Buzz
Quân đội Mỹ đang tích cực phát triển một loại máy bay chiến đấu mới cao cấp và có khả năng vượt trội so với F-35. Dự án sản xuất tiêm kích thế hệ thứ 6, hay còn được gọi là NGAD (New Generation Air Dominance - Thống trị không phận Thế hệ Mới), luôn được suy đoán về tính năng và loại vũ khí chúng mang theo. Tuy nhiên, một yếu tố quan trọng thường bị bỏ qua là loại động cơ sẽ giúp chúng bay trên bầu trời.Ngay từ đầu, động cơ tiên tiến luôn là một phần quan trọng trong mục tiêu của chương trình NGAD. Động cơ được lựa chọn phải mang lại bước nhảy vọt đáng kể về khả năng so với các động cơ tiền nhiệm: cung cấp lực đẩy cao hơn, hiệu quả nhiên liệu hơn, khả năng làm mát và sinh năng lượng được tăng cường; đồng thời phải bền bỉ và tin cậy hơn bất kỳ động cơ nào hiện có.
Không quân Mỹ (USAF) đặt nhiều kỳ vọng vào 5 nhà chế tạo động cơ có kinh nghiệm gồm Boeing, General Electric (GE), Lockheed Martin, Northrop Grumman và Pratt & Whitney. Mỗi công ty được USAF trao hợp đồng trị giá 975 triệu USD để phát triển 1 thiết kế động cơ có thể đáp ứng mọi yêu cầu này vào thập kỷ 2030.
Minh họa chiến đấu cơ trang bị động cơ XA100.
Động cơ XA101 của Pratt & Whitney.
Các động cơ phản lực truyền thống, cả dân sự lẫn quân sự, được gọi là động cơ phản lực hai dòng. Khi không khí vào cửa hút của động cơ, nó chia thành hai dòng: dòng lõi và dòng đi vòng. Dòng lõi đi trực tiếp vào lõi của động cơ, kết hợp với nhiên liệu, đốt cháy rồi xả ra ngoài dưới dạng khí nóng, tốc độ cao. Dòng còn lại đi vòng quanh lõi động cơ, khí nóng làm tăng tốc, cung cấp thêm sức đẩy. Tỷ số giữa hai dòng không khí này được gọi là hệ số tách dòng (bypass ratio, hay BPR) của động cơ, ví dụ BPR là 8:1 nghĩa là cứ 8 kg không khí đi vòng thì có 1 kg không khí đi qua lõi.
Máy bay thương mại thường sử dụng động cơ có BPR cao (không khí đi qua lõi ít so với đi vòng). Mặc dù chúng cung cấp lực đẩy thấp nhưng lại tiết kiệm nhiên liệu, đặc biệt là ở tốc độ cận âm, nên lý tưởng cho việc vận chuyển hàng loạt giá rẻ trên quy mô lớn (Airbus A380 có BPR lên đến 8,7).
Động cơ Trent 900 của A380 có quạt hút lớn để đưa không khí đi vòng quanh lõi nhiều hơn.
Mặt khác, các chiến đấu cơ thường trang bị động cơ có BPR dưới 1, như tiêm kích F-35 có BPR là 0,57. Do có nhiều không khí hơn đi qua lõi, những động cơ này có thể cung cấp lực đẩy cao hơn, đạt hiệu suất tốt hơn ở tốc độ siêu thanh (Mach 1) và cho phép sử dụng bộ đốt sau (afterburner). Nhưng đổi lại, chiến đấu cơ rất ngốn nhiên liệu.
Động cơ F-135 của tiêm kích F-35, đưa phần lớn không khí vào lõi.
Các động cơ linh hoạt như XA100 và XA103 được thiết kế để kết hợp những điểm mạnh của cả hai loại vào một gói duy nhất. Chúng có khả năng tự động điều chỉnh giữa các chuyến bay để phù hợp với yêu cầu thực tế. Ví dụ, khi máy bay bay ở tốc độ thấp (như các chuyến bay dân sự), động cơ có thể được tối ưu hóa để tiết kiệm nhiên liệu và tối ưu hóa phạm vi bay. Khi tham gia chiến đấu, nó có thể được điều chỉnh để cung cấp lực đẩy tối đa và hiệu suất tốt nhất ở tốc độ siêu thanh, tương tự như động cơ trên các máy bay chiến đấu thông thường.
XA100 trên bàn thử nghiệm.
Động cơ XA đạt được điều này bằng cách tạo ra một dòng không khí thứ ba, thay vì hai luồng thông thường. Khi máy bay bay ở tốc độ thấp, dòng không khí thứ ba này sẽ chảy xung quanh bên ngoài vỏ máy bay, được cách ly với dòng thứ hai, tăng tỷ lệ BPR và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Khi máy bay bay hoặc tham gia chiến đấu ở tốc độ siêu thanh, khi lực đẩy được ưu tiên hơn hiệu suất nhiên liệu, quạt điều chỉnh có thể hướng dòng không khí thứ ba vào trong và qua lõi động cơ, giảm BPR và tạo ra lực đẩy bổ sung.
Nhiều bộ phận trong các động cơ này được làm từ vật liệu tổng hợp gốm (CMC) rất bền và chịu nhiệt độ cao, đồng thời nhẹ hơn so với các kim loại thông thường được sử dụng trong ngành hàng không. Vật liệu CMC cho phép động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, giúp nó hoạt động hiệu quả hơn vì cần ít khí để làm mát động cơ. Công nghệ in 3D cũng được áp dụng, giúp giảm chi phí và tăng khả năng bảo trì cho động cơ.
Cải tiến trên động cơ XA100 của GE.
Bên cạnh đó, công suất của dòng không khí thứ ba có thể được sử dụng thông qua hệ thống truyền động phụ để tạo ra tối đa 1 megawatt điện năng, dùng để cung cấp năng lượng cho vũ khí laser trong tương lai.
Ban đầu, Không quân Mỹ đã suy nghĩ về việc sử dụng động cơ dòng XA bằng cách thay thế động cơ F-135 trên tiêm kích F-35. Nhưng chi phí tổng cộng quá cao để nâng cấp động cơ cho hơn 500 máy bay F-35 với các phiên bản khác nhau. Do đó, các động cơ mới sẽ được phát triển tiếp để trang bị cho thế hệ máy bay chiến đấu thứ 6 của Mỹ. Trong khi đó, động cơ F-135 trên F-35 sẽ chỉ được nâng cấp để đạt hiệu suất cao hơn và quản lý nhiệt tốt hơn thông qua Chương trình Nâng cấp Lõi Động cơ (ECU).
Tháng 3/2024, Quốc hội Mỹ đã dành 280 triệu USD cho Pratt & Whitney và GE Aerospace để tiếp tục hoàn thiện công nghệ và đưa chúng tới gần hơn với quá trình sản xuất. Hiện vẫn chưa có nhiều thông tin về tiến độ mà Pratt và GE đang đạt được, nhưng theo họ, các thử nghiệm đang diễn ra thuận lợi. Bất kể công ty nào thành công, một khi các động cơ mới này cất cánh, chắc chắn sẽ gây tiếng vang trong ngành hàng không.
Theo [1], [2].
