Thiết kế mô phỏng tự nhiên: Biến hình là cách tăng hiệu quả của máy bay

Thập kỷ qua đã cho thấy sự cải thiện ít nhất trong hiệu quả sử dụng nhiên liệu của máy bay khi so sánh với những tiến bộ về thiết kế máy bay. Các dạng "ống và cánh " mẫu chúng ta sử dụng đã trở thành hóa thạch. Thiết kế như thế bị giới hạn.

 

Cảm hứng từ thiên nhiên đã cho phép những ý tưởng mới nở rộ. Như Mike Griffin - Chủ tịch AIAA – nêu định nghĩa tại SciTech năm 2014: "Sinh học đang trở thành nền tảng mới của công nghệ".

 

Như Richard Feynman nói: "Trí tưởng tượng của thiên nhiên là lớn hơn nhiều so với con người, thiên nhiên sẽ không bao giờ để cho chúng ta thư giãn”. Không thể tính đủ số sáng chế và phát minh ẩn chứa trong tự nhiên!

 

 

Cấu trúc cứng nhắc của máy bay hôm nay là bản chất xây dựng để bay hiệu quả tại một thời điểm giả thuyết: ở một tốc độ, độ cao, và nhiệt độ nhất định. Đi lạc từ điểm đó, và hiệu quả sử dụng nhiên liệu máy bay sẽ giảm khi đặc tính khí động học thay đổi.

 

Khiến các thông số hình học của một chiếc máy bay trở nên có thể điều chỉnh trong quá trình bay sẽ làm tăng hiệu quả trong suốt chuyến bay - có nghĩa là từ khi cất cánh đến lúc hạ cánh. Đây là ý tưởng “biến hình” máy bay. Nghiên cứu cho thấy rằng bằng cách biến đổi chiều rộng và độ dài sải cánh và trong suốt chuyến bay, như biến hình theo kiểu cấu trúc tổ ong, một chuyến bay thương mại điển hình sẽ tăng chừng 20% hiệu quả khí động học.

 

Kỹ xảo “biến hình” sẽ giúp máy bay phù hợp tốt nhất với các mục tiêu trong tầm tay - có thể là tối đa hóa hiệu quả nhiên liệu, tốc độ hay khả năng cơ động. Đơn cử là lâu nay đã có các thiết bị có thể biến đổi hình dạng trên máy bay, bao gồm thiết bị có thể thu gọn vào bụng máy bay và các cánh tà.

 

Dù giới học thuật nhận ra công nghệ biến hình giàu hứa hẹn, ngành công nghiệp chế tạo máy bay vẫn chưa khai thác nó được là bao. Thay đổi định thức, dẫn đến thay đổi cuộc chơi, điều này đòi hỏi rất nhiều vốn đầu tư. Áp lực của các loại thuế hoặc thay đổi pháp luật vẫn chưa đủ thúc đẩy ngành công nghiệp chế tạo máy bay.

 

Công nghệ biến hình có thể không phải là giải pháp duy nhất cho vấn đề chúng ta đang phải đối mặt, nhưng nó sẽ đóng một vai trò quan trọng. Tất cả các động cơ đẩy điện, hệ thống thu năng lượng, sử dụng rất nhiều vật liệu composite nhẹ, và các kết cấu bay tất cả sẽ đi theo một số cách để giải quyết vấn đề. Trừ khi chúng ta chấp nhận rằng chuyến bay của tương lai sẽ được dành riêng cho những người giàu có, rất cần một sự biến đổi về mặt nền tảng trong cách chúng ta thiết kế máy bay.