Những đường hầm gió mạnh nhất thế giới

Đường hầm gió đã trở thành một trụ cột trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, giúp thử nghiệm khí động học của vô số máy bay và tên lửa.

Đường hầm gió là một cỗ máy mô phỏng dòng khí truyền qua các vật thể. Hệ thống luôn bao gồm một đường ống hẹp dài, nơi dòng khí được đưa vào bằng nhiều phương pháp khác nhau như quạt mạnh. Mô hình hoặc vật thể cần kiểm tra được đặt bên trong đường ống. Dòng khí sẽ được kiểm soát để nghiên cứu ảnh hưởng của nó lên vật thể trong những điều kiện khác nhau như tốc độ gió thay đổi. Phát triển lần đầu tiên cuối thế kỷ 19, hiện nay đường hầm gió được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Ví dụ, đường hầm gió dùng trong ngành sản xuất xe sẽ kiểm tra khí động của xe hơi, xe đua, xe tải và các phương tiện khác.

Trong kỹ thuật dân dụng, đường hầm gió kiểm tra độ kiên cố về mặt kết cấu của tòa nhà và dự án cơ sở hạ tầng. Chúng cũng giúp tối ưu hóa thiết kế máy bay và tên lửa cho chuyến bay an toàn và hiệu quả hơn.

1.

Đường hầm gió JF-22 có thể mô phỏng môi trường khi tàu vũ trụ hồi quyển. (Ảnh: CCTV)

JF-22 là đường hầm gió siêu thanh mạnh nhất thế giới. Xây tại Viện Cơ khí thuộc Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc (IMCAS) ở phía bắc Bắc Kinh, JF-22 có thể đạt tốc độ lên tới Mach 30 (37.044 km/h hay 10,3 km/s).

JF-22 không sử dụng quạt do quạt không thể tạo ra dòng khí tốc độ cao như vậy. Thay vào đó, đường hầm gió này sử dụng những vụ nổ căn giờ để sản xuất sóng xung kích phản xạ lẫn nhau và đồng quy ở một điểm bên trong đường ống đường kính 4 m và dài 167 m. JF-22 có thể cung cấp công suất 15 gigawatt (GW), bằng 70% công suất của đập Tam Hiệp, đập thủy điện lớn nhất thế giới ở Nghi Xương, Trung Quốc.

2. JF-12

JF-12 thường được coi như bản tiền nhiệm của JF-22, là đường hầm gió mạch hở. Giống như đường hầm gió JF-22 mới nhất, JF-12 sử dụng sóng xung kích để tạo ra điều kiện bay từ Mach 5 (6.174 km/h) tới Mach 9 (11.174 km/h), ở độ cao từ 25.000 m tới 50.000 m.

Xây dựng bởi Viện Cơ khí thuộc IMCAS trong năm 2008 - 2012, JF-12 rất quan trọng trong phát triển phương tiện tàu lượn siêu thanh (HGV) của DF-ZF của Trung Quốc, theo báo cáo từ Viện nghiên cứu hàng không vũ trụ Ttung Quốc. JF-12 vẫn đang hoạt động song song cùng với JF-22.

3. Đường hầm gió siêu thanh T-117 TsAGI

Đường hầm gió T-117 TsAGI. (Ảnh: TsAGI).

T-117 TsAGI là đường hầm gió siêu thanh lớn xây tại Viện thủy khí động lực học trung tâm tại Moskva, Nga, vào thập niên 1970. Hệ thống hoạt động theo quy tắc xả đáy, trong đó khí áp suất cao nhanh chóng giải phóng vào khu vực còn lại trong đường hầm gió để tạo ra dòng khí. Hai lò nung điện riêng biệt có thể tháo rời tùy theo thí nghiệm, sẽ làm nóng dòng khí.

Một lò nung sử dụng hai cung lửa điện để cung cấp công suất tối đa 25 megawatt, trong khi lò còn lại dùng một cung lửa điện cho công suất tối đa 2,5 megawatt. Không khí trong những lò nung được làm nóng giữa hai điện cực đặt thẳng hàng dọc theo cùng trục, sản sinh cung lửa điện. Cung lửa điện sau đó xoay tròn nhờ từ trường, làm ấm không khí truyền qua giữa điện cực.

Theo cách này, T-117 TsAGI có thể mô phỏng nhiệt độ cao mà phương tiện siêu thanh gặp phải trong chuyến bay, đồng thời tạo ra tốc độ thử nghiệm từ Mach 5 (6.174 km/h) đến Mach 10 (12.348 km/h). Năm 2018, T-117 TsAGI được sử dụng để kiểm tra chế độ bay siêu thanh của tàu vũ trụ Federation, một dự án của cơ quan vũ trụ Nga Roscosmos nhằm thay thế tàu Soyuz trong những nhiệm vụ khác nhau ở quỹ đạo thấp của Trái Đất và Mặt Trăng.

4. Cơ sở đường hầm siêu thanh (HTF)

Cơ sở đường hầm siêu thanh (HTF) nằm ở Cơ sở thử nghiệm Neil Armstrong của NASA, trong Trung tâm nghiên cứu Glenn tại Sandusky, Ohio. Ban đầu xây dựng để thử nghiệm vòi tên lửa nhiệt hạt nhân trong chương trình Động cơ hạt nhân ứng dụng trên phương tiện tên lửa (NERVA), hiện nay cơ sở chuyên kiểm tra hệ thống đẩy hút khí siêu thanh quy mô lớn ở tốc độ từ Mach 5 (6.174 km/h) đến Mach 7 (8.644 km/h), mô phỏng độ cao thực tế (36.500 m).

Khu thử nghiệm trong HTF có thể điều chỉnh từ 3,05 m đến 4,27 m. Tại đó, một lò nung điện tích nhiệt lõi graphite làm nóng khí nitơ, sau đó trộn lẫn với oxy và nitơ ở nhiệt độ phòng để tạo ra không khí nhân tạo không ô nhiễm theo tỷ lệ thực. Nhiệt độ của không khí nhân tạo được kiểm soát để theo yêu cầu cụ thể dành cho thử nghiệm. HTF có thể hoạt động 5 phút một lần, tùy theo điều kiện vận hành.

5. Đường hầm gió Unitary Plan (UPWT)

Mô hình tên lửa Hệ thống phóng không gian thử nghiệm trong đường hầm gió cận âm của hệ thống UPWT. (Ảnh:NASA).

Unitary Plan (UPWT) là một trong những đường hầm gió lớn nhất đang hoạt động trên thế giới. Cơ sở nằm ở Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA ở Moffet Field, California. Từ khi hoàn thành vào năm 1955, đường hầm gió Unitary Plan (UPWT) giúp kiểm tra cả máy bay thông thường (thương mại và quân sự) và tàu vũ trụ (như tàu con thoi đã ngừng hoạt động của NASA). Đường hầm này đóng vai trò chủ chốt trong phát triển đội máy bay của Boeing cũng như máy bay chiến đấu F-111 và máy bay ném bom B-1 Lancer.

UPWT bao gồm 3 đường hầm gió mạch kín là đường hầm gió cận âm 3,4 x 3,4 m (TWT), đường hầm gió siêu thanh 2,7 x 2,1 m và đường hầm gió siêu thanh 2,4 x 2,1 m. Đường hầm gió cuối có thể đạt tốc độ tới Mach 3,5 (4.321 m). Tất cả đều hoạt động nhờ 4 motor điện từ có rotor dây quấn công suất 65.000 mã lực, hoạt động ở 7.200 volt.