Tại sao máy bay cánh xiên độc nhất vô nhị AD-1 "chết yểu"?

AD-1 là máy bay có thiết kế độc đáo của NASA với một cánh dài xoay quanh tâm. Nó đã bay thử nghiệm 79 chuyến nhưng không được đưa vào sản xuất hàng loạt.

Không nhiều máy bay có thể khẳng định là độc nhất vô nhị, nhưng máy bay AD-1 của NASA là một trong số đó. Thân máy bay trông giống điếu xì gà nhọn, thanh mảnh, với một cánh duy nhất xoay quanh điểm trung tâm, dẫn đến sự bất đối xứng khi bay. Chưa máy bay có người lái nào khác từng được chế tạo với cánh xoay có góc lệch như vậy. Nó đã bay 79 lần trong chương trình nghiên cứu của NASA từ năm 1979 đến 1982.

Máy bay cánh xiên AD-1 trong chuyến bay thử nghiệm quét cánh. (Ảnh: NASA).

Ý tưởng máy bay cánh xiên

Concept máy bay độc đáo được gọi là "cánh xiên". Ý tưởng này hình thành từ những năm 1940, nhưng phải đến khi dự án của NASA ra đời vào những năm 1970, công nghệ mới được đưa vào thử nghiệm.

Chương trình đã chứng minh rằng concept cánh xiên có tiềm năng giúp phát triển máy bay chở khách siêu thanh hiệu quả cao, cũng như phát triển các ứng dụng quân sự. Tuy nhiên, hơn 40 năm sau khi máy bay thử nghiệm cất cánh lần cuối, không có chiếc nào khác "noi gương".

Người phát minh ra concept này - kỹ sư hàng không Robert T. Jones từ Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA ở California - là người tiên phong muốn thách thức những quy ước truyền thống.

"Một trong những giả định bất thành văn trong thiết kế máy bay là tính đối xứng song phương hay đối xứng gương", ông viết trong một nghiên cứu khoa học năm 1972 về cánh xiên. Ông thừa nhận, việc cho rằng cánh xoay sẽ mang đến những chiếc máy bay siêu thanh tốt hơn là rất đáng ngạc nhiên, nhưng hy vọng mình có thể chứng minh giá trị của thiết kế mới.

Trước khi chế tạo AD-1, Jones đã thử nghiệm một mô hình trong đường hầm gió. Kết quả cho thấy, máy bay siêu thanh cánh xiên sẽ tiết kiệm nhiên liệu gấp đôi so với cánh truyền thống. Nó cũng ít gây ồn hơn khi cất cánh, tạo ra tiếng nổ siêu thanh êm ái hơn và có phạm vi hoạt động rộng hơn. Với dữ liệu đầy hứa hẹn này, Jones nhận được tài trợ để phát triển nguyên mẫu kích thước đầy đủ.

Chuyển động của cánh máy bay AD-1. (Ảnh: NASA).

Quá trình thử nghiệm

Thời đó, AD-1 rất rẻ với tổng chi phí chỉ khoảng 240.000 USD, bằng chưa đến 1 triệu USD ngày nay. Bản thiết kế chi tiết do kỹ sư hàng không vũ trụ nổi tiếng Burt Rutan thực hiện.

Máy bay một chỗ ngồi này dài khoảng 11,5 m và chỉ cao 83,8 cm. Nó trông rất "lùn" khi đứng trên mặt đất do thiết bị hạ cánh ngắn - được tối ưu hóa để giảm lực cản. Máy bay vận hành nhờ hai động cơ turbo phản lực nhỏ và tốc độ tối đa chỉ khoảng 320km/h vì lý do an toàn. Đặc biệt, máy bay rất nhẹ với trọng lượng không tải chưa đến 680 kg nhờ cấu trúc làm từ nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh. Máy bay không trang bị hệ thống thủy lực nào.

Cánh xoay được gắn vào thân máy bay, ngay phía trước động cơ, và hoạt động nhờ các động cơ điện được kích hoạt bằng một công tắc trong buồng lái. Trong quá trình máy bay cất hạ cánh, cánh xoay luôn ở vị trí trung lập hay vuông góc với thân. Bộ phận này chỉ được kích hoạt trong hành trình bay.

Nguyên mẫu AD-1 cất cánh lần đầu vào ngày 21/12/1979 với phi công nghiên cứu của NASA, Thomas McMurtry. Góc xoay tối đa của cánh - 60 độ - đạt được vào tháng 4/1981. Sau đó, máy bay tiếp tục bay thử nghiệm thêm khoảng một năm nữa.

Tất cả phi công tham gia chương trình đều được yêu cầu đánh giá. Nhìn chung, họ cho rằng màn trình diễn của AD-1 có thể chấp nhận được khi cánh quét tới 50 độ, gần mức tối đa. Một số vấn đề xấu xảy ra khi vượt quá mức đó, nhưng NASA tin rằng có thể cải thiện với vật liệu và cấu trúc phức tạp hơn.

Robert T. Jones đứng cạnh máy bay AD-1. (Ảnh: NASA)

Lý do máy bay cánh xiên bị "khai tử"

Boeing và Lockheed từng tiến hành các nghiên cứu về máy bay chở khách siêu thanh tiềm năng với thiết kế cánh xiên để sẵn sàng chế tạo một chiếc vào thời điểm AD-1 được kiểm chứng. Một mẫu máy bay được đề xuất là Boeing 5-7 với sức chở 190 hành khách. Máy bay sử dụng 4 động cơ turbo phản lực cánh quạt và bay với tốc độ Mach 1,2 - nhanh hơn âm thanh. Nó sẽ dài 87 m, sải cánh dài 61,5 m ở vị trí trung lập và giảm xuống còn 40 m khi xoay chéo tối đa.

Tuy nhiên, Boeing 5-7 chỉ dừng lại ở ý tưởng trên giấy, giống như mọi máy bay cánh xiên khác ngoại trừ AD-1. AD-1 cũng thực hiện chuyến bay cuối cùng của mình vào năm 1982, cách đây hơn 40 năm.

Lý do là cánh xoay quá phức tạp về mặt cơ khí so với việc thiết kế cánh cố định chuyên dụng cho tốc độ siêu thanh và chấp nhận rằng máy bay sẽ kém hiệu quả hơn khi bay cận âm (dưới tốc độ âm thanh). Ví dụ, máy bay có thể trang bị cánh delta hình tam giác - giống như trên máy bay siêu thanh Concorde - hoặc đơn giản là cánh xuôi với góc được tối ưu hóa cho chuyến bay nhanh hơn âm thanh.

Chương trình AD-1 đã cho thấy tiềm năng của máy bay cánh xiên, nhưng không đủ để các chuyên gia đầu tư vào hệ thống phức tạp này, nhất là khi các thiết kế hiện đại khiến concept cánh xiên trở nên thừa thãi. Tuy nhiên, dữ liệu thu thập được trong 79 chuyến bay thử nghiệm của AD-1 từng rất quý giá và có thể trong tương lai, chúng sẽ lại trở nên hữu ích.