Quân đội Mỹ thử nghiệm thành công drone lai điện động cơ rotor in 3D

Các nhà nghiên cứu tại Bộ Tư lệnh Phát triển Năng lực Chiến đấu của Quân đội Mỹ (DEVCOM) thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội (ARL) gần đây đã thử nghiệm thành công drone lai điện VICTOR trang bị động cơ rotor nhiên liệu nặng, được phát triển nhanh chóng nhờ công nghệ in 3D kim loại — cho phép drone khai thác hiệu suất cao hơn từ nguồn nhiên liệu quân sự có mật độ năng lượng cao nhưng ít dễ bay hơi hơn.

Nhiên liệu nặng (JP8) được sử dụng trên drone là loại nhiên liệu gốc dầu hỏa có mật độ dày hơn so với nhiên liệu phản lực thông thường, giúp giảm tổng tải trọng nhiên liệu hoặc tăng tầm bay. Nhiên liệu JP8 là một phần trong Sáng kiến của quân đội nhằm cung cấp năng lượng cho hầu hết thiết bị chạy bằng khí đốt chỉ từ một nguồn nhiên liệu duy nhất. Tuy nhiên, JP8 ít dễ bay hơi và khó tạo sương hơn, khiến việc đạt hiệu suất tối đa trở thành một thử thách. Hơn nữa, điểm chớp cháy của loại nhiên liệu này là 140 độ F, so với mức âm 40 độ F của xăng, đòi hỏi động cơ phải có tỷ số nén cao hơn nhiều để đánh lửa, khiến rò rỉ áp suất trở thành vấn đề phổ biến.

Sử dụng nhiên liệu JP-8 trên máy bay và drone không phải là điều hiếm gặp; tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ARL muốn tối ưu hóa hơn nữa động cơ rotor nhiên liệu nặng để khai thác hiệu suất tốt hơn và cải tiến thiết kế của nó. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng động lực học chất lưu (CFD) và thiết kế hoàn toàn mới từ đầu, cho phép các kỹ sư đưa ra các giải pháp sáng tạo hơn để khai thác tối đa sức mạnh động cơ với ít tài nguyên hơn.

"Việc ứng dụng chế tạo tiên tiến, bao gồm in 3D kim loại, đã cho phép chúng tôi nhanh chóng thiết kế lại các linh kiện động cơ dựa trên những bài học rút ra qua thử nghiệm," Tiến sĩ Kweon, một trong các nhà nghiên cứu của ARL, chia sẻ với Army.mil. Tiến sĩ Kweon giải thích thêm rằng công nghệ in 3D cho phép họ thiết kế một động cơ làm mát bằng không khí và loại bỏ hệ thống làm mát bằng chất lỏng cồng kềnh, qua đó thu gọn kích thước của hệ thống động lực. Quá trình lặp lại nhanh chóng cuối cùng đã giúp các nhà nghiên cứu cải thiện quá trình tạo sương nhiên liệu và giảm thiểu rò rỉ áp suất.

Động cơ rotor nhiên liệu nặng thực tế không trực tiếp truyền động cho cánh quạt của drone; thay vào đó, nó sử dụng động cơ để quay máy phát điện 400 volt nhằm tạo ra điện năng cung cấp cho các motor cánh quạt. Điều này cho phép động cơ quay độc lập ở số vòng quay tối ưu nhất — tương tự như một số dòng xe điện lai (hybrid EV) hiện nay, chỉ khác là động cơ không có liên kết cơ học với cánh quạt. Hệ thống này có thể bao gồm một khối pin để drone bay mà không cần động cơ hoạt động; tuy nhiên, quân đội Mỹ chưa tiết lộ nhiều về cấu hình pin của drone VICTOR.

Drone VICTOR là một loại máy bay không người lái cất hạ cánh thẳng đứng (VTOL), có khả năng bay mà không cần đường băng. Quân đội Mỹ đã chia sẻ đoạn video về chuyến bay đầu tiên của nó, và chiếc drone có thể hạ cánh cũng như cất cánh trên những địa hình mà các loại máy bay hai cánh cố định thông thường không thể làm được. Với hệ thống pin hỗ trợ, drone có thể di chuyển quãng đường lớn chỉ với một lần nạp nhiên liệu, trong khi hệ thống làm mát bằng không khí mang lại thêm một lớp độ bền bỉ, giúp tránh việc phải bảo trì hệ thống làm mát bằng chất lỏng.