BM: Máy bay Phát xít Đức đi trước thời đại?

Monday, February 29, 2016

Máy bay Phát xít Đức đi trước thời đại?

Trong những tháng cuối cùng trước khi Chiến tranh Thế Giới II kết thúc, Phát xít Đức thử nghiệm một loại máy bay chiến đấu có hình dạng giống tàu vũ trụ hơn một chiếc máy bay thông thường.

Mãi cho đến giờ, người ta mới nhận ra thiết kế của chiếc Horten Ho 229 đó đã đi trước thời đại đến mức nào.

Vào tháng 12/2015, hãng chế tạo máy bay Hoa Kỳ Northrop Grumman công bố một mẫu thiết kế có tính cách mạng cho chiến đấu cơ trong tương lai.

Về mặt lý thuyết, phi cơ mới có khả năng 'tàng hình' để bay qua các vùng chiến sự trong thế kỷ tới.

Về mặt ý tưởng, mẫu mới trông giống một chiếc đĩa bay hơn một máy bay chiến đấu - nó được các chuyên gia hàng không gọi là "flying wing", tức là phi cơ có thân cánh liền khối, hay máy bay không đuôi – với việc phần đuôi vốn có ở các máy bay hiện nay được cắt bỏ hoàn toàn.

Thiết kế này giúp giảm bớt kích cỡ, tạo ra hình dáng trơn tru ít góc cạnh hơn và vì thế khó bị radar phát giác hơn.

Thiết kế máy bay của Northrop Grumman có nhiều điểm giống với chiếc Horten Ho 229.

Thiết kế mới hướng tới chiến đấu cơ cho tương lai, nhưng thực ra kiểu mẫu này đã có từ lâu rồi, sớm hơn ta tưởng nhiều.

Thực sự, mẫu chiến đấu cơ có tính khám phá đã được chế tạo và bay thử trong những ngày tàn của Phát xít ở giai đoạn cuối Chiến Tranh Thế Giới II.

Thiết kế khó tin

Chiếc phi cơ Horten Ho 229 của Đức có lẽ đã tạo ra một dấu ấn trong lịch sử ngành hàng không.

Là một bước tiến vượt bậc so với những kiến thức chung về ngành hàng không của con người thời đó, những bí mật về khí động học trong thiết kế của mẫu máy bay này hiện vẫn là điều chưa được người ta hoàn toàn biết tất cả va cặn kẽ.

Một trưởng nghiên cứu gia tại Nasa hiện vẫn đang tìm hiểu xem làm cách nào mà những nhà chế tạo thời đó có thể vượt qua được những thách thức về khí động học, là những thứ lẽ ra phải khiến cho mẫu máy bay này không thể bay được.

Thiết kế thân cánh liền khối không thường thấy trên bầu trời bởi vì rất khó để có thể khiến nó bay được.

Khi loại bỏ phần đuôi, là một phầt rât quan trọng để giữ thăng bằng và giúp máy bay không chao đảo từ bên này sang bên kia, máy bay sẽ trở nên khó điều khiển hơn nhiều.

Vậy người ta cố tạo ra một thứ vô cùng khó bay như thế để làm gì?

Vấn đề là một thiết bị bay với kiến trúc như thế sẽ rất lợi hại. Nó sẽ tránh bị radar phát giác, một phần nhờ vào việc không có đuôi.

Hình khối nhiều cạnh, nhiều mặt của phần đuôi khiến máy bay dễ dàng cản sóng radar và gửi trả tín hiệu về hệ thống radar. Loại bỏ phần đuôi giúp tránh được điều này.

Hình dáng trơn tru ít góc cạnh cũng giúp máy bay ít bị lực cản hơn, do đó máy bay di chuyển nhẹ nhàng hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, và thậm chí có thể là bay nhanh hơn so với một chiếc máy bay với thiết kế thông thường sử dụng cùng loại động cơ.

Về lý thuyết thì tất cả các ý tưởng này đều hoàn hảo, nhưng để đưa vào thực tế lại là điều khó khăn hơn nhiều.

Thiết kế loại phi cơ thân cánh liền khối quả là một bài toán đau đầu, khiến các kỹ sư phải quay lại tìm hiểu từ thời anh em nhà Wright làm ra máy bay lần đầu tiên. Chính vì thế, thiết kế của anh em người Đức Horten quả thực quá độc đáo và vượt trội.

Thiết kế của chiếc Horten Ho 229 ưu việt vượt xa thời đại

Hai anh em nhà Hortens - Walter và Reimar - bắt đầu thiết kế máy bay từ đầu thập niên 1930.

Đó là khi Đức chính thức bị cấm sở hữu không quân theo nội dung kiềm chế của Hiệp ước Versailles, được ký sau Đệ nhất Thế chiến.

Hai anh em Horten đã tham gia một câu lạc bộ thể thao hàng không để lách lệnh cấm, và đây cũng là nền tảng để thành lập lực lượng không quân của Phát xít Đức, Luftwaffe.

Rất nhiều phi công tay ngang sau đó trở thành phi công Luftwaffe đã thực hành bằng cách bay trên rất nhiều loại máy bay lượn và dù lượn hoặc các thiết bị bay không có động cơ để học kiến thức cơ bản về bay.

Anh em nhà Horten đã kết hợp vừa tập bay vừa thiết kế máy bay - biến phòng khách của gia đình thành một xưởng thiết kế máy bay, website hàng không Aerostories viết.

Chiến đấu cơ ưu việt cho Phát xít Đức

Hai anh em nhà Horten đã theo đuổi một số ý tưởng độc đáo của nhà thiết kế máy bay cấp tiến Alexander Lippisch, người tiên phong trong việc thiết kế máy bay tân tiến có hình mũi tên (delta). Thiết kế này về sau, trong thời kỳ phát triển mạnh của động cơ phản lực, đã trở thành một dòng máy bay riêng, phi cơ deltawing.

Anh em nhà Horten dần phát triển mẫu phi cơ thân cánh liền khối ngày càng đạt kết quả khả quan hơn, và cuối cùng cho ra loại máy bay Horten Ho IV.

Trên may bay này, phi công nằm ngả người về phía trước, khiến cho vòm kính của buồng lái không cần phải nhô cao lên nhiều so với thân máy bay, giảm bớt lực cản nhờ cấu trúc khí động học.

Trước khi tàu lượn Ho IV được thử nghiệm, Walter Horten đã trở thành phi công chiến đấu của Luftwaffe, tham gia Cuộc Không chiến tại Anh quốc.

Russ Lee, người phụ trách Bảo tàng Không gian và Hàng không SmithSonian ở Washington DC, nói đó là bước ngoặt.

"Dĩ nhiên là người Đức thua trong Cuộc Không chiến tại Anh quốc, và Walter nhận ra nước Đức cần một loại chiến đấu cơ mới. Và một chiếc chiến đấu cơ với hình dạng thân cánh liền khối có lẽ sẽ là một chiến đấu cơ mới hoàn hảo."

Cùng thời điểm đó, Herman Goring, người đứng đầu lực lượng không quân Luftwaffe, yêu cầu thành lập dự án có tên gọi 3x1000, nhằm thiết kế ra một máy bay có thể mang theo 1.000kg bom và bay được 1.000 dặm (tức 1.600km) với vận tốc 1.000km/giờ.

Điều này đã thúc đẩy anh em nhà Horten phát triển mẫu máy bay Horten Ho 229.

Mẫu đầu tiên là một máy bay không gắn động cơ, được làm để thử nghiệm thiết kế khí động học.

Mẫu thứ hai gắn thêm các động cơ phản lực và bay thành công vào ngày 2/2/1945, mặc dù nó bị rơi do động cơ gặp trục trặc trong một chuyến bay thử nghiệm khác, khiến phi công lái thử thiệt mạng.

Tuy nhiên, ông Lee nói, các thử nghiệm cho thấy chiếc máy bay có thể cất cánh, bay và đáp xuống, và thiết kế cơ bản của máy bay là an toàn.

Mẫu máy bay Horten Ho 229 đang được tái tạo lại để trưng bày.

Lee có một lý do để nắm rõ câu chuyện đằng sau chiếc Ho 229; ông là người chịu trách nhiệm bảo tồn và tái tạo chiếc Ho 229 còn lại duy nhất đã được chế tạo, mẫu thiết kế thứ ba mới hoàn tất được một phần, được gọi tên Ho 229 V3.

Giống như nhiều mẫu thiết kế máy bay đột phá khác của người Đức, mẫu máy bay này đã được đưa tới Hoa Kỳ sau Đệ nhị Thế Chiến.

Trên đường đi, nó được đưa qua một trung tâm thử nghiệm của Anh tại Farnborough gần London.

"Cụm từ cách mạng vẫn chưa đầy đủ khi bạn nói về chiếc Ho 229," Lee nói. "Anh em nhà Horten đã đi xa hơn bất cứ ai trong lĩnh vực này trên thế giới."

Phát minh vượt thời đại

Northrop B-2, loại máy bay hàng đầu của Hoa Kỳ trong hoạt động ngăn chặn hạt nhân, nhìn thoáng qua sẽ thấy ngay là một hình giáng của mẫu thiết kế thiên tài mà anh em nhà Horten tạo ra.

Ở mức độ nào đó, một số nhà bình luận mô tả chiếc Ho 229 là "chiếc máy bay thả bom tàng hình đầu tiên trên thế giới" - mặc dù nhiệm vụ của nó là bắn hạ các máy bay thả bom của quân Đồng minh tấn công các mục tiêu công nghiệp và các thành phố của nước Đức.

"Để làm cho một trong những chiếc máy bay thế này bay được, bạn phải thiết kế để cánh máy bay làm mọi việc, và cuối cùng có một chiếc máy bay hoạt động tốt giống như một chiếc máy bay truyền thống có đuôi."

Ngoài chiều hướng bị chao đảo từ bên này sang bên kia ngay cả trong tình huống bay thuận lợi nhất, một chiếc máy bay không có đuôi có nguy cơ mất điều khiển khi động cơ bị ngắt.

"Một trong những vấn đề lớn nhất của chiếc máy bay này là sự thăng bằng khi bay. Khó khăn nhất là để chiếc máy bay không có đuôi vẫn có thể bay trong khi động cơ tạm ngừng, đó cũng là điều mà mọi chiếc máy bay đều phải làm được," Lee nói.

Anh em nhà Horten làm chiếc máy bay an toàn bằng cách sử dụng thiết kế cánh dài và mỏng. Tỷ lệ cánh này giúp dàn trải trọng lượng của máy bay trên một diện tích lớn, đồng thời giảm lượng không khí tạo thành lốc xoáy xung quanh cánh máy bay vốn gây ra lực cản làm máy bay bay chậm lại.

Thiết kế “quả chuông"

Reimar Horten có lẽ đã không nhận ra rằng chính ông đã giải quyết được cả hai vấn đề khí động học vô cùng cần thiết cùng lúc, theo Al Bowers, trưởng khoa học gia tại Trung tâm Nghiên cứu bay Neil A Armstrong của Nasa tại California.

Bowers đã thử nghiệm các nguyên tắc thiết kế cơ bản của anh em nhà Hortens trong nhiều năm.

Ông nói khả năng thiên tài của Reimar Horten chính là sử dụng cánh máy bay có hình chuông, là thiết kế không chỉ giúp loại bỏ nguy cơ bị chao đảo mà một chiếc máy bay không đuôi có thể gặp phải, mà còn giúp giảm lực cản tác động vào máy bay.

Cánh của phi cơ Ho 229 được thiết kế khác hẳn với cánh máy bay hình e-lip truyền thống, vốn được cho rằng giúp tạo ra lực nâng tốt nhất và giảm lực cản nhiều nhất.

Thiết kế cánh máy bay của Horten chịu ảnh hưởng của một trong những lý thuyết của nhà thiết kế tiên phong người Đức tên là Ludwig Prandtl, nhà khoa học đầu tiên nghiên cứu về khí động học theo đó nhấn mạnh hình dạng của đầu cánh máy bay có thể ảnh hưởng to lớn đến khả năng bay.

Vào thập niên 1940, hầu hết máy bay có cánh hình e-lip.

Ông cũng cho ra một thiết kế cánh máy bay hình chuông vào đầu thập niên 1930 nhưng chỉ với mục đích giảm lực cản mà không nhận ra thiết kế này cũng giải quyết được sự cố chao đảo của chiếc máy bay không đuôi.

Cánh máy bay bằng nhiều cách khác nhau đóng vai trò như cánh chim khi bay. Quá trình tiến hoá cho thấy rõ ràng là chưa hề có chú chim nào cần phải có thêm phần đuôi chữ thập dựng đứng lên như đuôi máy bay.

Bowers nói: "Chiếc Ho 229 đã đi trước thời đại hàng thập niên. Tôi tin là nó sẽ được coi như thiết kế đi đầu của tương lai ngành hàng không."

Thiết kế phi cơ thân cánh liền khối đã đạt được một số thành tựu vào thập niên 1950, chủ yếu là nhờ vào nỗ lực của Jack Northrop, người đã được tạo cảm hứng nhờ vào việc quan sát một số máy bay thể thao có từ thời thập niên 1930 của anh em nhà Horten.

Mẫu máy bay Ho 229 mà người Mỹ chiếm được sau Đại chiến Thế giới II có lẽ cũng khích lệ ông nhiều.

Northrop hồi cuối thập niên 1940 đã thất bại với thiết kế máy bay thả bom không đuôi YB-35. Chiếc máy bay gặp sự cố rung động quá lớn do động cơ cánh quạt gây ra.

Điều này chứng tỏ anh em nhà Hortens đã đúng khi sử dụng động cơ phản lực với chiếc Ho 229.

Thiết kế YB-49 mà Northrop đưa ra sau đó, được gắn động cơ phản lực, dẫu chưa bao giờ được đưa vào sử dụng nhưng đã mở đường cho việc chế tạo loại máy bay ném bom tàng hình B-2 Spirit hàng thập niên sau đó, một thiết kế có nhiều điểm giống với chiếc HO 229.

Từ thời Phát xít đến... sao Hoả

Bowers đã áp dụng nguyên tắc của chiếc Ho 229 và các kinh nghiệm rút ra được từ những thử nghiệm trước đó của Prandtl để cho ra một mẫu thiết kế cho Nasa, máy bay thân cánh liền khối không người lái, Prandtl - D, có thể được sử dụng để thăm dò Sao Hoả trong tương lai.

Chiếc máy bay Prandtl-D có thể sẽ được sử dụng trong các nhiệm vụ nghiên cứu Sao Hoả, có thể được phóng từ một tàu lượn trên cao, sử dụng năng lượng bay khoảng 10 phút trước khi lượn xuống bề mặt sao Hoả.

Chiếc Prandtl-D sẽ không có kích thước lớn như chiếc Ho 229 mà dự kiến chỉ có sải cánh chừng 2 feet ( khoảng 0,6m) và cân nặng chỉ 1,3kg.

Thiết kế của máy bay Horten Ho 229 đã tạo cảm hứng cho một số thiết kế của Nasa để khám phá Sao Hỏa.

"Chúng tôi tin rằng giải pháp của Prandtl và Horten chính là câu trả lời chúng tôi đã tìm kiếm suốt thời gian dài," Bowers nói.

"Nó giải đáp được rất nhiều điều về khả năng bay của chim, về cách giảm thiểu lực cản, và về hiệu quả vượt trội của ngành hàng không trong tương lai."

"Tôi tin là chúng ta có thể cải tiến hiệu quả của máy bay ít nhất được thêm 70% nữa. Và công việc của tôi mới chỉ là những bước đầu tiên."

"Reimar Horten đã đi đúng đường. Ông chưa bao giờ thấy toàn bộ tiềm năng của ý tưởng ông đã tạo ra. Tôi cũng nghĩ nếu ông thấy chúng ta đang ở đâu thời bây giờ, có thể ông rất hài lòng. Có lẽ không quá hài lòng với bước tiến mà chúng ta đạt được, nhưng ít nhất là ông hài lòng vì chúng ta chịu lắng nghe.”

Vậy còn mẫu thiết kế tạo cảm hứng hiện đang để ở bảo tàng SmithSonian thì sao? Lee cho biết công việc bảo tồn thiết kế tiên phong này vẫn đang được thực hiện từ từ và cần mẫn, và khó có thể hoàn thành cho đến đầu những năm 2020.

Sau đó, thiết kế đầy cảm hứng và tiên phong này sẽ được đưa ra trưng bày cho công chúng - và khi đó sự thiên tài của anh em nhà Horten trong lĩnh vực khí động học có lẽ sẽ được đông đảo công chúng biết đến nhiều hơn.

Stephen Dowling