao trong điều kiện siêu thanh. Ở tốc độ Mach 5, cấu trúc chống nóng duy trì thành công nhiệt độ bên trong máy bay ở mức gần như bình thường, cho phép thiết bị điện tử và điều khiển hoạt động chính xác suốt thử nghiệm.

Khác với máy bay thông thường, các phương tiện siêu thanh đòi hỏi kết hợp chặt chẽ thiết kế khung máy bay và động cơ vì luồng khí và lực đẩy ảnh hưởng trực tiếp đến nhau ở tốc độ cực cao. Sóng xung kích hình thành quanh máy bay biến đổi luồng khí nạp vào động cơ trong khi lực đẩy ảnh hưởng đến độ ổn định khí động học của máy bay.

Ramjet, công nghệ cốt lõi của thử nghiệm, là động cơ phản lực hút khí không có bộ phận chuyển động. Loại động cơ này dựa vào chuyển động nhanh về trước để nén khí trước khi trộn với nhiên liệu và đốt cháy nhằm tạo lực đẩy, giúp đạt tốc độ vượt xa khả năng của động cơ turbine thông thường. Tuy nhiên, động cơ ramjet không thể hoạt động ở trạng thái đứng yên mà cần gia tốc đến tốc độ siêu âm trước.

Thành công của thử nghiệm cho thấy Nhật Bản đang tiến xa trong việc giải quyết thách thức lớn của kỹ thuật hàng không vũ trụ là duy trì động cơ ổn định, độ toàn vẹn cấu trúc và chống nóng khi di chuyển ở tốc độ siêu thanh. Giai đoạn tiếp theo của chương trình bao gồm việc gắn máy bay thử nghiệm lên tên lửa để bay thực tế ở tốc độ Mach 5. Theo JAXA, ứng dụng tương lai bao gồm chế tạo máy bay có khả năng di chuyển giữa Nhật Bản và Mỹ trong khoảng hai giờ, giảm đáng kể thời gian bay xuyên Thái Bình Dương từ mức trung bình hiện nay là 12-14 giờ.

Theo NASA, tốc độ Mach, đặt theo tên nhà vật lý Ernst Mach, là đơn vị đo giữa tốc độ của một vật thể và vận tốc âm thanh trong cùng một môi trường, được sử dụng phổ biến trong ngành hàng không quân sự và vũ trụ. Mach 1 bằng đúng vận tốc âm thanh (1.235 km/h) ở mực nước biển. Nếu bay ở tốc độ Mach 5, máy bay đang bay nhanh gấp 5 lần vận tốc âm thanh trong không khí. Nhiều máy bay quân sự đạt Mach 1,6-3. Trong lịch sử hàng không, hai mẫu chở khách từng đạt tốc độ siêu thanh là Concorde của Anh - Pháp (Mach 2,04, khoảng 2.410 km/h) và Tupolev Tu-144 của Liên Xô (Mach 2,35, khoảng 2.500 km/h).