Trung Quốc phát triển UAV phản lực đầu tiên có thể cất, hạ cánh thẳng đứng

Các kỹ sư hàng không vũ trụ Trung Quốc vừa đạt bước đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ hàng không, khi công bố loại máy bay không người lái (UAV) phản lực đầu tiên trên thế giới có khả năng cất – hạ cánh thẳng đứng (VTOL).

Chiếc UAV với thiết kế khí động học tinh gọn, không phụ thuộc đường băng, có thể phóng từ boong các tàu chiến thông thường ngay cả khi biển động, và chuyển đổi liền mạch sang chế độ bay hành trình tốc độ cao, tầm xa.

UAV do Phó giáo sư Wang Yaokun và Qiu Yuting của Đại học Beihang (Bắc Kinh) phát triển sau 10 năm nghiên cứu. Đại học Beihang là trung tâm nghiên cứu hàng không hàng đầu Trung Quốc, hiện nằm trong danh sách trừng phạt của Mỹ.

Khác với mẫu XQ-58A Valkyrie của Không quân Mỹ, vốn cần đường băng dài hoặc tàu sân bay để cất hạ cánh, UAV mới của Trung Quốc kết hợp khả năng cất - hạ cánh thẳng đứng với tốc độ hành trình siêu nhanh nhờ động cơ phản lực, trong một khung thân khí động học tinh xảo.

Năng lực có thể biến mỗi tàu khu trục, hộ vệ hạm hay tàu đổ bộ của Trung Quốc thành một “tàu sân bay mini”.

“Chúng tôi đã so sánh với các UAV VTOL chủ lực hiện nay. Tốc độ vượt trội hơn hẳn”, nhóm nghiên cứu viết trong bài báo khoa học công bố trên tạp chí Aero Weaponry ngày 15/7.

Cốt lõi của bước đột phá là cấu hình khí động học tổng hợp giúp giải quyết một trong những thách thức lâu đời nhất trong ngành hàng không: làm thế nào để dung hòa các yêu cầu xung đột giữa lực nâng thẳng đứng và hiệu quả tốc độ cao.

UAV mới sử dụng hệ thống kép: các cánh quạt nhỏ gọn dưới gầm cung cấp lực nâng khi cất và hạ cánh, trong khi một động cơ tua-bin phản lực nhỏ cung cấp năng lượng cho chuyến bay hành trình tốc độ cao.

Điểm khác biệt nổi bật là hệ thống che chắn có thể thu gọn, một bộ phận khí động học bao bọc các cánh quạt khi chúng ngừng hoạt động sau khi chuyển sang chế độ bay về phía trước.

Trong giai đoạn cất cánh thẳng đứng, cánh quạt quay tự do, giúp UAV cất cánh giống trực thăng ngay trên boong tàu hẹp. Khi tốc độ tăng, cánh nâng tạo đủ lực để duy trì bay và các cánh quạt dần ngừng quay.

Lúc này, bộ phận che chắn sẽ trượt xuống bao phủ các trục cánh quạt, giảm lực cản tới 60% theo mô phỏng động lực học chất lỏng, được kiểm chứng qua thử nghiệm hầm gió.

Kết quả là sự hình thành thân máy bay dạng giọt nước, cực kỳ tinh gọn và gần như không khác biệt với UAV phản lực thông thường khi bay hành trình, cho phép đạt hiệu suất tốc độ cao nhưng vẫn giữ nguyên khả năng VTOL.

“Máy bay có thể cất - hạ cánh thẳng đứng trong điều kiện khắc nghiệt”, nhóm nghiên cứu cho hay.

Thiết kế tối ưu cho hải quân

Để đáp ứng những yêu cầu khắt khe của chuyến bay tốc độ cao và hạ cánh thẳng đứng nhiều lần, nhóm nghiên cứu đã phát triển các vật liệu composite tiên tiến mới có thể sản xuất hàng loạt với chi phí thấp từ vật liệu sẵn có, bao gồm sợi carbon T-700 được gia cường bằng nhựa thông biến tính.

Khung thân vừa nhẹ vừa bền, chống mỏi tốt, là những yếu tố then chốt khi hoạt động trên boong tàu lắc lư như tàu sân bay.

Quan trọng hơn, thiết kế bao gồm tấm chắn nhiệt ở những khu vực tiếp xúc với luồng khí thải của động cơ phản lực thu nhỏ, cho phép nhiệt độ cục bộ vượt quá 700 độ C mà không ảnh hưởng đến cấu trúc.

Hệ thống đẩy cũng đòi hỏi các thuật toán điều khiển phức tạp: tmột động cơ phản lực nhỏ gọn cung cấp lực đẩy ổn định cho việc bay hành trình tốc độ cao, trong khi hệ thống rotor điện tử cho phép điều khiển chính xác khi bay treo và hạ cánh.

Các chuyến bay thử nghiệm cho thấy sự chuyển đổi mượt mà giữa hai chế độ bay, với các thuật toán điều khiển giúp UAV thay đổi từ chế độ bay cánh quay sang cánh cố định một cách trơn tru và ổn định.

Theo các nhà nghiên cứu, một phiên bản nhỏ của UAV chỉ nặng 45 kg, dễ dàng đạt tốc độ 230 km/h trong chuyến bay thử nghiệm.

Dự án bắt đầu từ năm 2015 và trải qua nhiều lần thử nghiệm trước khi đạt được cấu hình ổn định vào năm 2019.

Ngay từ đầu, dự án được thiết kế đặc biệt để đáp ứng nhu cầu máy bay cho "các tàu không phải tàu sân bay" của hải quân Trung Quốc.

Theo một chuyên gia công nghệ quốc phòng Trung Quốc (không tham gia dự án), nếu được triển khai quy mô lớn, hải quân Trung Quốc có thể vận hành các UAV trinh sát và tấn công tầm xa tốc độ cao từ hầu hết mọi tàu chiến.

Những UAV có thể phóng thành bầy đàn từ các tàu phân tán, xuyên thủng phòng không đối phương ở tốc độ cao, thực hiện trinh sát hoặc tấn công mục tiêu khẩn cấp, rồi quay về tàu mẹ mà không cần căn cứ trên đất liền hay sân bay cố định.

Năng lực này cho phép hải quân Trung Quốc duy trì giám sát liên tục trên vùng biển rộng lớn, phối hợp với radar và hệ thống chỉ huy trên tàu để hình thành mạng lưới tác chiến phân tán và linh hoạt.

“Điều này biến mỗi tàu mặt nước lớn thành một căn cứ tiền phương”, chuyên gia nhận định. “Đối phương sẽ không thể đoán được đòn tấn công tiếp theo đến từ đâu”.

Về mặt chiến lược, công nghệ có thể mở rộng tầm hoạt động của Trung Quốc sâu vào Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, tăng khả năng hiện diện và ngăn cản sự can thiệp vào các điểm nóng khu vực.

Những giới hạn còn tồn tại

Tuy nhiên, thiết kế này cũng có nhược điểm. Trong khi bay hành trình, hệ thống cánh quạt dù được che kín vẫn là khối tải chết, chiếm không gian và tăng trọng lượng, làm giảm tải trọng và hiệu suất nhiên liệu.

Tương tự, trong chế độ bay thẳng đứng, động cơ phản lực và đường ống nhiên liệu trở thành phần dư thừa, gây gánh nặng cấu trúc.

Hệ quả là thời gian bay và tầm hoạt động khó sánh với các UAV phản lực thuần túy như Global Hawk hay XQ-58A.

Khả năng mang tải cũng hạn chế, phù hợp hơn cho trinh sát, tác chiến điện tử hoặc tấn công chính xác bằng vũ khí hạng nhẹ, thay vì mang vũ khí nặng.

“Luôn có cái giá phải trả cho sự tự do hoạt động”, chuyên gia quân sự kết luận.