NASA thiết kế đầu cánh gập mở ngay khi đang bay, giúp tăng hiệu năng và tính năng cho máy bay

Các kỹ sư tại trung tâm nghiên cứu Armstrong của NASA tại California, trung tâm nghiên cứu Langley tại Virginia và Glenn tại Ohia đang phát triển SAW với ý tưởng phần đầu cánh có thể gập mở trong một góc đến 75 độ nhằm thích ứng tối ưu với nhiều điều kiện bay khác nhau trong suốt chuyến bay. Họ sử dụng một khớp cơ học, đóng vai trò như bản lề để tạo ra chuyển động tự do nhất có thể cho phần cánh này. Theo Matt Moholt - nhà nghiên cứu thuộc chương trình SAW: "Chẳng hạn như máy bay rơi vào tình huống cần lấy độ cao. Vị trí tối ưu cho phần đầu cánh có thể là mở lên trên hoặc gập xuống dưới một góc 15 độ."

Khả năng thay đổi hình dạng của cánh nhằm đạt được hiệu quả khí động học đáp ứng với nhiều điều kiện trong quá trình bay cũng có thể mang lại đủ khả năng kiểm soát hướng bay (yaw control), từ đó có thể giảm tải cho cánh lái (rudder) trên những loại máy bay bay ở vận tốc dưới âm thanh hay siêu thanh. Theo NASA, những chiếc máy bay siêu thanh và máy bay vận tải hạng nặng đều cần đến các cánh ổn định dọc (vertical stabilizer) - phần cánh lớn ở đuôi có chứa cánh lái (rudder) giúp máy bay chuyển hướng sang trái hay phải. Vai trò của nó có thể được đảm nhận một phần bởi thiết kế đầu cánh gập mở , thêm vào đó cánh gập còn tăng lực nâng, giảm lực cản và trọng lượng tổng thể của máy bay.

Những chiếc máy bay có cánh gập không phải quá mới mẻ nhưng chức năng hàng đầu của thiết kế này là tiết kiệm diện tích khi dừng đỗ, chẳng hạn như trên tàu sân bay hay trong hangar. NASA đã nghĩ đến chuyện áp dụng thiết kế cánh gập nhằm tăng hiệu năng khi bay cho may bay từ cách đây 50 năm, cụ thể là trên mẫu máy bay thử nghiệm XB-70 Valkyrie (hình trên).Thế nhưng hệ thống truyền động thủy lực để gập mở đầu cánh vào thời điểm đó có kích thước lớn, khó có thể tích hợp vào một vị trí vốn không nhiều không gian bên trong như cánh máy bay. Các hệ thống thủy lực thì hầu như không thay đổi kể từ những năm 1960 đến nay bởi độ ổn định đã được kiểm nghiệm qua thời gian.

Giờ đây với công nghệ truyền động hiện đại, NASA đã có thể khai thác sâu hơn tiềm năng của thiết kế cánh gập. Moholt cho biết: "Chúng tôi đang xem xét lại thiết kế cánh gập trên máy bay bởi các công nghệ mới cho phép chúng tôi đưa hệ thống truyền động vào thiết kế cánh hẹp hơn, chiếm ít không gian hơn." NASA cho biết, hệ thống truyền động đời mới có thể được vận hành hoàn toàn bằng điện, nhỏ gọn và nhẹ hơn các hệ thống thủy lực rất nhiều.

Northrop Grumman X-47B gập gọn cánh trong hangar trên tàu sân bay.

Theo Moholt, các lợi ích của thiết kế đầu cánh gập có thể được khai thác trong nhiều tình huống, chẳng hạn như khi máy bay đang lăn trên đường băng vào bãi đậu, giảm diện tích chiếm dụng trên bãi đậu, khi máy bay cất cánh, khi bay ở vận tốc hành trình hay thậm chí là vận tốc siêu thanh.

Nói đến máy bay siêu thanh, khi bay ở tốc độ rất cao thì máy bay sẽ tạo ra rất nhiều lực nâng nhưng giảm đi khả năng chuyển hướng. Việc gập một phần cánh xuống hoặc mở lên sẽ tăng độ ổn định cho máy bay khi tạo ra nhiều bề mặt thẳng đứng hơn, tăng cường hiệu quả kiểm soát chuyển động chuyển hướng cho cánh ổn định dọc. Ngoài ra, máy bay cũng không mất lực nâng trong giai đoạn cất/hạ cánh bởi đầu cánh có thể duỗi thẳng, bổ sung diện tích bề mặt cho cánh chính. Ngoài ra, đầu cánh có thể điều chỉnh vị trí linh hoạt còn mang lại khả năng điều khiển hỗn hợp giữa lực nâng và chuyển hướng, đáp ứng cho các điều kiện bay khác nhau.

NASA đã lên kế hoạch thử nghiệm hệ thống cánh SAW trên một mô hình máy bay có tên PTERA (Prototype-Technology Evaluation & Research Aircraft) (hình trên) vào mùa xuân năm tới. Song song PTERA, NASA cũng thử nghiệm các bộ truyền động tỉ lệ lớn hơn trên mặt đất. Mục tiêu của hoạt động thử nghiệm sẽ là nhằm phê chuẩn các công cụ và hiệu chỉnh hệ thống. Khả năng bay được cũng như hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu của SAW cũng sẽ được phân tích và đánh giá.

Theo: NASA