Trong tiếng vỗ tay nồng nhiệt, Lý Hải Phong mở tệp trình chiếu PPT, bắt đầu báo cáo về thiết kế tổng thể của động cơ trục tuabin Wozhou-25 cùng một số tình hình nghiên cứu kỹ thuật liên quan.
Tại châu Âu, trọng tâm phát triển là trực thăng tốc độ cao, trong khi Mỹ lại ưu tiên phát triển máy bay cánh xoay chuyển (tiltrotor). Đây là hai tư duy phát triển khác biệt, còn Trung Quốc thì đang song song phát triển cả hai loại hình này.
Cấu hình trực thăng truyền thống, dù có cải tiến thế nào đi nữa thì cũng rất khó đạt tới tốc độ của máy bay cánh xoay chuyển. Suy cho cùng, vận tốc 500 km/h không phải là con số dễ dàng đạt được.
Máy bay cánh xoay chuyển cũng giống như các dòng chiến đấu cơ cất hạ cánh thẳng đứng như F-35, độ khó kỹ thuật cực kỳ cao, vì vậy chỉ những cường quốc hàng không như Mỹ và Trung Quốc mới đủ tiềm lực nghiên cứu chế tạo.
Hơn nữa, Trung Quốc hiện tại vẫn còn tụt hậu so với Mỹ một khoảng cách đáng kể, bởi Mỹ đã trang bị hơn 300 chiếc máy bay cánh xoay chuyển V-22 Osprey, trong khi Trung Quốc mới chỉ bắt đầu nghiên cứu chế tạo động cơ trục tuabin cho loại hình này.
Tuy nhiên, dù Trung Quốc khởi đầu muộn, nhưng điểm xuất phát lại cao hơn.
Động cơ trục tuabin khác với động cơ tuabin cánh quạt hay động cơ phản lực luồng. Đây là một loại động cơ tuabin phản lực phát ra công suất trục; sau khi khí gas được sinh ra, phần lớn năng lượng sẽ được chuyển đổi thành công suất thông qua trục quay.
Lý Hải Phong trình bày: "Ngay từ thập niên 50, công ty Turbomeca đã nghiên cứu chế tạo thành công một chiếc động cơ trục tuabin đơn trục, hai tầng tuabin với bộ nén ly tâm một tầng, công suất đạt 2.000 kW, trở thành động cơ trục tuabin dùng cho trực thăng đầu tiên trên thế giới."
"Trải qua hơn 50 năm phát triển, động cơ trục tuabin đã có những bước tiến lớn về hiệu năng, mức tiêu hao nhiên liệu giảm xuống dưới 0,3 kg/kW mỗi giờ, tức là chỉ bằng một phần nhỏ so với động cơ tuabin phản lực. Các dự án kỹ thuật động cơ trục tuabin hiệu suất cao của Mỹ đang hướng tới việc nâng nhiệt độ trước tuabin lên 1.950K, với tỷ lệ công suất trên trọng lượng đạt từ 15 trở lên."
"Dưới đây là bảng so sánh thông số kỹ thuật của các loại động cơ trục tuabin điển hình, dòng cuối cùng chính là động cơ Wozhou-25 của chúng ta. Có thể thấy, công suất tối đa của Wozhou-25 đạt 8.000 kW, tỷ lệ công suất trên trọng lượng là 15, công suất đơn vị đạt 430 kW/kg, tỷ số nén của bộ nén đạt 25, nhiệt độ trước tuabin là 1.900K. So với động cơ T700-701C của Mỹ, tỷ lệ công suất trên trọng lượng đã tăng hơn 50%, tiệm cận với những dòng động cơ trục tuabin tiên tiến nhất của Mỹ."
Nghe tổng sư Lý Hải Phong trình bày, mọi người đều không khỏi phấn khích. Với tỷ lệ công suất trên trọng lượng đạt 15, động cơ Wozhou-25 quả thực vô cùng tiên tiến, đồng thời mức tiêu hao nhiên liệu cũng cực kỳ thấp.
Động cơ Wozhou-25 được phát triển dựa trên nền tảng cốt lõi của động cơ Wozhou-20 (cấp 6.000 kW). Cách làm này giúp rút ngắn đáng kể chu kỳ nghiên cứu, giảm thiểu rủi ro kỹ thuật và chi phí phát triển. Thông qua việc nâng cao các thông số chu trình nhiệt, đặc biệt là tăng nhiệt độ đầu vào tuabin, động cơ Wozhou-25 đã đạt được bước tiến lớn về tỷ lệ công suất trên trọng lượng.
Sau bài thuyết trình và báo cáo của tổng sư Lý Hải Phong, các lãnh đạo cùng chuyên gia đã nhất trí đánh giá cao phương án thiết kế sơ bộ của Wozhou-25!
Sau khi kết thúc phiên đánh giá, Tổng giám đốc Tập đoàn Hàng không Trần Trạch Lương cùng các lãnh đạo và chuyên gia đã đi tham quan buổi chạy thử động cơ Wozhou-15.
Wozhou-15 là dòng động cơ trục tuabin cấp 2.000 kW, chủ yếu cung cấp động lực cho trực thăng Z-8 phiên bản 15 tấn và các dòng trực thăng đa dụng tiên tiến cùng hạng.
Tính toán với công suất cất cánh 2.000 kW cho mỗi động cơ Wozhou-15, dòng Z-8 phiên bản nâng cấp sử dụng ba động cơ sẽ đạt tổng công suất 6.000 kW, vượt xa công suất động cơ của CH-53A. Xét đến điều kiện địa lý trong nước, yêu cầu về khả năng vận hành tại các vùng cao nguyên nóng bức là rất cao, công suất này hoàn toàn đáp ứng được, thậm chí có thể duy trì trọng lượng cất cánh tối đa của Z-8 vượt ngưỡng 20 tấn, xếp vào hàng ngũ trực thăng hạng nặng.
Ngoài ra, lấy trực thăng Z-20 làm nền tảng để nghiên cứu sản phẩm trực thăng đa dụng tiên tiến trong nước, sau khi thay thế bằng động cơ Wozhou-15, nó cũng có thể đạt trọng lượng cất cánh tối đa trên 15 tấn.
Hiện tại, dòng Z-8G đang trang bị động cơ Wozhou-6C, đây là loại động cơ trục tuabin đơn trục do nước ta tự thiết kế và sản xuất, sử dụng công nghệ bộ nén dòng dọc với cánh quạt nhỏ lược trước tiên tiến. Ở điều kiện tiêu chuẩn ngang mực nước biển, công suất cất cánh đạt 1.300 kW, có khả năng vận hành tốt trong môi trường nhiệt độ cao, phù hợp làm động lực cho trực thăng hạng 11 đến 15 tấn.
Tuy nhiên, so với Wozhou-15, công suất của Wozhou-6C vẫn còn khá nhỏ. Khi các dòng trực thăng nội địa ngày càng được mở rộng quy mô, Wozhou-6C rõ ràng đã không còn đáp ứng đủ nhu cầu.
Hơn nữa, động cơ Wozhou-15 vượt trội hơn hẳn cả về tỷ lệ công suất trên trọng lượng lẫn mức tiêu hao nhiên liệu, vì vậy các dòng Z-8 cũ hoàn toàn có thể thay thế động cơ mới để nâng cao hiệu suất chiến đấu.
Đoàn lãnh đạo và nhóm chuyên gia tiến vào hiện trường thử nghiệm động cơ tuabin trục (turboshaft) WZ-15. Bên trong xưởng thử nghiệm, một khối động cơ tuabin trục nhỏ gọn được cố định trên giá đỡ. Trục đầu ra của nó được lắp một bộ cánh quạt cỡ lớn với thiết kế năm cánh hoàn toàn mới, đây cũng là cấu hình cánh quạt được lựa chọn cho dòng trực thăng 15 tấn thế hệ mới.
Vừa nhìn thấy, đoàn lãnh đạo và các chuyên gia đều trầm trồ, WZ-15 quả thực rất ấn tượng. Nó trông vô cùng nhỏ gọn, trọng lượng chỉ vài trăm kg nhưng lại sở hữu công suất lên tới 2.000 kW. Có thể nói, xét về kích thước và trọng lượng thì không chênh lệch nhiều so với động cơ WZ-6C, nhưng công suất lại được nâng cao tới 50%!
Mặc dù bộ cánh quạt này không có kích thước khổng lồ như loại cánh quạt dài 14 mét của dòng trực thăng Z-3, nhưng nó vẫn rất lớn và sở hữu hiệu suất khí động học cực kỳ tối ưu.
Đoàn lãnh đạo và nhóm chuyên gia di chuyển vào phòng điều khiển, chờ đợi quá trình thử nghiệm bắt đầu.
Tổng công trình sư của động cơ WZ-15, ông Chu, giới thiệu: "Động cơ WZ-15 của chúng ta đã đạt tới trình độ tiên tiến thế giới. Công suất định mức tối đa đạt 2.000 kW, tỷ lệ công suất trên trọng lượng đạt mức 10. Chúng tôi đã ứng dụng rất nhiều thiết kế mới, vật liệu tiên tiến cùng quy trình chế tạo hiện đại..."
Nghe phần giới thiệu của Tổng công trình sư Chu, các vị lãnh đạo đều không giấu nổi vẻ vui mừng. Với những động cơ tuabin trục tiên tiến như thế này, ngành công nghiệp trực thăng của Trung Quốc chẳng lẽ còn không thể cất cánh?
Thậm chí, một vài vị chuyên gia lão thành cũng không khỏi xúc động. Nhớ lại 10, 20 năm trước, tình cảnh của ngành động cơ hàng không và động cơ tuabin trục tại Trung Quốc ra sao? Khi đó, không có lấy một mẫu động cơ nào do tự chủ nghiên cứu chế tạo, ngay cả những sản phẩm sao chép cũng không đạt được thông số kỹ thuật của nguyên mẫu.
Đặc biệt là các dòng động cơ tuabin trục công suất lớn luôn là điểm nghẽn, kìm hãm sự phát triển của trực thăng Trung Quốc. Điển hình như dòng trực thăng vũ trang Z-10 lúc bấy giờ, vì thiếu động cơ công suất lớn nên chỉ có thể thiết kế thành trực thăng vũ trang hạng trung với trọng lượng cất cánh tối đa chỉ 5,5 tấn. Nếu không nhờ sự đột phá của động cơ WZ-10 sau này, nó đã không thể tiến hóa thành một dòng trực thăng vũ trang hạng nặng có khả năng sánh ngang với Apache.
Hay như trực thăng đa năng Z-20, ban đầu cũng vì hiệu suất động cơ tuabin trục hạn chế nên chỉ có thể thiết kế ở mức 10 tấn. Hiện nay, với động cơ WZ-15, dòng Z-20 hoàn toàn có thể nâng cấp tải trọng lên trên 15 tấn, hiệu năng tăng gấp đôi.
Một vị lãnh đạo quân đội hỏi: "Động cơ WZ-15 của chúng ta so với các dòng động cơ cùng cấp của nước ngoài thì thế nào?"
Tổng công trình sư Chu mỉm cười đáp: "Động cơ WZ-15 của chúng ta có công suất lớn hơn dòng T700 của Mỹ tới 500 kW. Hơn nữa, cả tỷ lệ công suất trên trọng lượng lẫn mức tiêu hao nhiên liệu đều vượt trội hơn các sản phẩm nước ngoài."
Công tác chuẩn bị thử nghiệm nhanh chóng hoàn tất.
Đoàn lãnh đạo và nhóm chuyên gia đều vô cùng kỳ vọng dõi theo động tĩnh trên giá thử.
Chuông cảnh báo thử nghiệm vang lên ba hồi. Cuối cùng, quá trình vận hành động cơ WZ-15 cũng bắt đầu. Đây là thử nghiệm trên giá đỡ, cho phép đo đạc trực tiếp các thông số kỹ thuật của động cơ trong điều kiện tiêu chuẩn.
Về sau, động cơ còn phải trải qua các bài thử nghiệm bay lắp trên thân máy bay, khi đó rủi ro sẽ cao hơn nhiều, còn thử nghiệm mặt đất hiện tại thì hoàn toàn nằm trong tầm kiểm soát.
Theo lệnh của Tổng công trình sư, nhân viên vận hành khởi động khối động cơ tuabin trục công suất lớn thế hệ mới này.
Cánh quạt bắt đầu quay, luồng khí mạnh mẽ thổi xuống mặt đất. Đáng chú ý là độ ồn phát ra thấp hơn hẳn so với bất kỳ loại trực thăng nào mà mọi người từng chứng kiến trước đây.
Vị lãnh đạo quân đội phấn khởi nói: "Tổng công trình sư Chu, độ ồn khi thử nghiệm động cơ WZ-15 của chúng ta rất nhỏ!"
Tổng công trình sư Chu giải thích: "Đúng vậy, chúng tôi đã kiểm soát độ ồn và rung chấn của động cơ WZ-15 rất tốt. Kết hợp với bộ cánh quạt năm lá mới này, độ ồn và rung động được giảm xuống mức tối thiểu. Nhờ đó, trực thăng thế hệ mới trong quá trình bay sẽ có độ ồn rất thấp, khả năng tàng hình và ẩn nấp sẽ tốt hơn nhiều."
Đừng nhìn bộ cánh quạt trực thăng có vẻ đơn giản, thực chất bên trong chứa đựng rất nhiều kiến thức chuyên sâu.
Thiết kế cánh quạt trực thăng trước hết phải xác định tổng trọng lượng máy bay, sau đó tính toán khả năng chịu lực của cánh, tiếp đến là lựa chọn công suất động cơ, tính toán tốc độ đầu cánh, độ xoắn của cánh và số lượng lá cánh phù hợp.
Công suất động cơ tuabin trục đóng vai trò then chốt. Cánh quạt chính và cánh quạt đuôi là những bộ phận tiêu hao công suất lớn nhất, ngoài ra còn có tổn thất truyền động, hệ thống phụ trợ và các hao hụt trung gian khác. Do đó, động cơ có công suất càng lớn thì hiệu năng trực thăng chắc chắn càng cao.
Khi trực thăng bay về phía trước, tốc độ đầu cánh quạt chính càng lớn thì tại vị trí đầu cánh phía trước càng dễ phát sinh lực cản sóng. Hiện tượng sóng xuất hiện sẽ làm tăng đột biến công suất cần thiết của trực thăng. Nếu tốc độ đầu cánh quá lớn, độ ồn tất yếu sẽ rất cao, điều này gây bất lợi cho khả năng tàng hình của trực thăng quân sự.
Trực thăng Z-20 có số lượng cánh quạt nhiều hơn một lá so với trực thăng Black Hawk, ưu điểm mang lại rất rõ ràng: độ rung lắc giảm thiểu và tiếng ồn cũng thấp hơn. Hơn nữa, bản thân động cơ tuabin trục WZ-15 thế hệ mới vốn đã có độ ồn và độ rung rất thấp, vì vậy trong tương lai, khi Z-20 được trang bị loại động cơ này, mức độ ồn sẽ đạt ngưỡng cực thấp.
Tất nhiên, điều này chỉ khả thi khi động cơ WZ-15 sở hữu công suất đủ lớn để đáp ứng việc tăng số lượng cánh quạt. Bởi lẽ, càng nhiều lá cánh đồng nghĩa với việc kết cấu trục cánh quạt càng phức tạp, trọng lượng tăng lên và lực cản không khí lớn hơn, đòi hỏi động cơ phải có công suất mạnh mẽ hơn để bù đắp.
Khi động cơ bắt đầu vận hành, các thông số kỹ thuật liên tục được truyền về màn hình tại phòng điều khiển. Nhìn thấy công suất của động cơ WZ-15 không ngừng tăng lên, nhanh chóng đạt mức 2.000 kW – ngưỡng công suất đầu ra tối đa theo thiết kế – cùng với các chỉ số hiển thị hoàn toàn bình thường, các vị lãnh đạo và nhóm chuyên gia đều lộ rõ vẻ hài lòng.
Tuy nhiên, bất ngờ vẫn còn ở phía sau. Nhân viên vận hành tiếp tục tăng tốc độ vòng quay, công suất động cơ WZ-15 vượt qua mức thiết kế tối đa, chạm ngưỡng 2.100 kW và duy trì vận hành ổn định trong suốt mười phút!
Vị lãnh đạo quân đội phấn khởi nói: "Không tồi, công suất dự phòng khẩn cấp có thể đạt tới mức cao như vậy! Hoàn toàn đủ dùng, thậm chí là dư dả!"