Trung Quốc hoàn thành đường hầm gió siêu thanh mạnh nhất thế giới

Nằm ở quận Huairou miền núi phía Bắc Bắc Kinh, đường hầm gió JF-22 có đường kính 4 mét (13 feet) và có thể tạo ra tốc độ luồng không khí lên tới 10 km (6,2 dặm) mỗi giây, theo đánh giá cuối cùng được tiến hành vào ngày 30 tháng 5.

JF-22, đặt tại Bắc Kinh, có thể mô phỏng các điều kiện bay khắc nghiệt với tốc độ gấp 30 lần âm thanh. Ảnh: SCMP

Điều đó khiến nó trở thành đường hầm gió lớn nhất và nhanh nhất trên thế giới, có khả năng mô phỏng các điều kiện bay siêu thanh lên tới Mach 30, theo Viện Cơ học Trung Quốc, chủ sở hữu của cơ sở này.

Viện này cho biết trong một tuyên bố hôm thứ Sáu rằng đường hầm sẽ “hỗ trợ nghiên cứu và phát triển hệ thống vận chuyển không gian và máy bay siêu thanh của Trung Quốc”. Để so sánh, đường hầm Mach 10 tại Trung tâm nghiên cứu Langley của Nasa ở Mỹ, một cơ sở thử nghiệm siêu thanh chính, có đường kính phần thử nghiệm gần 0,8 mét. Phần thử nghiệm lớn hơn cho phép các nhà nghiên cứu đưa các mô hình máy bay lớn hơn hoặc thậm chí toàn bộ thiết bị vào đường hầm gió để thu được dữ liệu chuyến bay chính xác hơn.

JF-22 là một phần không thể thiếu trong các mục tiêu mà chính phủ Trung Quốc đề ra để đạt được vào năm 2035. Đến lúc đó, Bắc Kinh hy vọng sẽ triển khai một phi đội máy bay siêu thanh có thể chở hàng nghìn hành khách vào vũ trụ mỗi năm hoặc đến bất kỳ đâu trên hành tinh trong vòng một giờ. Nhưng những chiếc máy bay như vậy phải có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cực cao của chuyến bay siêu thanh, đồng thời duy trì quỹ đạo bay ổn định và môi trường an toàn, thoải mái cho hành khách.

Với tốc độ gấp năm lần âm thanh, các phân tử không khí xung quanh máy bay bắt đầu bị nén và nóng lên cao, dẫn đến một hiện tượng được gọi là phân ly phân tử. Các phân tử không khí vỡ ra thành các nguyên tử cấu thành của chúng, sau đó các nguyên tử này có thể phản ứng với nhau để tạo thành các chất hóa học mới.

Theo viện nghiên cứu, hiểu được tính chất vật lý phức tạp của các dòng chảy liên quan đến sự phân ly phân tử là rất quan trọng đối với sự phát triển của máy bay siêu thanh. Bằng cách nghiên cứu các hiện tượng trong môi trường phòng thí nghiệm khi sử dụng các cơ sở như đường hầm gió, các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu cách các phương tiện siêu thanh tương tác với môi trường xung quanh và phát triển các công nghệ mới để cải thiện hiệu suất và độ an toàn của chúng.

Thử nghiệm đường hầm gió cũng có thể giúp xác định các vấn đề tiềm ẩn hoặc lỗi thiết kế trước khi phương tiện thực sự được chế tạo và bay, giảm nguy cơ hỏng hóc hoặc tai nạn. Theo một số ước tính, việc mô phỏng các điều kiện của chuyến bay Mach 30 bên trong một đường hầm lớn, đòi hỏi năng lượng tương đương với năng lượng do đập Tam Hiệp tạo ra - một điều không thể thực hiện được.

Giáo sư Jiang Zonglin, nhà khoa học hàng đầu của dự án JF-22, đã đưa ra một giải pháp sáng tạo. Để tạo ra luồng không khí tốc độ cao cần thiết cho thử nghiệm siêu thanh, Jiang đã đề xuất một loại máy tạo sóng xung kích mới được gọi là “trình điều khiển sóng xung kích trực tiếp phản xạ”. Trong các đường hầm gió siêu thanh truyền thống, luồng không khí được tạo ra bởi một quá trình gọi là "giãn nở", trong đó khí áp suất cao nhanh chóng được giải phóng vào buồng áp suất thấp, tạo ra luồng siêu thanh.

Tuy nhiên, phương pháp này có những hạn chế khi tạo ra tốc độ và nhiệt độ cực cao cần thiết cho thử nghiệm siêu âm. Trình điều khiển sóng xung kích phản xạ của Jiang khắc phục những hạn chế này bằng cách sử dụng một loạt các vụ nổ được định thời gian chính xác để tạo ra một loạt sóng xung kích phản xạ lẫn nhau và hội tụ tại một điểm duy nhất.

Kết quả là sự bùng nổ năng lượng dữ dội được sử dụng để điều khiển luồng không khí trong đường hầm gió ở tốc độ cực cao. Theo viện này, sự đổi mới đã mở đường cho nhiều tiến bộ hơn bằng cách mang lại độ chính xác và hiệu quả cao hơn cho nghiên cứu về chuyến bay siêu thanh.

Bằng cách kết hợp dữ liệu, các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về cách các vật liệu và thiết kế khác nhau hoạt động trong một loạt các điều kiện bay và sử dụng thông tin đó để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của vũ khí hoặc máy bay siêu thanh. Theo nhóm của Jiang, các cơ sở này có thể đưa Trung Quốc đi trước các đối thủ cạnh tranh nhiều năm.

Mai Anh (theo SCMP)