Vỏ máy bay trong tương lai có thể có thiết kế giống vảy cá, tại sao vậy?

Hiện tại cũng như trong nhiều năm tới, máy bay đã, đang, và sẽ vẫn là phương tiện hàng đầu trong việc giúp con người đặt chân tới những địa điểm xa xôi với thời gian tiêu tốn ít nhất có thể. Các mẫu máy bay nói chung và máy bay dân dụng nói riêng không ngừng được cải tiến theo thời gian. Ngoài việc tập trung cải thiện tính năng an toàn cũng như sự tiện nghi, việc làm thế nào để giảm thiểu nhiên liệu sử dụng trong mỗi chuyến bay, góp phần cắt giảm lượng khí thải ra môi trường, cũng là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các kỹ sư hàng không. Để làm được điều này, bên cạnh việc cải tiến động cơ, làm sao để tối ưu hóa thiết kế khí động học của thân máy bay cũng là điều được tính đến.

Trong một nghiên cứu mới được thực hiện với sự tham gia của các nhà khoa học đến từ Đại học Stuttgart (Đức) và Đại học London (Anh), các chuyên gia đã tìm thấy một khái niệm thiết kế mới lấy cảm hứng từ cấu trúc vảy cá, có thể giúp cải thiện đáng kể tính khí động học của máy bay, cụ thể là hỗ trợ cắt giảm tối đa ma sát và lực cản của không khí lên mọi khu vực trên thân máy bay.

“Chúng tôi đã nghiên cứu rất kỹ lưỡng cấu trúc bề mặt vẩy của các loài cá nước ngọt nói chung, với mô hình các lớp vảy đan xen, xếp chồng lên nhau theo một tỉ lệ tuyệt vời. Đây cũng chính là yếu tố đóng vai trò như một phương tiện giúp giảm tối đa lực cản của nước tác động lên cơ thể cá. Các lớp vẩy bóng, xếp chồng chặt chẽ làm giảm đáng kể lực cản ma sát - điều này đã được chúng tôi chứng minh bằng các phép đo chi tiết cũng như mô phỏng sinh học”, Giáo sư Christoph Bruecker, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Các thí nghiệm chuyên sâu được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu có liên quan đến một đường hầm dẫn nước đặc biệt tại Đại học Stuttgart, được sử dụng để kiểm tra cũng như đánh giá các giả thiết về mối liên hệ giữa tính khí động học và cấu trúc vảy cá bằng cách so sánh lực cản của nước tác động lên mặt phẳng nhẵn và mặt phẳng được phủ lớp vảy giả. Kết quả cho thấy mảng vảy cá tạo ra chuyển động ngoằn ngoèo của chất lỏng ở các vùng chồng chéo trên bề mặt các lớp, qua đó làm giảm lực ma sát lên đến 25%.

• Video: Máy bay nặng gần 500 tấn chiến thắng trọng lực như thế nào?

Tất nhiên máy bay không di chuyển trong nước, nhưng các hiệu ứng tương tự - liên quan đến “nguyên tắc vật lý của sự tạo dòng chảy thành vệt” thông qua các lớp vảy chồng lên nhau - cũng có thể làm cho cánh và thân của máy bay có tính khí động học tốt hơn khi chuyển động trong không khí. Ngoài ra mô hình này cũng có thể ứng dụng khả thi trong việc thiết kế các tuabin gió trong tương lai.

Dẫu vậy, nếu bạn đang hy vọng vào những chiếc máy bay trong tương lai trông giống như những con cá khổng lồ, bạn có thể sẽ phải thất vọng. Bruecker cho rằng những lớp vảy chồng lên nhau nhiều khả năng sẽ được làm nhỏ đến mức khó có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Hiện nghiên cứu này đã nhận được tài trợ một phần bởi BAE Systems, một công ty quốc phòng và hàng không vũ trụ có truyền thống quan tâm đến những nghiên cứu mới mang tính ứng dụng cao. BAE Systems trước đây đã hỗ trợ một số dự án sáng tạo như lá chắn làm lệch hướng tán xạ năng lượng và máy bay không người lái quân sự "phát triển" bằng cách sử dụng hóa chất.

Nếu chứng minh được sự hiệu quả trong thử nghiệm thực tế và đặt biệt là sự hợp lý trong chi phí triển khai thương mại, mô hình vỏ máy bay kiểu mới này hoàn toàn có thể được đón nhận và ứng dụng đại trà bởi các nhà sản xuất máy bay cả dân dụng lẫn quân sự. Trên thực thế, các công ty sản xuất máy bay đang ngày càng quan tâm đến việc sử dụng những bề mặt có cấu trúc vi mô như vậy trong các ứng dụng khí động học, đặc biệt là đối với những phát triển gần đây liên quan đến công nghệ tàu bay nhiều lớp.