12:01 25/11/2024
Chuyển đổi xanh
Theo SCMP, nhóm nhà khoa học Trung Quốc của Cơ sở tuabin khí AECC Tứ Xuyên do chuyên gia Zhang Shaoping dẫn đầu, đã tạo ra lớp "da cá mập" bên trong động cơ phản lực cánh quạt bằng công nghệ in 3D chính xác, kết hợp hợp kim titan có độ bền cao, "giúp giảm 10% lực cản và tăng đáng kể hiệu suất của động cơ".
"Da cá mập" nhân tạo có tác dụng giảm lực cản bề mặt khi di chuyển với tốc độ cao. Do đó, trong nhiều năm qua, giới khoa học luôn tìm cách đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế, từ ứng dụng trong các lĩnh vực quân sự, hàng không, cho đến công nghệ chế tạo đồ bơi.
Bước đột phá này có thể giúp Trung Quốc “bắt kịp, thậm chí vượt qua” Mỹ và các đồng minh trong cuộc đua phát triển động cơ hàng không thế hệ tiếp theo.
Máy bay tàng hình J-20 của Trung Quốc. (Ảnh: Tân Hoa Xã)
Thế hệ động cơ mới đòi hỏi mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn để có lực đẩy lớn hơn, nhưng con đường phía trước đầy rẫy những thách thức. Chẳng hạn như Không quân Mỹ cho biết năm ngoái họ lên kế hoạch từ bỏ Chương trình Chuyển đổi Động cơ Thích ứng (AETP) để phát triển động cơ máy bay chiến đấu thế hệ tiếp theo mới, thay vào đó tập trung vào việc nâng cấp các động cơ hiện có.
Tuy nhiên, họ lo ngại Trung Quốc có thể nắm bắt cơ hội này để bắt kịp.
John R. Sneden, chuyên gia động cơ đẩy của Không quân Mỹ, cho biết: “Bắc Kinh đang đầu tư mạnh mẽ vào việc phát triển và sản xuất các công nghệ động cơ hiệu quả và các khoản đầu tư này lớn hơn đáng kể so với chúng tôi về mặt động cơ, cho phép họ thu hẹp khoảng cách".
Ông nói thêm: “Chúng tôi đang đánh mất vị trí dẫn đầu về động cơ vào tay Trung Quốc”.
Hôm 30/5, Trung Quốc áp dụng các hạn chế xuất khẩu đối với các thành phần động cơ phản lực tiên tiến, thiết bị sản xuất và công nghệ có ứng dụng tiềm năng trong quân sự. Theo dữ liệu hải quan của Trung Quốc, Mỹ là nước nhập khẩu hàng đầu các sản phẩm hàng không vũ trụ của Trung Quốc trong 4 tháng đầu năm.
Theo một số ước tính, Trung Quốc bị cho là tụt hậu so với Mỹ về công nghệ động cơ máy bay lên đến 30 năm. Không quân Trung Quốc chỉ mới bắt đầu đưa động cơ WS-15 vào hoạt động trên máy bay tàng hình J-20, trong khi động cơ F119 của Mỹ trên tiêm kích F-22 đã bắt đầu sản xuất vào những năm 1990.
Tuy nhiên, khi sản xuất động cơ chuyển từ phương pháp truyền thống sang in 3D, khoảng cách đó đang được thu hẹp nhanh chóng.
Tháng 12/2022, tập đoàn Mỹ General Electric đã công bố phần khung trung tâm tuabin được chế tạo bằng in 3D laser. Chỉ 1 năm sau, nhóm của Zhang đăng tải bài báo giới thiệu một cấu trúc lớn hơn và phức tạp hơn của General Electric.
Với sự cộng tác của Đại học Bách khoa Tây Bắc, viện nghiên cứu quốc phòng hàng đầu của Trung Quốc hiện đang bị Mỹ trừng phạt, nhóm của Zhang đạt được kỳ tích này nhờ một bộ phận được gọi là vỏ trung gian. Với đường kính hơn 1 m, nó có các rãnh mô phỏng sinh học chỉ sâu từ 15 - 35 micromet, mỏng hơn sợi tóc.
Trước đây, việc in 3D một bộ phận bằng hợp kim cứng, vừa lớn vừa có độ chính xác tinh vi như vậy được xem là bất khả thi.
Vỏ trung gian là thành phần chịu lực quan trọng và phức tạp nhất của động cơ máy bay. Nó không chỉ kết nối quạt hút phía trước của động cơ và máy nén mà còn đóng vai trò kết nối giữa động cơ và thân máy bay.
Lớp vỏ trung gian cần chịu được tác động của các loại khí có áp suất và nhiệt độ cao đồng thời truyền lực đẩy và mô-men xoắn của động cơ tới máy bay. Mặc dù điểm mỏng nhất chỉ 3 mm nhưng nó có thể chịu tải trọng hơn 10 tấn, đặt ra những thách thức đáng kể về thiết kế và sản xuất.
Với công nghệ in 3D, nhóm của Zhang đã tạo ra một nguyên mẫu nhẹ hơn 25% so với kiểu đúc truyền thống, nhưng vẫn đủ mạnh để chịu được các tác động như va chạm với chim bay.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm xác nhận nó "đáp ứng các yêu cầu về đặc tính cơ học, giảm trọng lượng và khả năng sản xuất", nhà khoa học Trung Quốc cho biết.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng công nghệ in 3D vẫn phải đối mặt với những thách thức đáng kể để đạt được sản xuất hàng loạt.
Mặc dù công nghệ sản xuất bồi đắp laser siêu tốc hiện đại đã đạt được độ chính xác 3 micromet, nhưng ứng suất và biến dạng do quá trình gia nhiệt và làm mát nhanh chóng trong quá trình nóng chảy và đông đặc vật liệu vẫn gây đau đầu cho các nhà máy.
Dù vậy, các nhà nghiên cứu vẫn tin rằng công nghệ này sẽ cách mạng hóa ngành hàng không trong tương lai gần.
"Các cánh quạt rỗng sẽ không còn bị giới hạn trong các cấu trúc tổ ong hoặc giàn truyền thống nữa, mà có thể sử dụng các bộ khung bên trong được tối ưu hóa về mặt cấu trúc liên kết kết hợp với các cấu trúc mạng tinh thể hoặc thậm chí là siêu vật liệu. Tỷ lệ rỗng có thể tăng lên trên 45% và dự kiến sẽ có khả năng chống va chạm tốt hơn", nhóm của Zhang viết trong bài báo.
Các nhà khoa học cho biết, bằng cách tích hợp công nghệ thiết kế và sản xuất bồi đắp, đường ống và kênh làm mát cũng có thể được nhúng vào vỏ để cải thiện hiệu suất làm mát.
Họ nói thêm: "Bằng cách sử dụng hợp kim nhớ hình dạng, chúng tôi cũng có thể thiết kế và sản xuất các vòi xả thông minh với chức năng điều chỉnh thích ứng, loại bỏ các cấu trúc cơ học phức tạp và đạt được mức giảm trọng lượng cấu trúc đáng kể”.