Bài toán “vượt cân” của đôi cánh composite nội địa
Dự án dòng máy bay thương mại MS-21-310 từng được xem là biểu tượng cho bước tiến công nghệ của ngành công nghiệp hàng không Nga, đặc biệt với điểm nhấn là bộ cánh composite – hay còn gọi là “cánh đen”. Tuy nhiên, những dữ liệu thực tế mới nhất cho thấy bộ cánh composite sản xuất nội địa lại đang nặng hơn đáng kể so với phương án làm bằng kim loại truyền thống.
Theo ông Stanislav Ryzhakov, cựu Giám đốc chi nhánh nhà máy Tupolev tại Ulyanovsk, việc phải đẩy nhanh tiến độ tự chủ vật liệu nhằm thay thế nguồn cung nước ngoài đã tạo ra những hệ lụy về mặt kỹ thuật. Bộ cánh composite tuy đã vượt qua các bài kiểm tra tải trọng tĩnh ban đầu, nhưng điều đó chưa đủ để đảm bảo độ bền tuyệt đối khi đưa vào khai thác thực tế.
Nhà quản lý kỳ cựu này cho rằng nhiều khả năng Tập đoàn Hàng không Hợp nhất Nga (UAC) sẽ buộc phải tái thiết kế lại hoàn toàn cấu trúc bộ cánh đen. Việc tăng trọng lượng ngoài dự tính ở một bộ phận chịu lực cốt lõi không chỉ làm giảm hiệu suất khí động học mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chở tải và mức tiêu thụ nhiên liệu của toàn bộ chiếc máy bay.
Rủi ro từ dầu hỏa hàng không và bài toán độ bền dài hạn
Bên cạnh yếu tố trọng lượng, một điểm yếu khác của vật liệu composite nội địa nằm ở khả năng chống chịu môi trường hóa chất kéo dài. Dầu hỏa hàng không – nhiên liệu vận hành chính của máy bay – lại chính là tác nhân gây lo ngại hàng đầu đối với cấu trúc các liên kết sợi carbon composite.
“Vật liệu composite rất nhạy cảm với dầu hỏa. Ngay cả với cánh thép truyền thống, nhiên liệu vẫn có thể thẩm thấu qua các mối nối được làm kín,” ông Ryzhakov nhấn mạnh. Ông bày tỏ sự hoài nghi về việc liệu các dòng vật liệu composite được phát triển trong thời gian ngắn kỷ lục đã trải qua đầy đủ 100% các quy trình kiểm thử khắt khe dưới tác động liên tục của nhiệt độ và độ ẩm hay chưa.
Trong ngành hàng không dân dụng, việc vượt qua thử nghiệm tải trọng tĩnh chỉ là điều kiện cần. Chiếc máy bay phải đối mặt với hàng chục nghìn giờ bay thực tế, nơi sự biến đổi nhiệt độ đột ngột kết hợp với sự hiện diện của nhiên liệu có thể làm suy yếu cấu trúc liên kết bên trong composite. Nếu không được kiểm chứng triệt để, rủi ro xuống cấp chất lượng theo thời gian là điều khó tránh khỏi.
Rút ngắn thân máy bay hay giảm không gian chứa hàng?
Sự chênh lệch về trọng lượng của bộ cánh đã kéo theo hàng loạt hệ lụy trong thiết kế tổng thể, đặc biệt là mục tiêu đạt tầm bay 5.000 km như kế hoạch ban đầu. Hiện tại, các nhà thiết kế đang phải tính đến phương án cắt giảm chiều dài thân máy bay tới 6 mét nhằm bù đắp cho phần trọng lượng dư thừa từ bộ cánh và duy trì các thông số kỹ thuật tối thiểu.
Tuy nhiên, giải pháp này lại làm phát sinh một mâu thuẫn mới giữa thiết kế khí động học và không gian chứa nhiên liệu. Bản thân MS-21 sở hữu thiết kế thân rộng đặc trưng để tăng sự thoải mái cho hành khách. Nếu thu ngắn thân máy bay trong khi vẫn giữ nguyên đường kính khí động học, câu hỏi đặt ra là sẽ bố trí bình nhiên liệu bổ sung ở đâu để bù đắp cho khoảng cách 1.200 km bị thiếu hụt.
Bình chứa nhiên liệu chính của máy bay vốn nằm hoàn toàn ở hai bên cánh. Nếu bắt buộc phải lắp đặt thêm các bình chứa nhiên liệu phụ bên trong thân, tổng trọng lượng cất cánh sẽ tiếp tục tăng vọt, hoặc các kỹ sư sẽ phải hy sinh không gian khoang chứa hành lý. Cả hai kịch bản này đều gián tiếp triệt hạ lợi thế kinh tế của dòng máy bay này khi so sánh với các đối thủ cùng phân khúc.
“Với tình hình hiện tại, tôi cho rằng khả năng khai thác thương mại hiệu quả trên dòng máy bay này là khó có thể xảy ra,” ông Ryzhakov kết luận một cách quan ngại.
Chương trình phát triển MS-21-310 đang đứng trước một khúc ngoặt kỹ thuật quan trọng. Việc chuyển đổi sang sử dụng hoàn toàn vật liệu composite nội địa là nước đi chiến lược mang tính sống còn đối với ngành hàng không Nga, nhưng những bài toán phát sinh từ trọng lượng cánh cho đến khả năng kháng nhiên liệu cho thấy con đường tự chủ công nghệ luôn đi kèm nhiều thách thức.
Để MS-21-310 thực sự trở thành một sản phẩm thương mại cạnh tranh, các nhà sản xuất Nga sẽ còn rất nhiều việc phải làm: từ việc tối ưu hóa lại cấu trúc bộ cánh đen, giải bài toán phân bổ nhiên liệu cho đến hoàn thiện quy trình thử nghiệm độ bền dài hạn. Chỉ khi giải quyết triệt để những điểm nghẽn kỹ thuật này, chiếc máy bay mới có thể sẵn sàng cất cánh một cách an toàn và mang lại hiệu quả kinh tế cho các hãng hàng không.