Dự án chế tạo tiêm kích đa năng F-16 bằng in 3D của Mỹ

Viện Nghiên cứu Hàng không Quốc gia (NIAR) Mỹ tiết lộ, công việc tạo ra một mô hình kỹ thuật số của máy bay có thể tiêu tốn 27 triệu USD, Bộ Quốc phòng có kế hoạch ký hợp đồng đầu tiên trị giá 19 triệu USD vào tháng 9/2021, Defense News cho biết. Mục đích của dự án là tạo ra một mô hình 3D máy bay F-16 Fighting Falcon hoàn chỉnh, trừ động cơ.

Phát ngôn viên của Văn phòng Chương trình Hệ thống F-16 - cơ quan tham gia vào quá trình hiện đại hóa máy bay - lưu ý rằng, mô hình sẽ tiết kiệm chi phí vận hành máy bay, cho phép các kỹ sư phân tích độ mòn của các bộ phận riêng lẻ của máy bay chiến đấu và đánh giá hiệu quả của các biến thể; dữ liệu từ “song sinh kỹ thuật số” sẽ cho phép đánh giá sự lỗi thời của các bộ phận máy bay để giảm rủi ro và lựa chọn các nhà cung cấp tốt nhất của các bộ phận.

Điều nói, F-16 là một trong những máy bay đáng tin cậy nhất của Không quân Mỹ - lực lượng hiện sở hữu 1.017 chiếc F-16C/D đang vận hành, được đưa vào trang bị từ năm 1984. Đây là loại máy bay chiến đấu phổ biến nhất trên thế giới, với 2.964 chiếc đang hoạt động trên toàn cầu. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, mức hiệu quả chiến đấu của dòng máy bay này vẫn ở mức 70% - máy bay không đáp ứng được mức độ sẵn sàng chiến đấu hàng năm từ 2011 đến 2019.

Văn phòng Kiểm toán Chính phủ (Government Accountability Office - GAO) Mỹ lưu ý rằng, vấn đề này là do tuổi cao của hầu hết các máy bay F-16 và khó khăn trong việc cung cấp phụ tùng thay thế. Trong báo cáo của GAO năm 2020, các nhà phân tích lưu ý, hầu hết các máy bay F-16 được vận hành trong điều kiện có vấn đề về bảo trì và vượt quá thời hạn kế hoạch. Để kéo dài tuổi thọ của F-16, các nhà phân tích khuyến nghị xác định tất cả các bộ phận cần thay thế và tìm các nhà cung cấp phụ tùng thay thế.

Không quân đã chọn hai chiếc F-16 đã loại biên từ nghĩa trang được cất giữ tại căn cứ Davis-Monten ở Arizona, thuộc sở hữu của Nhóm Bảo trì và Sửa chữa Hàng không Vũ trụ số 309, để tạo ra mẫu máy bay kỹ thuật số. Hiện tại, các máy bay đang chờ được tháo rời để vận chuyển đến Wichita cho NIAR; việc di chuyển dự kiến ​​sẽ hoàn thành vào ngày 30/9/2021. Tại NIAR, mỗi chiếc máy bay sẽ được tháo rời, tất cả các bộ phận được xác định và lập danh mục, sau đó sơn và chất làm kín khi lắp ghép sẽ được loại bỏ khỏi các bộ phận.

Tiếp theo, từng bộ phận được quét bằng máy quét laser có độ chính xác cao. Dựa trên các mô hình kỹ thuật số của các bộ phận và mô hình kỹ thuật ban đầu, NIAR sẽ tạo ra một chiếc F-16 song sinh kỹ thuật số bằng công nghệ in 3D. Mặc dù không quân sẽ không tạo ra một động cơ song sinh của F-16, nhưng họ có kế hoạch mô hình hóa một số hệ thống thường yêu cầu bảo trì thường xuyên, chẳng hạn như hệ thống kiểm soát môi trường, thủy lực và nhiên liệu của máy bay.

Sự hiện diện của môi trường mô phỏng kỹ thuật số sẽ cho phép thử nghiệm nâng cấp và sửa chữa máy bay chiến đấu, phân tích dự đoán trạng thái của các bộ phận riêng lẻ dựa trên các dữ kiện hiện tại và quá khứ. Dữ liệu sẽ được sử dụng để giúp giải quyết các bộ phận lỗi thời trong tương lai và giảm thiểu rủi ro chuỗi cung ứng vì sẽ không phải dựa vào các nguồn và quy trình sản xuất cũ. Phương pháp này sẽ tiết kiệm tiền và cho phép các kỹ sư kiểm tra các tình huống không thể theo dõi trong quá trình bay thử nghiệm.

Nói cách khác, một mô hình 3D sẽ cho phép kiểm tra các bộ phận riêng lẻ trước khi lắp đặt chúng, điều này sẽ tránh được các tình huống ngoài dự kiến. Các mô hình kỹ thuật số đã được sử dụng thành công trong việc chế tạo máy bay huấn luyện Boeing T-7 và tên lửa Northrop Grumman mới để thay thế Minuteman III. “Song sinh kỹ thuật số” đã giúp nâng cấp máy bay cường kích A-10 Warthog và máy bay ném bom B-52. Đối với chương trình thay thế động cơ B-52, nó đã mô hình hóa động cơ, giao diện và sự tích hợp của động cơ với máy bay ném bom.

Trong quá trình làm việc này, các kinh nghiệm có thể được sử dụng để phục vụ các máy bay hiện có. Không quân Mỹ cũng đã khởi động một nỗ lực tương tự với Đại học Quốc gia Tiểu bang Wichita để tạo ra một bản sao kỹ thuật số của máy bay ném bom siêu thanh Boeing B-1B Lancer vào tháng 10/2020. Nỗ lực tạo ra một bản sao kỹ thuật số của F-16 diễn ra trong bối cảnh Không quân Mỹ USAF khuyến khích các nhà sản xuất nắm lấy phần mềm “kỹ thuật hệ thống dựa trên mô hình”, cho phép tạo ra một bộ thiết kế kỹ thuật số chung cho sản xuất và bảo trì, cũng như mô phỏng chuyến bay.

Sau khi hoàn thành dự án, Không quân Mỹ hy vọng sẽ tiết kiệm thời gian và tiền bạc trong duy trì hoạt động. Mặc dù không phải là trọng tâm của dự án, nỗ lực tạo song sinh kỹ thuật số đặt nền tảng cho việc sử dụng tiềm năng trong tương lai của thực tế tăng cường và đào tạo thực tế ảo cho các thành viên phi hành đoàn F-16, và những người bảo trì. Mô hình kỹ thuật số cũng có thể giúp Không quân và Lockheed nâng cấp F-16 bằng vũ khí mới, các bộ phận cải tiến và nâng cấp thiết bị điện tử nhanh hơn.