Trung Quốc phát triển động cơ siêu thanh đạt tốc độ Mach 9 bằng nhiên liệu hàng không giá rẻ

VietTimes – Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã phát triển động cơ sóng kích nổ siêu thanh đầu tiên trên thế giới có khả năng cung cấp năng lượng cho chuyến bay với tốc độ gấp 9 lần âm thanh bằng nhiên liệu máy bay giá rẻ.

Mô hình máy bay phản lực siêu thanh. Ảnh SCMP.

Mô hình máy bay phản lực siêu thanh. Ảnh SCMP.

Nhóm nghiên cứu do Liu Yunfeng, kỹ sư cao cấp của Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu công bố các chi tiết kỹ thuật của động cơ chạy bằng dầu hỏa trong một bài báo đăng trên Tạp chí Thí nghiệm về Cơ học Chất lỏng vào ngày 11/11.

Theo thông cáo báo chí, nhóm nhà khoa học đã tiến hành một số thí nghiệm thành công trên mặt đất với động cơ kích nổ xiên, tạo ra lực đẩy bằng một loạt vụ nổ nhiên liệu dầu hỏa, được thực hiện trong đường hầm xung kích siêu thanh JF-12 ở Bắc Kinh đầu năm 2022.

Nhóm nghiên cứu viết: “Chưa có kết quả thử nghiệm nào đối với động cơ kích nổ siêu thanh sử dụng dầu hỏa hàng không được đăng công khai trước đây.

Trung Quốc phát triển động cơ siêu thanh đạt tốc độ Mach 9 bằng nhiên liệu hàng không giá rẻ ảnh 1
Các nhà khoa học Trung Quốc đã thử nghiệm động cơ sóng kích nổ siêu thanh của họ trong đường hầm xung kích JF-12 ở Bắc Kinh. Ảnh: Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc

Một động cơ phản lực kích nổ có thể hoạt động hiệu quả và mạnh mẽ hơn các động cơ siêu thanh hiện nay như động cơ phản lực scramjet. Sóng kích nổ kích hoạt một loạt vụ nổ, xảy ra gần như tức thời, giải phóng năng lượng lớn hơn nhiều so với quá trình đốt cháy thông thường với cùng một lượng nhiên liệu ở tốc độ trên Mach 8.

Các nhà khoa học trên thế giới đã chế tạo được động cơ kích nổ, nhưng chủ yếu sử dụng hydro làm nhiên liệu. Loại động cơ này có giá thành cao và nguy cơ phát nổ bất ngờ. Động cơ của nhóm kỹ sư Liu sử dụng RP-3, loại nhiên liệu phản lực được sử dụng trên các máy bay Trung Quốc.

Ông nói: “Dầu hỏa hàng không là nhiên liệu được lựa chọn cho các động cơ cháy bằng không khí do mật độ năng lượng cao, dễ bảo quản và vận chuyển.

Ý tưởng sử dụng nhiên liệu phản lực để cung cấp năng lượng cho động cơ siêu thanh xuất hiện trong nhiều thập kỷ, nhưng quy trình đốt cháy dầu hỏa trong dòng không khí cực nóng và nhanh gặp nhiều khó khăn, trở thành thách thức lớn trong quy trình công nghệ. Ông Liu nhấn mạnh: “dầu hỏa trong không khí nóng không dễ bị kích nổ”.

Dầu hỏa khi bị đốt cháy chậm hơn hydro, vì vậy động cơ chạy bằng nhiên liệu dầu hỏa yêu cầu buồng kích nổ dài để giữ hỗn hợp nhiên liệu - không khí trong thời gian nhiều hơn, cho phép cháy triệt để nhiên liệu. Các mô hình máy tính ước lượng buồng kích nổ của động cơ chạy bằng dầu hỏa cần dài hơn 10 lần so với động cơ sử dụng hydro.

Theo nhóm nghiên cứu, tăng thêm chiều dài là không thể đối với hầu hết các phương tiện bay siêu thanh, phải tiết kiệm từng milimet trong thiết kế.

Trung Quốc phát triển động cơ siêu thanh đạt tốc độ Mach 9 bằng nhiên liệu hàng không giá rẻ ảnh 2

Động cơ của nhóm nghiên cứu Trung Quốc đốt cháy dầu hỏa hàng không, tạo ra một loạt vụ nổ trong vòng một phần nghìn giây sau khi đánh lửa. Ảnh: Viện Cơ học, Viện Khoa học Trung Quốc.

Nhưng các nhà khoa học Trung Quốc đã tìm được giải pháp, bằng một sửa đổi đơn giản, thêm một vết lồi có kích thước bằng ngón tay cái vào bề mặt cửa hút gió của động cơ sẽ khiến việc đánh lửa dầu hỏa dễ dàng hơn và vẫn giữ kích thước của buồng đốt nhỏ.

Khi không khí sạch đến miệng hẹp cửa hút gió hình nêm của động cơ, các phân tử không khí chuyển động nhanh được nén lại và làm nóng. Không khí nóng trộn với những hạt dầu hỏa nhỏ (sol), vỡ ra tạo thành các phần tử nhỏ hơn nữa. Hỗn hợp không khí và nhiên liệu chạm vào vết lồi trên bề mặt nhẵn của đầu vào tạo thành sóng xung kích và hỗn hợp nhiên liệu không khí phát nổ

Kết quả của cuộc thử nghiệm, được tiến hành với các điều kiện đốt khác nhau trong đường hầm JF-12 cho thấy, các sóng xung kích do va chạm không chỉ có thể đốt cháy dầu hỏa mà còn giới hạn vụ nổ trong một không gian nhỏ, tạo ra lực đẩy ổn định.

Trung Quốc đến nay đã phát triển một số tên lửa siêu thanh như DF-17 và YJ-21, có khả năng tấn công các mục tiêu được bảo vệ chắc chắn hoặc chiến hạm đang di chuyển, tên lửa có tốc độ đủ nhanh để chọc thủng hầu hết các hệ thống phòng không.

Hiện nay, các nhà khoa học hàng không đang nghiên cứu sử dụng động cơ siêu thanh vào mục đích dân sự hoặc lưỡng dụng.

Chính phủ Trung Quốc có kế hoạch tìm kiếm những ứng dụng dân sự cho công nghệ siêu thanh, nghiên cứu phương án chế tạo máy bay, có thể vận chuyển hành khách đến bất cứ đâu trên hành tinh trong vòng một hoặc hai giờ.

Nhà thầu quốc phòng Lockheed Martin cũng có kế hoạch thực hiện chuyến bay thử nghiệm đầu tiên của SR-72, máy bay do thám siêu thanh không người lái được gọi là "Con trai của Blackbird" vào năm 2025.

Máy bay siêu thanh phải có khả năng thực hiện những chuyến bay đường dài thông thường trong điều kiện khắc nghiệt. Theo các nhà khoa học và kỹ sư phát triển công nghệ, phát triển những vật liệu bền vững với nhiệt độ rất cao, giảm chi phí thiết kế chế tạo và vận hành hiện đang là thách thức rất lớn cho ứng dụng dân sự.

Theo South China Morning Post