Dòng vật liệu tổng hợp của X{1}}59: Ứng dụng toàn chiều từ cấu trúc đến sức mạnh:
Việc áp dụng vật liệu composite sợi carbon trong X{9}}59 đã đạt được "phủ toàn bộ các bộ phận quan trọng và đáp ứng chính xác các yêu cầu về hiệu suất", bao gồm mũi, vỏ cánh, cánh tà, bánh lái, ống dẫn khí, v.v. Tính theo trọng lượng, vật liệu composite chiếm 22% trong tổng số thân máy bay rỗng 9.500{19} pound của nó. Một số nguồn dữ liệu chỉ ra rằng tỷ lệ vật liệu composite kết cấu lõi thậm chí còn lên tới 60%. Điều này đã hình thành nên một hệ thống kỹ thuật chủ yếu là vật liệu composite gia cố bằng sợi carbon và được bổ sung bằng vật liệu composite đặc biệt. Các cấu trúc chịu tải-chính và các bộ phận giảm tiếng ồn của thân máy bay dựa vào đặc tính "độ bền cao + nhẹ" của vật liệu composite được gia cố bằng sợi carbon. Theo các báo cáo ban đầu, nhà cung cấp vật liệu composite chính cho dự án X-59 là Solvay (sau khi tách ra vào năm 2023, công ty này sẽ thuộc về Công ty Syensqo) và prepreg MTM-45 của công ty này đã được sử dụng rộng rãi trong các cấu trúc quan trọng như cánh máy bay. Vấn đề bùng nổ âm thanh trong chuyến bay siêu thanh từng dẫn tới việc loại máy bay chở khách Concorde phải rút khỏi thị trường. Các bộ phận giảm tiếng ồn cốt lõi của X-59, mũi thon dài 9 mét và nón mũi, được sản xuất bằng prereg 2510 của Eastman, Hoa Kỳ. Vật liệu này bao gồm các sợi carbon mô đun tiêu chuẩn T700S và được gia cố bằng nhựa epoxy xử lý ở nhiệt độ 250 độ F (114 độ), được thiết kế đặc biệt để xử lý các cấu trúc chính của ngành hàng không vũ trụ bằng bình không áp suất (OOA), đồng thời có các đặc tính cơ học và khả năng thích ứng xử lý tuyệt vời.
Sự kết hợp giữa mũi thanh mảnh và cấu trúc CFRP phân tán sóng xung kích thành nhiều sóng yếu trong quá trình lan truyền, giảm tiếng ồn nhận biết mặt đất từ 105 decibel của máy bay siêu thanh truyền thống xuống còn 75 decibel, tương đương với âm thanh đóng cửa ô tô. Thiết kế đột phá này cung cấp hỗ trợ dữ liệu quan trọng để dỡ bỏ lệnh cấm tiếng ồn trong chuyến bay siêu âm trên toàn cầu. Nón bên trong của mũi sử dụng cấu trúc bánh sandwich tổ ong nhiều khung. Sau khi được tối ưu hóa bằng phần mềm Collier Aerospace HyperX, nó thành công nhẹ hơn 100 pound, cung cấp không gian cho thiết kế giảm tiếng ồn và lắp đặt thiết bị. Động cơ phản lực cánh quạt General Electric F414 được lắp trên X{10}}59 có buồng đốt làm bằng vật liệu tổng hợp ma trận gốm, kết hợp với công nghệ-nhiên liệu giàu-dập tắt-nhiên liệu kém{14}}(RQL), không chỉ chịu được môi trường nhiệt độ-cao trong quá trình vận hành động cơ mà còn giảm 20% lượng khí thải carbon trong giai đoạn chạy hành trình. Khả năng chịu nhiệt độ cao của vật liệu này giải quyết vấn đề quản lý nhiệt của hệ thống điện trong chuyến bay siêu âm, cung cấp hỗ trợ năng lượng ổn định cho tốc độ hành trình 1,4 Mach.
Cạnh tranh toàn cầu: Nhiều quốc gia đang đầu tư vào nghiên cứu hàng không siêu thanh
Cạnh tranh toàn cầu: Chuyến bay đầu tiên của máy bay siêu thanh X-59 không phải là trường hợp cá biệt. Nhiều quốc gia và doanh nghiệp trên thế giới đang đẩy nhanh phát triển máy bay siêu thanh và vật liệu composite cũng trở thành hướng kỹ thuật cốt lõi cho nhiều dự án khác nhau.
(1) Hoa Kỳ: Cách tiếp cận-đường ray kép dành cho kinh doanh và công nghệ Ngoài máy bay thử nghiệm X{11}}59 của NASA, công ty Boom Supersonic ở Hoa Kỳ đã đạt được tiến bộ nhanh chóng trong dự án máy bay chở khách siêu thanh thương mại Overture. Máy bay biểu diễn tỷ lệ 1/3 XB{15}}1 đã nhận được chứng chỉ đủ điều kiện bay của FAA vào năm 2023, đã hoàn thành các bài kiểm tra trên mặt đất và trên mặt đất, đồng thời bước vào giai đoạn bay thử nghiệm sau khi tối ưu hóa hệ thống vào năm 2024. Các cấu trúc cốt lõi của XB-1, chẳng hạn như thân máy bay và cánh, sử dụng chất chuẩn bị epoxy gia cố Toray TC350-1 của Nhật Bản và bên ngoài được-phủ một lớp Hexcel Sợi carbon IM7. Chỉ có khoang động cơ sử dụng chất liệu kim loại. Thông qua vật liệu tổng hợp, bạn có thể đạt được các yêu cầu về trọng lượng nhẹ và{33}}độ bền cao cho chuyến bay tốc độ 2,2 Mach. Dự án có kế hoạch vận hành thương mại vào năm 2030 và có thể chở 55-75 hành khách, với thời gian bay chỉ 3,5 giờ từ New York đến London. Công ty Hermeus ở Hoa Kỳ tập trung phát triển máy bay siêu thanh dựa trên Động cơ đốt kết hợp Turboprop (TBCC) và nguyên mẫu "Quarterhorse" của nó đã bắt đầu thử nghiệm. Mục tiêu cuối cùng là phát triển một nền tảng siêu thanh quân sự và dân sự. (2) Trung Quốc: Bố cục đường ray kép cho nghiên cứu siêu thanh Việc phát triển máy bay siêu thanh của Trung Quốc đi theo một lộ trình thực dụng là "ưu tiên quân sự, tích lũy dân sự". Với những thiết bị tiên tiến như J-20 và Máy bay trinh sát không người lái-8, Trung Quốc đã vượt qua trình độ hàng đầu thế giới về công nghệ siêu thanh quân sự. Tuy nhiên, trong lĩnh vực máy bay chở khách siêu thanh dân sự hướng đến “sự yên tĩnh”, Trung Quốc vẫn chưa khởi xướng một dự án chính thức nào. Công việc chính hiện nay là tiến hành nghiên cứu trước và dự trữ các công nghệ tiên tiến như thiết kế ít tiếng ồn và vật liệu composite tiên tiến để tạo nền tảng cho các khả năng trong tương lai. (3) Thăm dò công nghệ ở các quốc gia khác Hiện nay, thông tin công khai cho thấy Liên minh châu Âu, Nhật Bản, v.v. đang trong giai đoạn dự trữ công nghệ trong lĩnh vực hàng không siêu thanh, tập trung vào các công nghệ cơ bản như vật liệu composite và thiết kế khí động học có độ ồn thấp. Dự án StratoFly của Liên minh châu Âu thiết kế máy bay siêu thanh sử dụng nhiên liệu hydro với tốc độ 4-8 Mach, nhưng nó vẫn đang ở giai đoạn ý tưởng. Tuy nhiên, EU thông qua dự án nghiên cứu "Vận tải siêu âm trong tương lai" (SST), cùng với Airbus và các doanh nghiệp khác phát triển vật liệu composite sợi carbon cho thân máy bay và công nghệ giảm tiếng ồn; Airbus và các công ty khác nắm giữ một số lượng lớn bằng sáng chế liên quan đến siêu thanh và liên tục tiến hành nghiên cứu cơ bản. Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) hợp tác với Mitsubishi Heavy Industries để tiến hành các thử nghiệm độ bền nhiệt và độ bền mỏi trên vật liệu của máy bay siêu thanh, nhằm tích lũy dữ liệu cho việc phát triển mô hình tiếp theo.
Kết luận: Chuyến bay đầu tiên của X{1}}59 và việc ứng dụng rộng rãi vật liệu composite đã phá vỡ-sự bế tắc lâu dài trong lĩnh vực bay siêu thanh và kiểm soát tiếng ồn. Từ sợi carbon đến vật liệu tổng hợp ma trận gốm, những đột phá trong công nghệ vật liệu không chỉ hỗ trợ cho sự thành công của chiếc máy bay thử nghiệm này mà còn mở đường cho ngành hàng không siêu thanh thương mại toàn cầu. Khi quá trình thử nghiệm X-59 tiến triển và nhiều dự án khác nhau được triển khai ở các quốc gia khác nhau, vật liệu composite sẽ tiếp tục được nâng cấp và cải tiến. Trong tương lai, “chuyến bay xuyên đại dương kéo dài ba giờ” có thể biến tầm nhìn thành hiện thực, định hình lại bối cảnh vận tải hàng không toàn cầu.