Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết họ đã phát triển một công cụ mô phỏng hàng không – vũ trụ mạnh mẽ, có thể làm thay đổi cách thiết kế các máy bay quân sự tiên tiến. Những phát hiện ban đầu của họ cho thấy các cấu hình được công bố công khai của máy bay ném bom tàng hình mới nhất của Mỹ – B-21 Raider – có thể tồn tại những hạn chế nhất định về khí động học và độ ổn định.
Phần mềm, có tên PADJ-X, đã được mô tả chi tiết trong một bài báo bình duyệt đăng trên tạp chí Acta Aeronautica et Astronautica Sinica vào tháng trước.
Các nhà nghiên cứu mô tả đây là một nền tảng thiết kế “tất cả trong một”, tích hợp nhiều lĩnh vực kỹ thuật vào một quy trình tối ưu hóa duy nhất, qua đó giảm đáng kể năng lực tính toán và thời gian vốn thường cần để tinh chỉnh các thiết kế máy bay tiên tiến.
Phần mềm thiết kế tàng hình
Theo bài báo, PADJ-X dựa trên công nghệ tối ưu hóa adjoint, một phương pháp thuật toán cho phép điều chỉnh đồng thời hàng nghìn tham số thiết kế.
Cách tiếp cận này trái ngược với các phương pháp truyền thống vốn dựa vào việc mô phỏng thử – sai lặp đi lặp lại, vừa tốn kém vừa thường chỉ mang lại những cải tiến rất hạn chế.
Để chứng minh năng lực của hệ thống, nhóm nghiên cứu do ông Huang Jiangtao thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Khí động học Trung Quốc dẫn đầu đã áp dụng PADJ-X cho các cấu hình khái niệm có hình dáng tương tự máy bay ném bom tàng hình B-21 của Không quân Mỹ, loại máy bay hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm bay.
B-21 do tập đoàn Northrop Grumman phát triển và được kỳ vọng sẽ trở thành trụ cột của lực lượng tấn công hạt nhân và thông thường tầm xa của Mỹ.
Sử dụng 288 tham số trong các mô phỏng, các nhà nghiên cứu cho biết việc tối ưu hóa khí động học đã giúp tăng tỷ lệ lực nâng trên lực cản của máy bay khoảng 15% và giảm đáng kể các hiệu ứng sóng xung kích.
Họ cũng cho biết mô-men chúi – một thước đo độ ổn định theo phương dọc – đã được cải thiện từ mức 0,07 xuống gần bằng 0, một thay đổi mà về mặt lý thuyết sẽ cho phép chuyến bay êm ái và ổn định hơn, giảm nhu cầu điều khiển liên tục.
Các nhà nghiên cứu viết rằng mô-men chúi gần bằng 0 cho thấy máy bay có thể duy trì chuyến bay bằng phẳng một cách tự nhiên hơn, từ đó cải thiện hiệu quả nhiên liệu và kéo dài tầm bay.
Kết hợp với lực nâng tăng và lực cản sóng giảm, cấu hình tối ưu hóa cho thấy tiềm năng lớn đối với các nhiệm vụ bay đường dài, thời gian kéo dài.
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng các phát hiện của họ dựa trên mô hình lý thuyết và hình dáng suy luận từ các nguồn công khai, chứ không phải dữ liệu thiết kế mật. Các đặc tính hiệu suất thực tế của B-21 hiện vẫn được quân đội Mỹ bảo mật chặt chẽ.
PADJ-X tích hợp năm lĩnh vực chính – khí động học, động lực đẩy, điện từ học, tín hiệu hồng ngoại và sóng âm – vào một khuôn khổ thống nhất.
Ông Huang cho biết điều này cho phép các kỹ sư cân bằng những yêu cầu thiết kế thường mâu thuẫn với nhau, chẳng hạn như giảm khả năng bị radar phát hiện trong khi vẫn duy trì hiệu quả khí động học và độ bền kết cấu.
Máy bay ném bom B-21 của Mỹ
Các đánh đổi luôn là yếu tố then chốt trong thiết kế máy bay tàng hình. Những hình dạng phẳng, liền khối giúp giảm phản xạ radar nhưng lại làm tăng lực cản, trong khi cánh mỏng cải thiện hiệu suất bay nhưng đánh đổi bằng độ bền kết cấu.
Các phương pháp tối ưu hóa truyền thống thường kiểm tra riêng lẻ từng biến số này, nhưng PADJ-X sử dụng các phép tính dựa trên độ nhạy để tìm ra sự thỏa hiệp tối ưu trên tất cả các lĩnh vực cùng lúc, theo bài báo.
Ngoài phân tích liên quan đến B-21, nhóm nghiên cứu còn áp dụng PADJ-X cho một cấu hình tương tự máy bay không người lái tàng hình X-47B của Hải quân Mỹ – một chương trình mật đã bị hủy bỏ vào năm 2015.
Trong mô phỏng đó, phần mềm giúp giảm lực cản khoảng 10% và hạ tiết diện phản xạ radar phía trước – một chỉ số then chốt về khả năng bị phát hiện – gần 10 lần, từ 13,55 mét vuông (khoảng 146 foot vuông) xuống còn 1,33 mét vuông (khoảng 14 foot vuông).
Nghiên cứu cũng mô tả các mô phỏng liên quan đến cửa hút khí của phương tiện siêu vượt âm, việc giảm tín hiệu hồng ngoại từ vòi phun động cơ, tối ưu hóa lớp phủ tàng hình để tiết kiệm trọng lượng, cũng như giảm tiếng nổ siêu thanh đối với các máy bay bay nhanh hơn tốc độ âm thanh.
Các công cụ tối ưu hóa adjoint không phải là điều mới. NASA đã bắt đầu phát triển các nền tảng tương tự từ những năm 1990, trong đó có hệ thống FUN3D được sử dụng cho các dự án như máy bay trình diễn giảm tiếng nổ X-59.
Đức và Pháp cũng đã xây dựng các công cụ tương đương. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho rằng những hệ thống này thường chỉ tập trung vào ít lĩnh vực hơn và thường đòi hỏi điều chỉnh thủ công khi mở rộng.
Nếu được kiểm chứng, PADJ-X có thể đẩy nhanh quá trình phát triển máy bay, giảm sự phụ thuộc vào thử nghiệm trong hầm gió, cắt giảm chi phí chế tạo mẫu, đồng thời giúp các máy bay có người lái và không người lái trong tương lai đạt tầm bay xa hơn và hiệu suất cao hơn.
Tuy nhiên, việc các kết quả mô phỏng này có chuyển hóa thành lợi thế vận hành thực tế hay không vẫn còn là điều chưa chắc chắn, đặc biệt khi áp dụng cho những hệ thống nước ngoài có mức độ bảo mật cao.
Theo IE
