Chế tạo máy bay siêu âm

Đoàn Trang
(Ms_Independent)

Điều hành viên
Hypersonic aviation

An aeroplane intended to be the fastest ever built is about to make its first flight

SINCE the first aeroplane wobbled off the ground a hundred years ago, engineers have dreamed of making their magnificent machines fly faster and faster. But for a long time the world speed record has not changed. The SR-71, an American spy plane, has been the fastest publicly acknowledged aircraft for almost 40 years. It has a top speed of just over Mach 3—in other words, three times the velocity of sound, or about 3,000 kilometres per hour. But if all goes well, this will soon change. On March 27th, NASA, America's aerospace agency, will conduct a test flight of an aircraft called the X-43A at Edwards Air Force Base in California. This vehicle is, admittedly, a disposable, unmanned drone. But its top speed is supposed to be a remarkable Mach 7.

The X-43A is powered by an engine known as a scramjet. Scramjets work on a simple principle—simpler, indeed, than the turbojets used in conventional aircraft. The engine is a tube through which air flows at supersonic speeds. While the air is in the tube, it is mixed with a fuel (in this case, hydrogen) and burned. This causes the mixture to expand. The exhaust thus goes out the back even faster than the air came in the front. Newton's third law of motion (to every action there is an equal and opposite reaction) then propels both engine and aircraft forwards.

The tricky part, according to Joel Sitz, the head of the X-43A flight-test programme at NASA's Dryden research centre, located next door to Edwards, is that the air is in the tube for mere milliseconds. Getting such details as the fuel-air mixture right is thus hard—and is made harder by the fact that what is right is different at different speeds.

At the moment, the “variable geometry” engine design needed to accommodate these differences is beyond the skill of aircraft engineers. So, to simplify the task, Saturday's flight will not require the X-43A to accelerate under its own power. Instead, it will be taken to high altitude by a B-52 bomber, dropped from the bomber, and then accelerated to Mach 7 by a booster rocket. Only then will the booster be jettisoned and the scramjet ignited.


Some readers may think that this plan sounds familiar. It is. But the last time NASA tried it, in June 2001, things went haywire a few seconds after the booster started firing. The rocket span out of control and had to be ordered to blow itself up.

An investigation concluded that data from computer simulations and wind-tunnel tests had been misinterpreted. One problem was that the rocket used as a booster (a type known as Pegasus, that is designed to be used as a satellite launcher) is usually dropped from its launch aircraft at an altitude of 12,200 metres. In 2001, the release was done at 7,000 metres. The difference in air pressure made the rocket behave abnormally, and probably contributed to the crash. Saturday's test will therefore take the sensible step of starting at 12,200 metres.

If all goes well this time, a Mach-10 flight of another X-43A will take place in July. A follow-up craft, the X-43C, is also in development. This will use a hydrocarbon fuel (think exotic petrol) rather than hydrogen. That will allow an X-43C to fly for up to five minutes, rather than a mere ten seconds. But the X-43C will still be disposable. A re-usable version, paradoxically known as the X-43B, is planned, but no money has yet been allocated to build it.

Though the X-43 project is a modest start, it could lead to bigger things. In the long term, scramjets offer the possibility of cheap access to space. That is because, unlike the rockets currently used to get into orbit, they are air-breathing. This means they do not have to carry liquid oxygen (or some other oxidant) to burn their fuel, and could thus use the weight saved to carry a bigger payload. A scramjet-powered booster could thus launch heavy loads to the edge of space. Only there would a rocket be required.


Economist.com
 

Đính kèm

  • trang4.bmp
    76.2 KB · Xem: 282
Để tạm ở đây cái nhá, lúc nào rỗi em lại nhảy vào dịch sau, phải save vội vào đây không có đến khi sang ngày nó ứ cho xem nữa, lại phải trả tiền mới được đọc thì xót lém :D
 
Một máy bay dự tính là có vận tốc nhanh nhất được sáng chế từ trước đến nay sắp sửa thực hiện chuyến bay đầu tiên

Kể từ khi chiếc máy bay đầu tiên rung chuyển rời mặt đất cách đây hơn 100 năm trước, các nhà kỹ sư đã có mơ ước làm sao để những cỗ máy nguy nga của mình bay càng ngày càng nhanh. Nhưng lịch sử vận tốc thế giới vẫn chưa có đổi thay trong suốt cả một thời gian dài. Chiếc SR-71, một máy bay trinh thám của Mỹ, đã và đang được dư luận công nhận là nhanh nhất trong gần 40 năm. Nó có vận tốc tối đa hơn March 3-hay nói cách khác, là nhanh hơn 3 lần vận tốc âm thanh, hoặc khoảng 3000 km/h. Nhưng nếu như mọi chuyện đều ổn thỏa, thì điều này sẽ sớm được thay đổi. Ngày 27 tháng 3, NASA, cơ quan chính phủ nghiên cứu hàng không vũ trụ của Mỹ, sẽ chỉ đạo một cuộc bay thử nghiệm của chiếc X-43A tại Edwars Air Force Base ở California. Phương tiện này, được thừa nhận là chỉ có khả năng thực hiện thử nghiệm 1 lần duy nhất, và đơn thuần là máy bay không người lái, được điều khiển tự động. Nhưng vận tốc tối đa của nó ước tính có thể đạt tới một mức phi thường March 7.

Chiếc X-43A được cung cấp năng lượng bởi một bộ phận được biết tới là thiết bị phản lực siêu âm. Các phản lực siêu âm này hoạt động theo một nguyên lý đơn giản-hiển nhiên là đơn giản hơn so với các phản lực tuabin được sử dụng trong các máy bay theo kiểu truyền thống. Bộ phận này là một ống dẫn qua đó không khí chạy với vận tốc siêu âm. Khi không khí ở trong ống dẫn, nó sẽ được hòa lẫn với nhiên liệu (mà trong trường hợp này là hydro) và đốt cháy. Điều này khiến cho hỗn hợp nở to ra. Sự thoát khí do đó sẽ ra đằng sau thậm chí còn nhanh hơn không khí ra đằng trước. Theo Định Luật 3 của Newton về chuyển động (đối với mỗi một lực sinh ra lại có một phản lực tương ứng) sẽ đẩy cả động cơ và máy bay về phía trước.

Vấn đề phức tạp, mà theo ông Joel Sitz-người lãnh đạo của chương trình thử nghiệm máy bay X-43A của trung tâm nghiên cứu NASA Dryden, thựơng tọa ngay cạnh Edwards-là ở chỗ không khí nằm trong ống dẫn trong vòng chỉ khoảng 1/1000 giây. Để thực hiện những động tác chi tiết như hòa lẫn nhiên liệu với không khí được chuẩn xác do vậy sẽ khó khăn-và thậm chí còn trở nên khó khăn hơn nữa bởi thực tế là độ chuẩn xác sẽ khác đi ở những vận tốc khác nhau.

Cho tới thời điểm này thì sự "đa dạng hình học" của việc thiết kế động cơ cần phải quan tâm xử lí những khác biệt còn tồn tại lại nằm ngoài tầm khả năng của các kỹ sư máy bay. Do vậy để đơn giản hóa công việc, chuyến bay thử ngày thứ 7 sẽ không đòi hỏi chiếc X-43A phải tự tăng tốc bằng động cơ nguồn của nó. Thay vào đó, nó sẽ được đưa lên tới một độ cao tương đối bằng 1 chiếc B-52, thả từ đó xuống và tăng tốc lên tới March 7 nhờ một tên lửa bổ trợ. Chỉ khi bộ phận phản lực được đốt cháy thì tên lửa mới được thả ra.

Một số độc giả sẽ thấy kế hoạch này nghe có phần quen thuộc. Đúng là như vậy. Nhưng lần trước khi NASA thử nghiệm, vào tháng 6 năm 2001, mọi chuyện trở nên hỗn loạn trong vài giây sau khi bộ phận bổ trợ bị bốc cháy. Tên lửa đã xoay tròn mất khả năng kiểm soát, và bị yêu cầu phải tự làm nó nổ tung.

Kết quả của cuộc điều tra đã kết luận rằng việc thâu chép số liệu từ khâu máy tính và xác định hướng khí nóng đã mắc phải nhẫm lẫn. Một vấn đề đó là tên lửa đó được sử dụng dưới dạng một bộ phận bổ trợ (loại của Pegasus, mà được thiết kế để cho mục đích sử dụng như một máy phóng vệ tinh nhân tạo) thì thường được thả từ máy bay mẹ của nó ở độ cao 12,200m. Còn năm 2001, nó lại được thả ở tầm 7,000m. Sự chênh lệch về sức ép không khí khiến cho tên lửa hoạt động bất thường, và có thể là đã góp phần dẫn tới vụ nổ. Cuộc kiểm nghiệm ngày thứ 7 này sẽ vì vậy tiến hành một bước hợp lí là bắt đầu từ ở độ cao 12,200m.

Nếu tất cả tiến triển tốt đẹp thì một chuyến bay với vận tốc March-10 của 1 chiếc X-43A khác sẽ diễn ra vào tháng 7 tới. Một máy bay kế tiếp là chiếc X-43C cũng đang trong giai đoạn hoàn thiện. Chiếc này sẽ sử dụng nhiên liệu là hydrocacbon (xăng ngoại nhập) hơn là dùng hydro. Điều này cho phép X-43C có khả năng bay kéo dài lên tới 5 phút, thay vì trong vòng vẻn vẹn 10 giây. Song X-43C vẫn sẽ chỉ có thể phục vụ cho 1 lần thử nghiệm duy nhất mà thôi. Một mẫu cho phụ vụ mục đích tái sử dụng, ngược đời lại là X-43B, đã được lên kế hoạch, tuy nhiên chưa có một chút kinh phí nào chu cấp cho việc tiến hành thiết kế.

Mặc dù dự án X-43 là một điểm xuất phát có tính khiêm tốn song nó có thể giúp hướng tới những thành tựu lớn lao hơn. Về mặt lâu dài, các thiết bị phản lực siêu âm sẽ đem lại giải pháp đơn giản cho việc sử dụng chỗ chứa. Sở dĩ có điều đó là do, không giống như những tên lửa hiện thời được sử dụng để tiến vào bầu khí quyển, chúng lại dùng không khí. Điều này có nghĩa là chúng sẽ không cần phải được trang bị oxi hóa lỏng (hay như một vài chất oxi hóa khác) để đốt nhiên liệu, và như vậy sẽ có thể tận dụng những trọng lượng tiết kiệm được để có nhiều thể tích chỗ chứa hơn. Một thiết bị phản lực làm động cơ năng lượng nguồn mang tính hỗ trợ do đó sẽ có thể phóng ra mạnh những luồng khí đốt về riêng phía cuối máy bay, là nơi mà tên lửa được đặt.


By Economist
 
Cảm ơn Trang dịch bài này. Bài viết ở dạng phổ thông, tuy nhiên cũng có vài thuật ngữ nên chỉnh lại cho đúng, chẳng hạn như "Mach" chứ không phải là March, "variable geometry" thì không phải là "đa dạng hình học"...
Dịch các từ chuyên môn sang tiếng Việt không đơn giản. Mình có dịch lại bài này ở dưới, cũng không chắc đã chuẩn, nhưng có lẽ cũng sửa được những chỗ còn chưa chính xác.

---------------------------------

Chế tạo máy bay siêu âm
Kể từ khi chiếc máy bay đầu tiên cất cánh khỏi mặt đất, các kĩ sư luôn muốn những chiếc máy bay của họ bay ngày càng nhanh hơn nữa. Tuy vậy trong một khoảng thời gian dài, kỉ lục thế giới về tốc độ không thay đổi. Máy bay do thám SR-71 của Mĩ được công nhận rộng rãi là chiếc máy bay nhanh nhất trong vòng 40 năm. Vận tốc tối đa của máy bay này là hơn Mach 3 - nghĩa là nhanh gấp 3 lần tốc độ âm thanh, khoảng 3000 km/h. Nếu mọi việc tiến triển tốt, điều này sẽ thay đổi khi cơ quan hàng không vũ trụ Mĩ (NASA) tiến hành chuyến bay thử nghiệm chiếc X-43A ngày 27/3 tại căn cứ không quân Edwards tại California. Đây là chiếc máy bay không người lái với vận tốc tối đa đạt tới Mach 7.
Máy bay X-43A được trang bị một động cơ scramjet. Động cơ scramjet hoạt động dựa trên một nguyên lí đơn giản- thực tế đơn giản hơn động cơ turbo phản lực. Động cơ có dạng hình ống với luồng không khí chạy qua với tốc độ siêu âm. Không khí trong động cơ được trộn lẫn với nhiên liệu (trong trường hợp này là khí hydro) rồi đốt cháy. Khí cháy dẫn đến sự giãn nở thể tích. Luồng khí thải hướng về phía sau động cơ với tốc độ lớn hơn tốc độ luồng khí vào động cơ. Theo định luật 3 Newton về chuyển động (mọi lực bất kì đều có một phản lực), động cơ và máy bay sẽ được đẩy về phía trước.
Theo Joel Sitz, trưởng dự án thử nghiệm X-43A của NASA tại trung tâm nghiên cứu Dryden gần Edwards, vấn đề phức tạp ở chỗ không khí chỉ lưu thông trong động cơ chỉ khoảng vài phần nghìn giây. Vấn đề trộn lẫn nhiên liệu và không khí đúng tỉ lệ trở nên khó khăn và phức tạp hơn khi bay với các tốc độ khác nhau.
Hiện tại, việc thiết kế động cơ với dạng hình học có thể thay đổi được để thích ứng với các điều kiện khác nhau vượt quá khả năng cho phép. Để đơn giản hóa, chuyến bay thử nghiệm ngày thứ bảy không đòi hỏi X-43A tăng tốc bằng chính động cơ của máy bay. Chiếc X-43A sẽ được máy bay B-52 đưa lên độ cao lớn, thả rơi và được tăng tốc tới vận tốc Mach 7 bằng một tên lửa đẩy. Tới vận tốc này, tên lửa đẩy sẽ tách ra và động cơ scramjet được kích hoạt.
Đúng là đối với một số người thì kế hoạch này là quen thuộc. Tuy nhiên lần thử nghiệm trước vào tháng sáu năm 2001 đã thất bại chỉ vài giây sau khi tên lửa tăng tốc khởi động. Tên lửa bị mất điều khiển và bị buộc phải cho tự hủy.
Nguyên nhân tai nạn là do sai lầm trong phân tích các dữ liệu mô phỏng và thí nghiệm trong ống khí động. Một vấn đề là tên lửa đẩy (loại Pegasus, được thiết kế để phóng vệ tinh) thường được tách ra từ máy bay ở độ cao 12200m. Năm 2001, tên lửa tách ra ở độ cao 7000m. Độ chênh lệch áp suất khiến cho tên lửa hoạt động không bình thường và rất có thể là một nguyên nhân dẫn đến thất bại. Chuyến bay thử nghiệm ngày thứ bảy tới sẽ bắt đầu ở độ cao 12200m.
Nếu thành công, một chiếc X-43A đạt tới Mach 10 sẽ bay vào khoảng tháng bảy. Bước phát triển tiếp theo, chiếc X-43C đang được thiết kế. Chiếc X-43C sẽ dùng nhiên liệu hyđrocarbon (một dạng dầu) thay cho dùng khí hydro. Điều này sẽ giúp cho X-43C bay được khoảng 5 phút so với khoảng vài giây như hiện nay. Tuy nhiên X-43C cũng vẫn chỉ dùng được một lần. Phiên bản có thể sử dụng nhiều lần, X-43B, đã được lên kế hoạch nhưng hiện chưa có kinh phí phát triển.
Dự án X-43 mặc dù khởi đầu khiêm tốn nhưng cũng có thể là bước đệm dẫn đến những ứng dụng rộng hơn. Về lâu dài, động cơ scramjet hứa hẹn khả năng bay vào vũ trụ rẻ hơn. Không như các tên lửa đẩy hiện tại để lên tới quĩ đạo, loại động cơ này dùng không khí. Do đó trọng lượng oxy lỏng (hoặc các chất oxy hoá) dự trữ để đốt cháy nhiên liệu được thay thế bằng các tải trọng hữu ích. Bộ phận tăng tốc dùng động cơ scramjet có thể đưa những tải trọng lớn qua tầng khí quyển. Sau đó mới cần dùng đến tên lửa đẩy.
 
Chỉnh sửa lần cuối:
Hì, em cảm ơn anh Bằng sửa lỗi dịch ạ :D
Khi nào rảnh rỗi có thì giờ, hi vọng anh sưu tầm bài và dịch chơi cho cả nhà tham khảo, đúng là không phải chuyên môn thì dịch khó lắm ạ, với lại tiếng anh của em còn bập bẹ mà :D
 
Tóm lại là hiện nay máy bay siêu âm X-34 vẫn trong giai đoạn phát triển. Nhưng em ko hiểu nếu chỉ bay được 5 phút thì sẽ có tác dụng gì chứ? Không thể thả lính, không thể do thám hiệu quả như vệ tinh, cũng không công kích hiệu quả như F-117. Tất nhiên là khoa học kĩ thuật ngày nay phát triển mạnh nhưng người ta cũng cần nghĩ tới lợi ích của nó chứ.
 
Back
Bên trên