Vì sao oanh tạc cơ Tu-95 dùng động cơ cánh quạt ngược chiều?

Nhìn vào Tu-95, chi tiết dễ gây chú ý nhất có lẽ không phải thân máy bay khổng lồ mà là 8 cánh quạt lớn ở phía trước 4 động cơ.

Mỗi động cơ Kuznetsov NK-12 dẫn động 2 cánh quạt đồng trục quay ngược chiều. Đây là một trong những hệ thống động lực đặc biệt nhất từng được sử dụng trên oanh tạc cơ chiến lược.

Về nguyên lý, động cơ turboprop vẫn sử dụng turbine khí để tạo công suất, nhưng thay vì biến phần lớn năng lượng thành luồng khí phản lực như động cơ turbojet, nó truyền công suất tới cánh quạt.

Cánh quạt sau đó gia tốc một khối lượng không khí lớn để tạo lực đẩy. Cách này có hiệu suất nhiên liệu tốt ở tốc độ dưới siêu âm, đặc biệt phù hợp với những máy bay cần bay rất xa.

Vấn đề là Tu-95 không phải một máy bay vận tải chậm. Nó cần bay với tốc độ rất cao đối với một máy bay cánh quạt.

Khi cánh quạt quay nhanh, đầu cánh có thể tiến tới hoặc vượt tốc độ âm thanh. Sóng xung kích xuất hiện, làm tăng lực cản, giảm hiệu suất và tạo tiếng ồn rất lớn.

Vì vậy, các kỹ sư Liên Xô phải tìm cách sử dụng công suất cực lớn của NK-12 mà không để cánh quạt phải quay quá nhanh.

Giải pháp là 2 bộ cánh quạt quay ngược chiều trên cùng một trục. Cánh quạt phía trước tạo lực đẩy nhưng đồng thời làm luồng khí phía sau mang theo chuyển động xoáy.

Cánh quạt phía sau quay theo chiều ngược lại có thể khai thác một phần năng lượng của dòng khí này, chuyển nó thành lực đẩy thay vì để năng lượng bị thất thoát dưới dạng xoáy.

Thiết kế này cũng giúp truyền công suất lớn mà không cần tăng đường kính cánh quạt quá mức.

NK-12 vì thế có công suất đặc biệt lớn. Các tài liệu của Không quân Mỹ từng ghi nhận phiên bản NK-12MV trên Tu-95 có công suất khoảng 14.795 mã lực mỗi động cơ. Với 4 động cơ, hệ thống động lực cung cấp tổng công suất gần 59.000 mã lực.

Kết quả là Tu-95 có thể đạt tốc độ khoảng Mach 0,78 và duy trì tốc độ hành trình khoảng Mach 0,7, mức rất cao đối với một máy bay sử dụng cánh quạt.

Smithsonian từng ghi nhận Tu-95 có thể đạt khoảng 545 mph, tương đương gần 877 km/h, và được xem là máy bay cánh quạt nhanh nhất thế giới trong thời gian dài.

Nhưng thiết kế này có một cái giá. Đầu cánh quạt có thể đạt tốc độ siêu âm, tạo ra tiếng ồn cực lớn. Tu-95 vì vậy nổi tiếng với âm thanh đặc trưng đến mức các thiết bị thủy âm trên tàu ngầm có thể phát hiện tiếng máy bay bay phía trên.

Động cơ phản lực tạo lực đẩy bằng cách tăng tốc luồng khí qua lõi động cơ và vòi phun, phù hợp với tốc độ cao nhưng thường tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn ở chế độ bay hành trình thấp hơn tốc độ phản lực tối ưu.

Tu-95 chọn con đường khác: dùng turbine khí để quay cánh quạt, chấp nhận tiếng ồn rất lớn để đổi lấy hiệu suất và tầm bay.

Vì thế, câu hỏi “tại sao một oanh tạc cơ chiến lược lại dùng cánh quạt?” thực ra có câu trả lời khá đơn giản: Tu-95 không cần bay nhanh nhất có thể, mà cần bay rất xa với tốc độ đủ cao. NK-12 và 2 cánh quạt quay ngược chiều chính là lời giải cho bài toán đó.