Phần mềm Trung Quốc phát hiện lỗ hổng của máy bay ném bom tàng hình tiên tiến nhất Mỹ

một ngày trướcBài gốc

Công cụ mô phỏng hàng không vũ trụ mạnh mẽ được phát triển bởi nhóm nhà nghiên cứu Trung Quốc có thể đã phát hiện ra các lỗ hổng tiềm ẩn trong thiết kế B-21 Raider, máy bay ném bom tàng hình tiên tiến nhất Mỹ.

Hệ thống phần mềm PADJ-X “tất cả trong một”, dựa trên công nghệ tối ưu hóa adjoint, được công bố trong một bài viết đăng trên tạp chí bình duyệt Acta Aeronautica et Astronautica Sinica.

Công nghệ tối ưu hóa adjoint là phương pháp toán học - tính toán dùng để tối ưu thiết kế các hệ thống rất phức tạp (máy bay, động cơ, tàu vũ trụ), nơi có hàng trăm đến hàng nghìn biến thiết kế, nhưng vẫn giữ chi phí tính toán ở mức thấp.

Được cho là nền tảng tích hợp đa ngành hoàn chỉnh đầu tiên dành cho thiết kế máy bay tàng hình, PADJ-X sử dụng thuật toán để tính toán hướng tối ưu cho tất cả tham số cùng lúc, qua đó giảm mạnh chi phí.

Theo bài viết, khi sử dụng PADJ-X để phân tích cấu hình của B-21 Raider, nhóm nghiên cứu nhận thấy mẫu máy bay ném bom tàng hình do hãng Northrop Grumman (Mỹ) chế tạo có thể chưa đạt tối ưu về khí động học và độ ổn định. B-21 Raider hiện trải qua các chuyến bay thử nghiệm chuyên sâu của Không quân Mỹ.

Northrop Grumman ra mắt máy bay ném bom tàng hình B-21 Raider vào tháng 12.2022 tại cơ sở của hãng ở bang California, Mỹ - Ảnh: Internet

Nhà khoa học Huang Jiangtao, thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Khí động học Trung Quốc, cùng các cộng sự đã mô tả chi tiết nhiều mô phỏng trong bài viết, gồm cả máy bay không người lái tàng hình X-47B của Hải quân Mỹ (dự án bị hủy năm 2015 nhưng vẫn được xếp loại mật), tương tự B-21 Raider.

Các nhà nghiên cứu không nêu rõ dữ liệu nào được sử dụng cho phân tích. Họ cho biết đã áp dụng 288 tham số trong mô phỏng một cấu hình kiểu B-21 Raider. Quá trình tối ưu hóa khí động học giúp tăng tỷ lệ lực nâng trên lực cản của máy bay thêm 15% và giảm đáng kể sóng xung kích.

Mô-men chúi cũng được cải thiện từ 0,07 xuống -0,001, theo bài viết. Giá trị này càng gần 0 thì chuyến bay càng êm. Khi mô-men chúi dương, mũi máy bay sẽ nâng lên. Khi mô-men chúi âm thì mũi máy bay hạ xuống.

Mô-men chúi gần bằng 0 đồng nghĩa với việc máy bay có thể duy trì bay bằng ổn định mà không cần phi công can thiệp vào cần điều khiển, qua đó nâng cao khả năng tự cân bằng tự nhiên và hiệu quả sử dụng nhiên liệu.

Kết hợp với lực nâng tăng và lực cản sóng giảm, thiết kế B-21 đã được tối ưu cho thấy tiềm năng lớn về tầm bay mở rộng, Huang Jiangtao viết.

“Môi trường tác chiến trong tương lai đòi hỏi hiệu suất cao hơn từ cấu hình máy bay, thúc đẩy nhu cầu xem xét sự kết hợp liên ngành sâu sắc hơn trong thiết kế. Với đầy đủ quyền sở hữu trí tuệ, PADJ-X tích hợp 5 lĩnh vực chính là khí động học, động cơ, điện từ, dấu hiệu hồng ngoại và tiếng nổ siêu thanh. Hệ thống này cho phép tối ưu hóa toàn diện cấu hình khí động học của máy bay”, ông cho biết thêm.

Các yêu cầu về một máy bay chiến đấu hiệu năng cao thường mâu thuẫn với nhau. Chẳng hạn, hình dạng phẳng thuận lợi cho tàng hình có thể làm tăng lực cản, trong khi giảm lực cản bằng cách làm mỏng cánh lại có thể ảnh hưởng đến độ bền kết cấu.

Các phương pháp thiết kế truyền thống dựa vào việc thử nghiệm lặp đi lặp lại, vừa tốn kém vừa mất nhiều thời gian, nhưng thường chỉ tối ưu được từng phần riêng lẻ. Trong khi đó, nếu kiểm tra riêng lẻ hàng nghìn biến số, ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất cũng không thể xử lý nổi.

Ngược lại, mô hình PADJ-X đưa vào một biến độ nhạy có thể thay đổi theo mục tiêu thiết kế. Biến này cho phép suy ngược lại các tham số của thiết kế, nhờ đó cải thiện hiệu quả và độ ổn định của quá trình tính toán, đồng thời tránh hiện tượng kết quả tính toán bị phân kỳ hoặc sai lệch.

Theo các nhà nghiên cứu, hệ thống đặc biệt mạnh ở khả năng phối hợp đa ngành, chẳng hạn xác định điểm thỏa hiệp tối ưu giữa hình dạng sắc cạnh để giảm lực cản và các đường cong bo tròn nhằm giảm phản xạ radar cho mục đích tàng hình.

Trong mô phỏng X-47B, nhóm nghiên cứu sử dụng một cấu hình tương tự máy bay không người lái tàng hình Mỹ và tiến hành tối ưu hóa kết hợp giữa khí động học, tàng hình và động cơ.

Mô hình PADJ-X đã giảm hệ số lực cản khoảng 10% và giảm diện tích phản xạ radar (RCS) trung bình phía trước từ 13,55 m2 xuống chỉ còn 1,33 m2, đồng thời cải thiện nhẹ hiệu suất cửa hút khí.

RCS phía trước, được đo trong vùng hình nón trước mũi máy bay, nơi dễ bị radar đối phương phát hiện nhất, cho thấy “bóng radar” của máy bay lớn đến mức nào. Việc giảm RCS xuống còn 1/10 đồng nghĩa với bước tiến rất lớn về khả năng tàng hình.

Do các tham số thực tế của B-21 và X-47B đều được xếp loại mật, vẫn chưa thể xác định liệu các kết quả do PADJ-X tạo ra có phù hợp với các yêu cầu nhiệm vụ cụ thể hay mục tiêu chiến thuật của Quân đội Mỹ hay không.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn thực hiện nhiều mô phỏng khác, như cải tiến cửa hút gió cho các phương tiện bay siêu vượt âm, giảm dấu vết nhiệt phát ra từ vòi phun cong dạng S, tìm cách đạt hiệu quả tàng hình cao nhất với lượng vật liệu phủ ít nhất để giảm trọng lượng, làm nhỏ tiếng nổ siêu thanh cho máy bay phản lực thương mại bay nhanh hơn tốc độ âm thanh.

Đẩy nhanh quá trình phát triển máy bay

Trên thế giới, các công ty khí động học và viện nghiên cứu đã tích cực phát triển các nền tảng tối ưu hóa adjoint trong nhiều thập kỷ, bắt đầu từ nền tảng FUN3D của NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ) vào những năm 1990, vốn được ứng dụng trong các dự án như X-59 Low-Boom Flight Demonstrator.

X-59 Low-Boom Flight Demonstrator là máy bay thử nghiệm siêu âm do NASA phát triển, nhằm chứng minh nó có thể bay nhanh hơn tốc độ âm thanh mà không tạo ra tiếng nổ siêu thanh lớn.

Cơ quan nghiên cứu hàng không vũ trụ Đức và Pháp cũng tự phát triển các phần mềm riêng để mô phỏng và tối ưu thiết kế máy bay.

Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu Trung Quốc, các nền tảng này không bao phủ phạm vi rộng như PADJ-X và quá trình vận hành thường đòi hỏi điều chỉnh thủ công khi mở rộng tối ưu hóa từ lĩnh vực này sang lĩnh vực khác.

Công nghệ mới đứng sau PADJ-X có thể giúp đẩy nhanh quá trình phát triển máy bay, giảm sự phụ thuộc vào thử nghiệm trong hầm gió, hạ chi phí chế tạo mẫu thử, đồng thời cho phép các máy bay không người lái lẫn có người lái trong tương lai đạt tầm bay xa hơn và hiệu năng vượt trội hơn.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/phan-mem-trung-quoc-phat-hien-lo-hong-cua-may-bay-nem-bom-tang-hinh-tien-tien-nhat-my-243344.html