Xe bay Jetoptera VTOL J-2000: Có thiết kế quạt không cánh độc đáo

Một điều gần như tất cả các khái niệm xe bay đều có điểm chung là cánh quạt quay nhanh, hoặc quạt ống dẫn ở đâu đó bên ngoài thân máy bay,  để đẩy không khí tạo ra lực đẩy theo bất cứ cách nào chúng hướng đến. 

Tuy nhiên, ngoại trừ đối với J-2000 của Jetoptera là một sự khác biệt đáng kể, máy bay VTOL (Vertical Take-Off and Landing: cất và hạ cánh thẳng đứng) liên thành phố này đã được thiết kế để sử dụng hệ thống đẩy độc đáo của riêng Jetoptera.

Giống như những chiếc quạt không cánh phổ biến của Dyson, không có cánh quay nào được nhìn thấy trên “hệ thống đẩy chất lỏng (FPS)” của Jetoptera J-2000.

Xin lưu ý bạn, cũng như với Dyson, chắc chắn sẽ có những cánh quạt quay ở những nơi khác trong hệ thống này. Cả hai thiết bị, của Dyson và của Jetoptera, đều dựa vào động lực học chất lỏng để lấy một dòng khí nén tương đối nhỏ, và sử dụng nó để hút một lượng không khí xung quanh lớn hơn nhiều với tốc độ nhanh. Sir James Dyson [một kỹ sư, tỷ phú, nhà phát minh người Anh, được mệnh danh như Edison thời hiện đại-forumchiase.com] đã giải thích khá rõ cơ chế này trong sản phẩm quạt không cánh của ông, chiếc quạt này sử dụng một cánh quạt nhỏ, hoạt động khá êm ái để tạo ra áp suất xung quanh một vòng tròn có hình dạng khí động học, cho đến khi áp suất đó thoát ra ở tốc độ cao qua một khe xung quanh vòng tròn.

Cơ chế hoạt động của quạt không cánh Dyson

Không khí bị ép ngược lại trên một bề mặt hình cánh xung quanh vòng đệm, nơi đó tạo ra cùng một loại áp suất âm tạo ra lực nâng cho máy bay. Tuy nhiên, trong trường hợp này, bất kỳ lực nâng nào cũng sẽ bị hủy bỏ bởi các vùng áp suất âm bằng nhau xung quanh vòng, và hiệu ứng cuối cùng là phát sinh một dòng xoáy áp suất thấp ở trung tâm của vòng tròn, kéo không khí xung quanh đi qua với tốc độ lớn.

Jetoptera was recently awarded two contracts from the US Air Force to further characterize the system's noise profile and to prove that the FPS used with an Upper Surface Blown Wing configuration will produce specific lift force levels similar to those of a rotor-wing aircraft, yet without moving parts
Jetoptera gần đây đã được Không quân Hoa Kỳ trao hai hợp đồng để đặc tả thêm về tiếng ồn của hệ thống và để chứng minh rằng hệ thống đẩy thủy lực-FPS được sử dụng với cấu hình cánh thổi trên bề mặt-Upper Surface Blown Wing sẽ tạo ra các lực nâng cụ thể tương tự như của máy bay cánh quạt.

Thêm vào đó là sự kỳ lạ của sự cuốn xoáy chất lỏng – các xoáy tạo ra ở nơi xylanh của không khí được tăng tốc rời khỏi vòng tròn, tương tác với không khí tĩnh xung quanh nó – và những thiết kế này có khả năng hút gấp 15 lần thể tích không khí ban đầu được nạp qua vòng tròn bằng máy nén.

Jetoptera J-2000 chưa chắc chắn lắm việc sẽ lấy không khí nén từ đâu, mặc dù Jetoptera đưa ra lý do là công nghệ pin cần phải đạt được mật độ năng lượng ở mức khoảng 1,500 Wh/kg (hiện tại các pin mới nhất đạt được khoảng 260 Wh/kg) trước khi Jetoptera bắt đầu tính đến việc sử dụng cho J-2000 một máy nén khí chạy điện. Trong khi đó, Jetoptera sử dụng máy phát điện chạy xăng, bao gồm một hệ thống trục tuabin 75-kW, dựa trên Acutronic SP75 dành cho các thử nghiệm hệ thống đẩy lớn hơn.

Như vậy sẽ đạt những lợi ích gì ? Theo Jetoptera, loại hệ thống J-2000 này sẽ “cải thiện hiệu suất đẩy hơn 10% đồng thời giảm được mức tiêu thụ nhiên liệu hơn 50%, so với các loại động cơ phản lực tuabin nhỏ (turbojet). Hệ thống đẩy của Jetoptera còn tiết kiệm khoảng 30% trọng lượng, so với động cơ phản lực cánh quạt lớn (turbofan) hoặc động cơ phản lực chân vịt (turboprop) đồng thời cũng giảm độ phức tạp xuống cách đáng kể.”

Jetoptera J-2000 cũng rất nhẹ và dễ nghiêng, cho phép các hoạt động nâng và giữ vị trí  VTOL cũng như thực hiện các chuyến bay hành trình tiến phía trước nhanh chóng. Và, Jetoptera J-2000 không giống với hầu hết bất kỳ hệ thống đẩy của máy bay khác, nó không nhất thiết phải có hình tròn. Những hệ thống đẩy của Jetoptera J-2000 có thể có đủ loại hình dáng khác nhau, nhưng thú vị nhất là những loại hình dáng dài và phẳng nương theo theo hình dạng của cánh máy bay. Tăng tốc độ đẩy không khí trở lại trực tiếp trên toàn bộ chiều rộng của cánh có thể làm phát sinh một lực nâng đáng kể, và điều này cho phép Jetoptera thiết kế bộ khung máy bay với cánh dạng hình hộp, chiếm ít không gian hơn trên đường băng thẳng đứng, so với hầu hết các eVTOL (phương tiện bay cất-hạ cánh thẳng đứng chạy bằng điện) nâng/bay hành trình chuyển tiếp hoặc trực thăng truyền thống.

Ở tốc độ cao, các vỏ động cơ phía trước của J-2000 có thể được xếp gọn lại, để giảm lực cản cũng như lực nâng không cần thiết đối với các cánh phía trước

Các cánh của Jetoptera J-2000 tương đối dễ xếp, hình dựng của J-2000 cho thấy một chiếc máy bay có thể thu lại hai động cơ đẩy phía trước khi đã đạt đến tốc độ hành trình cao cần thiết, để giảm lực cản và loạt bớt lực nâng không cần thiết.

Một lợi thế khác là tiếng ồn, Jetoptera cho biết các hệ thống đẩy chất lỏng (Fluidic Propulsion Systems-FPS) của J-2000 là “phương pháp đẩy êm ái nhất trên bầu trời.” Jetoptera đã ký hợp đồng phụ với Paragrine Systems để tiến hành các bài thử nghiệm tiếng ồn như một phần của hợp tác nghiên cứu do DoD Hoa Kỳ tài trợ. Kết quả cho thấy FPS có độ ồn thấp hơn 15 dBA so với một cánh quạt chân vịt với động cơ đốt trong tạo ra ở cùng một mức lực đẩy – và độ ồn này là trước khi xử lý âm thanh. Jetoptera cho biết sau khi được hoàn thiện, J-2000 sẽ êm hơn 25 dBA so với một cánh quạt tương đương; ở khoảng cách 300 m (984 ft), Jetoptera còn dự đoán độ ồn còn khoảng 50 dBA, tương đương với một ngôi nhà bình thường, một văn phòng yên tĩnh hoặc một tủ lạnh.

J-2000 được lấy làm tên gọi vì trọng lượng cất cánh tối đa là 2.000 lb (907 kg), và Jetoptera đang lên kế hoạch cho cả một dòng dòng máy bay xung quanh thiết kế này. Dòng sản phẩm sẽ bao gồm các phiên bản tốc độ cao, được thiết kế cho tốc độ bay 400 mph (644 km / h) với tầm bay 400 dặm (644 km), cũng như các phiên bản STOL tầm xa hơn có khả năng bay xa 1.200 dặm (1.930 km) ở tốc độ tối đa 200 mph (322 km / h). Riêng J-2000 là một chiếc xe bay xuyên thành phố, hai chỗ ngồi, có khả năng đạt tốc độ tối đa 200 dặm / giờ với phạm vi 200 dặm; và một chiếc J-4000 cũng đã được lên kế hoạch, với cùng tầm xa như trên và có bốn chỗ ngồi.

Jetoptera đưa ra một loạt các máy bay VTOL và STOL (Short Take-Off and Landing: máy bay cất/hạ cánh trên đường băng ngắn) chạy bằng động cơ đẩy chất lỏng

Những thông số kỹ thuật về tầm bay và tốc độ đó đã được chinh phục đáng kinh ngạc so với những gì mà eVTOL đã làm được. Bất cứ thiết bị bay nào sử dụng nhiên liệu hóa thạch, với mật độ năng lượng cao ngất trời, đều hứa hẹn tầm bay cực lớn so với các thiết bị khác bay bằng pin, và thẳng thắn mà nói thì tầm bay 200 dặm với hai ghế  ngồi dường như khá là ngắn.

Như Joby Aviation, chẳng hạn, đã có hàng loạt chuyến bay thử nghiệm được thực hiện trên một chiếc taxi bay có sáu cánh quạt, 5 chỗ ngồi và bay với tốc độ nhanh như J-2000, nhưng chỉ bay xa bằng 75% so với J-2000, cũng sử dụng pin, và đang được bán trên thị trường hiện nay. Về vấn đề tiếng ồn, Joby đã tung ra một số video rất khó tin vào đầu năm nay khi thể hiện thiết kế cánh quạt mở của Joby rất êm ái. Công bằng mà nói, Joby không nhỏ gọn như thiết kế của J-2000, nhưng Joby đã được chế tạo hoàn chỉnh, đang bay và đang trong quá trình được chứng nhận.

Trong khi đó, Jetoptera vẫn đang ở giai đoạn tạo mẫu thử nghiệm. Jetoptera đã cho bay một số mẫu cỡ nhỏ, mặc dù cho đến thời điểm này, hầu hết các nguyên mẫu VTOL chuyển tiếp đều được chế tạo với các quạt ống dẫn, và chiếc VTOL J-55 đặt ở đuôi đã sử dụng một cặp động cơ phản lực Jetcat nghe chát tai không khác gì so với loại của David Mayman đã đeo hai bên vai của mình. Các mẫu thử nghiệm duy nhất để bay với hệ thống FPS dường như là máy bay cánh cố định nhỏ và có dây buộc khi thử nghiệm như video bên dưới.

Jetoptera cho biết rất có thể Quân đội Hoa Kỳ sẽ chọn mẫu thử nghiệm này đầu tiên, bất kể mẫu này sẽ trở thành gì, khi đã có thông báo vào năm ngoái về việc hợp tác với Honeywell để nghiên cứu. “FPS sẽ thay thế các hệ thống động cơ kế thừa”, Honeywell đã thông cáo báo chí, “và sẽ cho phép máy bay nhanh hơn, an toàn hơn và ít bị phát hiện hơn.” Jetoptera gần đây cũng đã ký một số hợp đồng Chuyển giao Công nghệ Doanh nghiệp Nhỏ với Không quân Hoa Kỳ để nghiên cứu tiếng ồn của hệ thống và khả năng nâng.

“Xe bay” J-2000 sẽ chưa ra mắt cho đến khi chính thức xuất xưởng. Jetoptera chỉ có kế hoạch để cổ máy này trở thành một mẫu máy bay trình diễn; hãng không muốn vướng vào cơn ác mộng chứng nhận phát triển máy bay, Jetoptera chỉ muốn chế tạo hệ thống động cơ đẩy cho các nhà sản xuất máy bay khác mà thôi.

J-2000 chắc chắn là một hệ thống hấp dẫn và J-2000 trông rất quyến rũ trong hình ảnh dựng dưới đây, tuy nhiên vẫn còn đó rất nhiều dấu hỏi đối với chúng ta, và chúng ta hãy chờ đợi xem chiếc máy bay này cất cánh lên bầu trời nhé.

* Jetoptera VTOL aircraft design features “bladeless fans on steroids” (newatlas.com)

One Comment

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button