Đường hầm gió siêu thanh mạnh nhất thế giới đi vào hoạt động, có thể tạo cơn gió nhanh gấp 30 lần tốc độ âm thanh

Nằm ở quận Hoài Nhu, phía bắc Bắc Kinh (Trung Quốc), đường hầm gió JF-22 có đường kính 4 mét, và có thể tạo ra tốc độ luồng không khí lên tới 10 km mỗi giây, theo đánh giá cuối cùng được tiến hành vào ngày 30 tháng 5. .

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, đơn vị vận hành cơ sở này.

Đường hầm này sẽ “hỗ trợ nghiên cứu và phát triển hệ thống vận chuyển trong không gian và máy bay siêu thanh”. Để so sánh, đường hầm thử nghiệm siêu thanh tại Trung tâm nghiên cứu Langley của NASA có đường kính phần thử nghiệm gần 0,8 mét, cùng khả năng mô phỏng điều kiện bay ở tốc độ Mach 10. Ở đây, đường hầm gió có đường kính rộng hơn cho phép các nhà nghiên cứu có thể đưa các mô hình máy bay cỡ lớn vào thử nghiệm, từ đó thu được dữ liệu chuyến bay chính xác hơn.

JF-22 là một phần không thể thiếu trong các mục tiêu mà Trung Quốc đề ra để đạt được vào năm 2035. Theo đó, nước này 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 thế giới trong vòng một giờ.

Tuy nhiên, những chiếc máy bay như vậy phải có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cực cao của tốc độ siêu thanh, đồng thời phải duy trì quỹ đạo bay ổn định và môi trường an toàn, thoải mái cho hành khách.

Ở tốc độ gấp năm lần tốc độ âm thanh (Mach 5), các phân tử không khí xung quanh máy bay bắt đầu bị nén và đốt nóng, 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 các nhà nghiên cứu, việc 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 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. Từ đó, chúng ta có thể 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 – đập thủy điện lớn nhất thế giới hiện nay-  tạo ra. Đây rõ ràng một điều không thể thực hiện được.

Vì vậy, giáo sư Jiang Zonglin, nhà khoa học hàng đầu của dự án đường hầm gió 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 trong việc tạo ra tốc độ và nhiệt độ cực cao, vốn cần thiết cho thử nghiệm siêu âm.

Phương pháp của giáo sư 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 nhóm nghiên cứu, sự đổi mới này đã mở đường cho nhiều tiến bộ hơn bằng cách mang lại độ chính xác và hiệu quả cao hơn cho nghiên cứu về máy bay siêu thanh.

Tất nhiên, việc sử dụng chất nổ để tạo ra năng lượng trong đường hầm gió có rất nhiều nhược điểm – chúng nguy hiểm cho cả con người và thiết bị, đồng thời tạo ra tiếng ồn và ô nhiễm không khí.

Mặt khác, nguồn năng lượng này được tạo ra từ các vụ nổ chứ không phải từ một hệ thống cơ khí cố định, nên cường độ và thời gian của chúng có thể được điều chỉnh để tạo ra nhiều luồng không khí khác nhau nhằm thử nghiệm các loại phương tiện hoặc vật liệu khác nhau.

Tham khảo SCMP