NASA chuẩn bị thử nghiệm máy bay siêu thanh, giảm tiếng ồn – tiềm năng đột phá ngành hàng không dân dụng.

Những thứ tưởng trừng chỉ có trong trí tưởng tượng của chúng ta, chẳng hạn như việc bay vòng quanh thế giới trong nháy mắt mà không có một ai cảm thấy phiền toái về tiếng ồn. Điều này sắp được NASA hiện thực hóa, hứa hẹn tạo ra bước tiến mới trong ngành vận tải, hàng không dân dụng. Mặc dù nhiều thập kỷ trước đây không thể.

Mặc dù, thực tế các loại máy bay chiến đấu thường bay với tốc độ vượt âm thanh nhiều lần. Tuy nhiên, các loại máy bay thương mại hiện nay khi bay qua các khu vực dân cư đều không thể “bớt ồn ào” được. Nguyên nhân là tiếng nổ siêu thanh và các sóng xung kích tạo ra bởi các vật thể dịch chuyển nhanh hơn so với tốc độ âm thanh. Luồng năng lượng này dư sức làm vỡ cửa kính, thậm chí còn ảnh hưởng đến thính lực. Vấn đề này tương tự trên máy bay siêu thanh Concorde đã từng được phát triển 2 thập kỷ trước đây.

Tuy nhiên, NASA đang hiện thực hóa giấc mơ bay siêu thanh này một lần nữa. Tại Trung tâm nghiên cứu bay Armstrong tại ngoại ô Lancaster, California (Mỹ). NASA đã và đang tiến hành phát triển mẫu máy bay mới có số hiệu X-59 QueSST. Mẫu máy bay thử nghiệm này được thiết kế nhằm bay vượt tốc độ âm thanh, đồng thời tạo ra tiếng ồn cực thấp (công nghệ siêu thanh không tiếng ồn).

Thực tế chứng minh, máy bay siêu thanh truyền thống trước đây, có thể tạo ra những vụ nổ âm thanh vượt mức 100 decibel trong quá trình bay. Một trong những nguyên nhân chính khiến Cục Quản lý Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) cấm việc các máy bay siêu thanh thương mại trên đất liền vào năm 1973.

Mọi thứ với X-59 lại hoàn toàn khác, nó được thiết kế với mục đích giảm thiểu sóng xung kích gây ra những tiếng nổ siêu thanh trong quá trình bay. Thiết kế của nó giúp việc phát tiếng ồn chỉ còn 75 decibel. Âm thanh này chỉ lớn ngang với tiếng sập cửa xe ô tô ở trên đường.

Để có thể thiết kế ra chiếc máy bay đặc biệt ít tiếng ồn này.  NASA và Lockheed Martin đã quay lại với nguyên tắc cơ bản trong thiết kế khí động học. Cuối cùng, thành quả thu được là nguyên mẫu thiết kế máy bay đơn giản và công nghệ tiên tiến.

Trong các nhà kho không cửa sổ tại sa mạc California, các công nhân và kỹ thuật viên của NASA đang tiến hành lắp ráp máy bay X-59 để chuẩn bị cho cuộc thử nghiệm đầu tiên. Quan sát bên ngoài, có thể thấy chiếc máy bay mũi nhọn trông như thiết kế ở trong truyện khoa học viễn tưởng trong những năm 1950. Với đường cong liền mạch và một buồng lái chính giữa.

X-59 được mô tả là loại máy bay siêu thanh với thiết kế tương lai. Mục tiêu của dự án là thuyết phục được cơ quan quản lý hàng không dân dụng Mỹ (FAA) hủy bỏ lệnh cấm chở khách bằng các phương tiện bay siêu thành hoạt động trên phạm vi đất liền. Sự thay đổi này hi vọng sẽ mở ra hướng đi mới cho ngành du lịch siêu thanh trong tương lai. Đây cũng là lần đầu tiên có một phương tiện bay siêu thanh nhanh hơn so với tốc độ âm thanh (kể từ khi máy bay Concorde ngừng hoạt động vào năm 2003).

Để có thể hiểu về cách thức hoạt động của tiếng nổ siêu thanh. Chúng ta sẽ tìm hiểu về nguyên lý cơ bản của vật lý âm thanh.

Theo đó, khi máy bay đang bay trong không trung, luồng không khí xung quanh nó sẽ bị đẩy về phía trước, tạo ra dòng sóng không khí nén xung quanh. Tuy nhiên, khi chiếc máy bay bay với tốc độ siêu thanh. Nó sẽ di chuyển nhanh hơn so với sóng nén. Kết quả, dòng sóng xung kích xung quanh thân máy bay tạo ra sẽ truyền xuống mặt đất dưới dạng tiếng nổ siêu thanh.

Hơn nữa, các thay đổi về hình dạng, thiết kế trên thân máy bay. Chẳng hạn như, buồng lái nhô ra phần phía trước, có thể tạo ra những luồng sóng xung kích. Từ đó, giảm tối đa luồng sóng xung kích truyền xuống mặt đất. Để giải quyết vấn đề này, các chuyên gia thiết kế cần thay đổi hình dạng của thân máy bay và làm cho nó trở nên thuôn, dài hơn. Đặc biệt, phần bề mặt cần phải trơn và nhẵn hơn so với các phần khác phân bổ dọc theo thân máy bay.

Điều này được NASA và Lockheed Martin đã áp dụng với thân máy bay X-59. Theo đó, thân máy bay dài 30,4 m, nhưng chỉ chở được 1 hành khách. Đặc biệt, với độ dài hơn 9m. Phần mũi máy bay chiếm khoảng 1/3 chiều dài của máy bay. Nối liền với phần cánh mũi tên, động cơ duy nhất ở phía sau.

Với phần động cơ dài 4 m do General Electric Aviation sản xuất chuyên biệt. Động cơ này sẽ cung cấp lực đẩy lên tới 9.979 kg, giúp máy bay X-59 đạt tốc độ Mach 1,4 (1.728 km/h) ở độ cao 16.764 m.

Theo trưởng nhóm kỹ thuật thử nghiệm âm thanh NASA, ông Larry Cliatt cho biết: “Dự án thiết kế máy bay X-59  có tất cả các đặc điểm nhằm đảm bảo sóng xung kích được tạo ra trong không trung. Đồng thời, không tạo thành các tiếng nổ siêu thanh với tần số âm thanh lớn”.

Một phương pháp bay mới

Với phần thân máy bay X-59 thuôn dài, thuôn tới mức buồng lái của nó không có cửa sổ trời phía trước. Thay vào đó, các phi công sẽ sử dụng hệ thống tầm nhìn ngoài (XVS) được NASA thiết kế nhằm điều khiển máy bay.

Cơ chế hoạt động của XVS sử dụng hai camera phía trên vào dưới mũi máy bay. Nhằm cung cấp hình ảnh quan sát (mặt trước) của máy bay theo thời gian thực, hình ảnh sẽ được hiển thị trên màn hình HD. Hơn nữa, XVS cũng hoạt động trên các màn hình chất lượng hình ảnh cao (HUD). Chiếu dữ liệu về tốc độ cao, tốc độ bay và đường bay.

NASA đã thử nghiệm XVS trong thiết bị mô phỏng máy bay X-59 tại cơ sở Armstrong. Theo đó, XVS cho phép phi công có thể theo dõi và phát hiện cảnh báo lóe lên hoặc các chữ màu tại chân màn hình. Đây chính là điều mà họ không bao giờ thấy trên các cửa sổ buồng lái của các loại máy bay thông thường.

Giai đoạn 2022, NASA và Lockheed Martin đã tiến hành các cuộc thử nghiệm ban đầu đối với X-59. Tuy nhiên, các cuộc thử nghiệm thực sự với chiếc máy bay này sẽ diễn ra vào năm 2023. Trong giai đoạn  “kiểm duyệt âm thanh”, NASA sẽ cho X-59 cất cánh và đảm bảo tiếng nổ siêu thanh được giảm thiểu ở mức tối đa trong khả năng. Các cuộc thử nghiệm tiếng ồn với các dòng máy bay chiến đấu như F15 cũng sẽ được tiến hành, để so sánh với tiếng ồn giữa X-59 sinh ra trong quá trình thực hiện các chuyến bay.

Ngoài ra, NASA sẽ tiến hành lắp đặt hàng loạt microphone dọc theo lộ trình dài 48 km trên sa mạc Mojave (California) trong giai đoạn tiến hành thử nghiệm trên sa mạc Mojave (California). Nhằm đo tiếng ồn, để đảm bảo rằng chiếc máy bay này hoạt động đúng như kế hoạch.

Sau khi quá trình thử nghiệm tiếng ồn giai đoạn đầu này tiến hành xong. Giai đoạn 3 của cuộc thử nghiệm X-59 sẽ được tiến hành vào năm 2025. Khi đó, các máy bay sẽ bay qua một số thành phố và thị trấn tại Mỹ, nhằm đánh giá về phản ứng của cộng đồng. Khi quá trình thử nghiệm kết thúc, NASA sẽ gửi các dữ liệu và báo cáo cho các nhà Lập pháp tại Mỹ, nhằm đảm bảo hạn chế với những loại máy bay siêu thanh.

Nếu thử nghiệm thành công, X-59 hứa hẹn sẽ mở ra một chương mới trong ngành công nghiệp hàng không dân dụng. GIúp các công ty và hãng máy bay tư nhân trên thế giới. Giới thiệu về máy bay siêu thanh với hành khách hàng ngày trên khắp thế giới.