Sunday, June 23, 2013

Phi cơ bay mãi không cần đáp xuống

JetStreamer, một chiếc phi cơ cần rất ít nhiên liệu nhưng có thể bay trên không rất lâu

Vào năm 1883, Bá Tước Raleigh, tên là John Srutt, và cũng là nhà vật lý từng được đề nghị lãnh giải Nobel, đã đưa ra một ý kiến táo bạo về phi cơ. Ông ta đã từng quan sát và nghiên cứu cách bay của loài chim bồ nông và nói rằng loài chim có thể lượn lâu dài trên không trung không cần phải vỗ cánh nhờ vào cách biết lợi dụng sự khác nhau về tốc độ của gió ở các tầng trời cao thấp khác nhau. Kỹ thuật này gọi là bốc lên bằng đà (dynamic soaring). Nếu phi cơ biết lợi dụng kỹ thuật này thì trên lý thuyết có thể bay rất lâu, trong thời gian hàng tuần, hàng tháng hay hàng năm mà không cần nhiên liệu hoặc cần rất là ít.

Chim bồ nông Úc

Trong nhiều thập niên, việc nghiên cứu lý thuyết bốc lên bằng đà tiến bộ rất chậm. Những người điều khiển máy lượn không người lái bằng vô tuyến điện lợi dụng kỹ thuật này để kéo dài thời gian bay hơn nhưng các khoa học gia không biết là kỹ thuật này có thể áp dụng cho máy bay lớn hơn hay không. Vào năm 2006, một nhóm kỹ thuật gia thuộc Không Quân Mỹ và Cơ Quan Hàng Không và Không Gian (NASA) đã bay chiếc máy lượn L-23 Blanik trên căn cứ không quân Edwards Air Force Base, chứng minh rằng phi cơ lớn có người lái có thể dùng kỹ thuật bốc lên bằng đà mà bay.

 Máy lượn L-23 Blanik

Ngày nay, một nhóm sinh viên tại đại học Lehigh University, hướng dẫn bỏi giáo sư công nghiệp Joachim Grenested đang hoàn thiện lý thuyết này . Nhờ vào ngân sách của trường đại học và tiền trợ cấp của National Science Foundation, nhóm này thực hiện một phi cơ không người lái lớn, tên là JetStreamer, để dùng kỹ thuật bay mãi không ngừng này. Họ mới hoàn thành được một phi cơ với sải cánh 21 feet (7 mét) làm bằng sợi carbon tổng hợp để bay cao đến 20.000 feet (hơn 6000 mét) và đủ sức chịu đựng với tốc độ 300 miles/giờ (480 km/giờ) và chịu được lực 20G (lực gấp 20 lần trọng lực. Kỹ thuật bốc lên bằng động năng làm máy bay bốc lên ngược chiều gió mạnh nên tác động một lực rất lớn lên máy bay nên máy bay cần được thiết kế đặc biệt để cánh máy bay có thể chịu đựng được. Vào cuối năm nay (2013), nhóm sẽ đã thử nghiệm với mẫu thu nhỏ ở cao độ thấp. Giáo sư Grenesstedt cho biết, nếu việc thử nghiệm thành công thì ông sẽ dùng chiếc JetStreamer để thử với luồng không khí mạnh trên trái đất, nơi có vận tốc gió có thể lên đến 200 miles/giờ (320 km/giờ).

Khi mà giới hạn của động cơ và nhiên liệu không còn là vấn đề thì kỹ thuật bay có thể khác đi trong tương lai. Phi cơ dùng kỹ thuật bốc lên nhờ đà vì có thể bay lâu trên không trung có thể dùng làm đài để quan sát, ghi nhận khí tượng hay thu thập các dữ liệu của đời sống hoang dã. Các phi cơ bay mãi trên không có thể dùng làm trạm trung chuyển cho tín hiệu truyền hình hay điện thoại di động. Các phi cơ này có thể bay rất xa với vận tốc lớn. Nhà hàng hải học Philip Richarson tại viện nghiên cứu đại dương Woods Hole Oceanographic Institution, đưa ra đề nghị làm các chim hải âu rô bô không người lái bay vượt qua đại dương với vận tốc 200 miles/giờ (320 km/giờ). Tuy nó không phải là chim bồ nông nhưng chắc là Bá Tước Raleigh nếu biết được thì sẽ rất là thán phục.

Kỹ thuật bốc lên nhờ đà dùng sự khác biệt giữa sức gió trên các tầng trời cao thấp



Sơ đồ bên trái với chiều gió thổi từ trái qua phải. Sơ đồ bên phải với chiều gió từ phía sau thổi ra phía trước

1. Phi cơ bốc lên ngược chiều gió trong ở vùng trời thấp (màu xanh), nơi mà sức gió yếu hoặc không có gió.

2. Phi cơ khi lên đến vùng trời cao (màu đỏ) thì vẫn còn ở tốc độc thấp lúc mới bốc lên. Ở tầng trời cao vì gió thổi mạnh nên đẩy phi cơ đi với vận tốc nhanh hơn. Cánh phi cơ lớn để có thể nhận được nhiều sức gió.

3. Phi cơ đang bay với vận tốc rất nhanh đâm xuống vùng trời thấp nơi vận tốc gió thấp hơn.

4. Phi cơ quay đầu lại bay ngược gió, nhờ đà đang bay rất lớn và vận tốc gió ở tầng trời này thấp nên phi cơ lại bốc lên trở lại để leo lên đến tầng trời cao hơn, nơi có sức gió mạnh.  Sức gió mạnh trên tầng trời cao lại đẩy phi cơ đi với vận tốc cao hơn, để phi cơ có đà đâm xuống dưới và dùng đà này để bốc lên trở lại. Cứ thế mà phi cơ bay mãi, không cần đến động cơ trợ giúp.

Minh Đức
Trích Popular Science, số tháng 7, 2013.



Trên đây là một đoạn phim cho thấy một phi cơ dùng kỹ thuật bốc lên bằng đà (dynamic soaring) bay ra sao. Chiếc phi cơ dùng trong thí nghiệm này do Cơ Quan Hàng Không và Không Gian Hoa Kỳ thực hiện với tỉ lệ giữa trọng lượng và diện tích cánh tương đương với tỉ lệ của một con chim hải âu để xem loài chim hải âu dùng kỹ thuật bốc lên bằng đà ra sao.

Theo chú thích của video đăng trên Youtube này thì loài chim hải âu có thể dùng kỹ thuật này mà bay cả ngàn cây số mỗi ngày trên biển mà không cần phải vỗ cánh, trừ khi vỗ cánh để đổi hướng. Cơ thể của chim hải âu cho phép loài chim này có thể khóa xương cánh vào vai nên có thể dương cánh trong thời gian lâu mà không dùng đến bắp thịt do đó không bị mỏi cánh. Chim hải âu có thể vừa bay bằng kỹ thuật bốc lên bằng đà vừa ngủ nên có thể bay trên biển ngày đêm mà không cần đáp xuống để nghỉ ngơi.




Đoạn video trên cho thấy chim hải âu có thể lượn rất lâu trên mặt biển mà không cần phải vỗ cánh nhờ vào kỹ thuật bốc lên nhờ đà

No comments:

Post a Comment