Sau 5 năm xây dựng, đường hầm gió lớn và nhanh nhất thế giới đi vào hoạt động ở vùng phụ cận thủ đô Bắc Kinh.
Đường hầm gió JF-22 có thể mô phỏng tốc độ siêu thanh Mach 30. Ảnh: SCMP
Nằm ở quận Hoài Nhu phía bắc Bắc Kinh, đường hầm gió JF-22 có đường kính 4 m và có thể tạo ra dòng khí với vận tốc lên tới 10 km/s, theo đánh giá cuối cùng tiến hành hôm 30/5. Điều đó biến công trình thành đường hầm gió lớn và nhanh nhất thế giới, có thể mô phỏng điều kiện bay siêu thanh tới Mach 30 (37.044 km/h), theo Viện Cơ khí, cơ quan quản lý JF-22.
Đường hầm này sẽ "hỗ trợ nghiên cứu và phát triển hệ thống vận chuyển không gian và máy bay siêu thanh của Trung Quốc", theo thông báo hôm 2/6 của viện. Để so sánh, đường hầm Mach 10 (12.348 km/h) tại Trung tâm nghiên cứu Langley của NASA ở Mỹ, một cơ sở thử nghiệm siêu thanh chủ chốt, có đường kính khoang kiểm tra gần 0,8 m. Khoang kiểm tra lớn hơn cho phép các nhà nghiên cứu đưa những mô hình máy bay to, thậm chí toàn bộ vũ khí vào đường hầm gió để thu dữ liệu bay chính xác hơn. Phần lớn tên lửa liên lục địa có đường kính dưới 4 m.
JF-22 gắn liền với mục tiêu do chính phủ Trung Quốc đặt ra và nỗ lực hoàn thành vào năm 2035. Đó là triển khai đội máy bay siêu thanh có thể chở hàng nghìn hành khách vào không gian mỗi năm, hoặc tới bất kỳ nơi nào trên hành tinh trong vòng một giờ. Nhưng máy bay như vậy phải chịu được nhiệt độ và áp suất cực hạn của bay siêu thanh, duy trì đường bay ổn định cũng như môi trường an toàn, thoải mái cho hành khách.
Ở tốc độ gấp 5 lần vận tốc âm thanh, phân tử khí quanh máy bay bắt đầu bị nén lại và nóng lên, dẫn tới hiện tượng phân ly phân tử. Các phân tử khí vỡ thành những nguyên tử cấu thành, chúng có thể phản ứng với nhau để hình thành chất hóa học mới. Việc hiểu rõ đặc điểm vật lý phức tạp của dòng khí đi liền với phân ly phân tử đóng vai trò chủ chốt trong phát triển máy bay siêu thanh.
Thông qua nghiên cứu hiện tượng ở môi trường thí nghiệm như đường hầm gió, nhà khoa học có thể khám phá cách phương tiện siêu thanh tương tác với môi trường xung quanh, đồng thời phát triển công nghệ mới nhằm cải thiện hiệu suất và độ an toàn. Thử nghiệm trong đường hầm gió có thể giúp xác định vấn đề tiềm ẩn hoặc lỗi thiết kế trước khi phương tiện được chế tạo và bay thử, giảm rủi ro thất bại hoặc tai nạn.
Theo một số ước tính, mô phỏng điều kiện bay Mach 30 bên trong đường hầm gió lớn đòi hỏi lượng điện tương đương công suất của đập Tam Hiệp, điều bất khả thi trong thực tế. Vì vậy, giáo sư Professor Jiang Zonglin, nhà khoa học đứng đầu dự án JF-22, nảy ra một sáng kiến.
Nhằm tạo ra dòng khí tốc độ cao cần thiết cho thử nghiệm siêu thanh, Jiang đề xuất một loại máy phát sóng xung kích mới gọi là "động cơ sóng xung kích trực tiếp phản xạ". Trong đường hầm gió thông thường, dòng khí sinh ra từ quá trình giãn nở, trong đó khí gas áp suất cao xả nhanh vào buồng áp suất thấp, tạo ra dòng siêu thanh. Tuy nhiên, phương pháp này có một số hạn chế khi cần tạo tốc độ và nhiệt độ cực cao để thử nghiệm siêu thanh.
Động cơ sóng xung kích phản xạ của Jiang khắc phục hạn chế bằng cách sử dụng một chuỗi vụ nổ theo thời gian chính xác để sản sinh hàng loạt sóng xung kích phản xạ lẫn nhau và đồng quy ở một điểm. Chớp năng lượng cực mạnh thu được sẽ dùng để đẩy dòng khí trong đường hầm gió ở tốc độ siêu cao.
Sáng kiến trên mở đường cho nhiều thành tựu bằng cách giúp nghiên cứu bay siêu thanh trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Sử dụng chất nổ để tạo năng lượng trong đường hầm gió đi kèm nhiều bất lợi như nguy hiểm với cả con người và thiết bị, tạo ra tiếng ồn và ô nhiễm không khí. Tuy nhiên, do nguồn năng lượng sinh ra từ các vụ nổ thay vì hệ thống máy móc cố định, có thể điều chỉnh cường độ và thời gian của vụ nổ để tạo dòng khí đa dạng phục vụ thử nghiệm nhiều loại phương tiện hoặc vật liệu khác nhau.
Hiệp hội Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc cử 16 chuyên gia độc lập đánh giá JF-22 ở một số lĩnh vực quan trọng, bao gồm thời gian thử nghiệm hiệu quả, tổng nhiệt độ, tổng áp suất và dòng chảy vòi phun. Họ kết luận JF-22 đạt hiệu suất hàng đầu thế giới. Cùng với đường hầm JF-12, JF-22 trở thành cơ sở thử nghiệm duy nhất trên mặt đất đáp ứng mọi mặt của phương tiện cận không gian.
Đường hầm gió JF-22 có thể mô phỏng tốc độ siêu thanh Mach 30. Ảnh: SCMP
Nằm ở quận Hoài Nhu phía bắc Bắc Kinh, đường hầm gió JF-22 có đường kính 4 m và có thể tạo ra dòng khí với vận tốc lên tới 10 km/s, theo đánh giá cuối cùng tiến hành hôm 30/5. Điều đó biến công trình thành đường hầm gió lớn và nhanh nhất thế giới, có thể mô phỏng điều kiện bay siêu thanh tới Mach 30 (37.044 km/h), theo Viện Cơ khí, cơ quan quản lý JF-22.
Đường hầm này sẽ "hỗ trợ nghiên cứu và phát triển hệ thống vận chuyển không gian và máy bay siêu thanh của Trung Quốc", theo thông báo hôm 2/6 của viện. Để so sánh, đường hầm Mach 10 (12.348 km/h) tại Trung tâm nghiên cứu Langley của NASA ở Mỹ, một cơ sở thử nghiệm siêu thanh chủ chốt, có đường kính khoang kiểm tra gần 0,8 m. Khoang kiểm tra lớn hơn cho phép các nhà nghiên cứu đưa những mô hình máy bay to, thậm chí toàn bộ vũ khí vào đường hầm gió để thu dữ liệu bay chính xác hơn. Phần lớn tên lửa liên lục địa có đường kính dưới 4 m.
JF-22 gắn liền với mục tiêu do chính phủ Trung Quốc đặt ra và nỗ lực hoàn thành vào năm 2035. Đó là triển khai đội máy bay siêu thanh có thể chở hàng nghìn hành khách vào không gian mỗi năm, hoặc tới bất kỳ nơi nào trên hành tinh trong vòng một giờ. Nhưng máy bay như vậy phải chịu được nhiệt độ và áp suất cực hạn của bay siêu thanh, duy trì đường bay ổn định cũng như môi trường an toàn, thoải mái cho hành khách.
Ở tốc độ gấp 5 lần vận tốc âm thanh, phân tử khí quanh máy bay bắt đầu bị nén lại và nóng lên, dẫn tới hiện tượng phân ly phân tử. Các phân tử khí vỡ thành những nguyên tử cấu thành, chúng có thể phản ứng với nhau để hình thành chất hóa học mới. Việc hiểu rõ đặc điểm vật lý phức tạp của dòng khí đi liền với phân ly phân tử đóng vai trò chủ chốt trong phát triển máy bay siêu thanh.
Thông qua nghiên cứu hiện tượng ở môi trường thí nghiệm như đường hầm gió, nhà khoa học có thể khám phá cách phương tiện siêu thanh tương tác với môi trường xung quanh, đồng thời phát triển công nghệ mới nhằm cải thiện hiệu suất và độ an toàn. Thử nghiệm trong đường hầm gió có thể giúp xác định vấn đề tiềm ẩn hoặc lỗi thiết kế trước khi phương tiện được chế tạo và bay thử, giảm rủi ro thất bại hoặc tai nạn.
Theo một số ước tính, mô phỏng điều kiện bay Mach 30 bên trong đường hầm gió lớn đòi hỏi lượng điện tương đương công suất của đập Tam Hiệp, điều bất khả thi trong thực tế. Vì vậy, giáo sư Professor Jiang Zonglin, nhà khoa học đứng đầu dự án JF-22, nảy ra một sáng kiến.
Nhằm tạo ra dòng khí tốc độ cao cần thiết cho thử nghiệm siêu thanh, Jiang đề xuất một loại máy phát sóng xung kích mới gọi là "động cơ sóng xung kích trực tiếp phản xạ". Trong đường hầm gió thông thường, dòng khí sinh ra từ quá trình giãn nở, trong đó khí gas áp suất cao xả nhanh vào buồng áp suất thấp, tạo ra dòng siêu thanh. Tuy nhiên, phương pháp này có một số hạn chế khi cần tạo tốc độ và nhiệt độ cực cao để thử nghiệm siêu thanh.
Động cơ sóng xung kích phản xạ của Jiang khắc phục hạn chế bằng cách sử dụng một chuỗi vụ nổ theo thời gian chính xác để sản sinh hàng loạt sóng xung kích phản xạ lẫn nhau và đồng quy ở một điểm. Chớp năng lượng cực mạnh thu được sẽ dùng để đẩy dòng khí trong đường hầm gió ở tốc độ siêu cao.
Sáng kiến trên mở đường cho nhiều thành tựu bằng cách giúp nghiên cứu bay siêu thanh trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Sử dụng chất nổ để tạo năng lượng trong đường hầm gió đi kèm nhiều bất lợi như nguy hiểm với cả con người và thiết bị, tạo ra tiếng ồn và ô nhiễm không khí. Tuy nhiên, do nguồn năng lượng sinh ra từ các vụ nổ thay vì hệ thống máy móc cố định, có thể điều chỉnh cường độ và thời gian của vụ nổ để tạo dòng khí đa dạng phục vụ thử nghiệm nhiều loại phương tiện hoặc vật liệu khác nhau.
Hiệp hội Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc cử 16 chuyên gia độc lập đánh giá JF-22 ở một số lĩnh vực quan trọng, bao gồm thời gian thử nghiệm hiệu quả, tổng nhiệt độ, tổng áp suất và dòng chảy vòi phun. Họ kết luận JF-22 đạt hiệu suất hàng đầu thế giới. Cùng với đường hầm JF-12, JF-22 trở thành cơ sở thử nghiệm duy nhất trên mặt đất đáp ứng mọi mặt của phương tiện cận không gian.