Richard Hammond's Engineering Connections

Siêu máy bay Airbus A380

Máy bay chở khách lớn nhất thế giới

Một điều kỳ diệu của bầu trời

Được lắp ráp với công nghệ tiên tiến.

Nó sở hữu rất nhiều những đột phá và phát minh của công nghệ hàng không.

Đây chỉ là thủy tinh!

Những kết nối kỹ thuật đến từ quả tên lửa thế kỷ 19...

... hay từ những cây cung của người Mông Cổ xa xưa

Và từ đôi cánh bay kỳ diệu của một con chim ưng...

Nhìn nó này, đó!

... đến 1 chiếc bơm xe đạp nhỏ bé.

Những gì đã làm nên 1 nền tảng công nghệ cao như vậy...

... trên chiếc Airbus A380? Chúng ta cùng tìm câu trả lời.

Airbus 007 vào đường cất cánh. 290 độ; 8 knots.

Đây là máy bay Airbus A380, máy bay phản lực siêu khổng lồ.

Tôi đang trên cuộc hành trình để tìm ra các liên kết bí ẩn của A380 ...

... với những ý tưởng xuất sắc từ khắp nơi trên thế giới và trong suốt lịch sử.

Tôi tìm sự kết nối công nghệ bên trong chiếc máy bay chở khách lớn nhất thế giới.

Bạn không chỉ ngạc nhiên bởi kích thước to lớn thế này.

Đây là máy bay duy nhất mà ghế hành khách chạy theo ...

... toàn bộ chiều dài thân và trên cả hai tầng.

Khoang hành khách rộng 6,5 mét ...

Đó là chiều rộng của nó!

... và dài 50 mét.

Quá lớn luôn.

A380 có thể chở được đến 853 hành khách,

35% nhiều hơn đối thủ về nhì.

Lớn thật. Quá lớn.

Cánh rất lớn, diện tích mỗi cánh đủ chỗ cho 70 chiếc xe hơi.

Nhưng nếu cánh quá dài, nó có thể gây ra vấn đề.

Tuy nhiên, máy bay lớn nhất thế giới cần thiết...

... phải có đôi cánh khổng lồ tương xứng

Sải cánh dài tương đương chiều dài của 1 sân bóng đá

Phải cung cấp đủ lực nâng để đưa được 560 tấn bao gồm người và hàng hóa lên khỏi mặt đất.

Nhưng nếu đôi cánh được thiết kế theo phương pháp truyền thống...

... sẽ mất rất nhiều thời gian và A380 sẽ không tương thích với hầu hết các sân bay trên thế giới.

Và sẽ không thể bay đến bất cứ đâu!

Có những qui định quốc tế về kích thước tối đa của máy bay...

... để tránh va chạm khi cất hạ cánh và di chuyển tại các sân bay.

Sải cánh máy bay không được quá 80 mét.

Do vậy, cánh của A380 phải ngắn đủ để phù hợp với các quy định...

... nhưng vẫn phải tạo ra đủ lực nâng để có thể bay lên.

Các kỹ sư Airbus đã tìm thấy giải pháp tuyệt vời bằng cách lấy cảm hứng từ thế giới động vật.

Nhưng làm như thế nào?

Tôi đi bước đầu tiên trong quá trình tìm hiểu.

Kỹ sư hàng không vũ trụ- Tiến sĩ Peter Barrington

Tôi nghĩ rằng đã có được một cách trực quan để xem xét vấn đề tạo ra lực nâng

Và nơi tốt nhất để làm điều đó là trong đường hầm tại Đại học Kingston ở London.

Peter đưa cho tôi một máy tạo khói màu, và tôi có thể quan sát được luồng không khí.

Peter, làm thế nào có thể giải thích vấn đề này?

OK, bạn đang quan sát mặt cắt ngang của cánh...

Chiếc cánh làm uốn cong luồng không khí chuyển động qua nó

Nó làm cho tốc độ luồng không khí ở phần trên lớn hơn nhiều so với phía dưới

Hình dạng của cánh phải được thiết kế như vậy để không khí di chuyển như ta đang quan sát.

Kết quả là, không khí phía trên cánh có áp suất thấp hơn...

... vì vậy áp lực cao hơn ở bên dưới cánh sẽ đẩy lên trên...

... tạo ra lực nâng cho máy bay.

Không thể nhận thấy hết ý nghĩa của lực nâng...

Đơn giản là, hình dạng cơ bản của cánh như vậy có thể giúp máy bay bay được.

Dòng chảy không khí tạo lực nâng trên suốt chiều dài cánh...

Gần như trên toàn bộ cánh.

Peter giới thiệu cho tôi rằng, thông thường cánh có một nhược điểm nghiêm trọng.

Nếu bạn di chuyển một chút như thế này, về phía cuối...

... và xem những gì sẽ xảy ra.

Gần hơn chút nữa.

Ở ngay phía cuối của cánh. Chính xác, đúng rồi.

Đó.

Các luồng không khí ở đầu cánh trông hoàn toàn hỗn loạn

Thay vì một dòng chảy ổn định...

... ở đây nó xoáy theo hình xoắn ốc.

Nó được gọi là xoáy đầu cánh.

Không khí áp suất cao từ bên dưới cánh bị tản mát xung quanh...

... đầu cánh và đẩy xuống bề mặt phía trên của cánh.

5% diện tích bề mặt của cánh ở cuối không thực sự làm bất cứ điều gì cho bạn.

Nó không tạo ra lực nâng.

Xoáy có nghĩa là đầu cánh không cung cấp một tý lực nâng nào

Do đó, phần cánh này không thực sự cần thiết.

Và đối với những máy bay phản lực siêu khổng lồ, đó là một vấn đề về siêu kích cỡ.

Các kỹ sư thiết kế Airbus đã phải tìm một cách để giảm kích thước của cánh...

... và đó là ý tưởng liên quan đến 1 loài chim.

Giai đoạn tìm hiểu tiếp theo, tôi sẽ gặp một chuyên gia khí động học hàng đầu...

... nhưng giao tiếp với chuyên gia này có một chút khó khăn.

Cossack...

... là một chú đại bàng thảo nguyên.

Một loài có nguồn gốc từ vùng thảo nguyên Trung Á

Thật sự, tôi...

Ý tôi là, nó to lớn và rất ấn tượng

Cossack là loài săn mồi

Sống đơn độc và có những đặc điểm giống với chiếc A380.

Nó bay đi rồi.

Để lượn trên cao tìm kiếm thức ăn, nó cần nhiệt độ...

... tạo ra cột không khí đối lưu rộng khoảng 20m để có lực nâng

Nhưng cũng giống như A380, đôi cánh không thể quá dài

Nếu không, khi lượn vòng tròn nó sẽ bị ra bên ngoài cột đối lưu.

Đôi cánh của nó thích nghi hoàn hảo

để có lực nâng nâng tối đa với chiều dài tối thiểu.

Và hôm nay, chuyên gia này sẽ tham gia vào một thí nghiệm.

Nhà động vật học Graham Taylor của Đại học Oxford sẽ cho tôi rõ một cách...

... chính xác Cossack xử lý với xoáy đầu cánh như thế nào...

... khi quan sát cánh khi bay. Đây là máy quay không dây mini.

Nó cho phép kết nối với màn hình

Phải cẩn thận. Bạn sẽ làm gì? Hãy thử và đặt nó trên lưng.

Phải thân thiện Cossack mới cho phép cộng tác

Và bây giờ có thể rồi.

OK.

Wow! Với một chút may mắn. Tôi hy vọng...

... là sẽ quan sát được dọc theo cánh, phải không?

Chuẩn rồi.

Vì vậy, chúng ta thực sự có thể thấy nó xử lý vấn đề như thế nào?

Tuyệt vời! Đúng rồi.

Hướng này. Hãy xem nào.

Yes, yes. Nào, bay nào.

Yes! Yeah, đẹp nhể.

Cossack cho thấy màu xanh trải rộng đằng kia,

và lúc này camera đang phát sóng

Đó, bạn có thể nhìn thấy dọc theo cánh.

Đây là những gì chúng ta cần? Đó là những gì chúng ta đang tìm kiếm.

Cossack có thể điều khiển các lông ở trên đầu đôi cánh của mình.

Để có được lực nâng tối đa, nó cuộn chúng lên gần như thẳng đứng.

Đây là chìa khóa để loại bỏ xoáy đầu cánh giúp cho bay lượn có hiệu quả cao.

Khi nó lượn vòng tăng độ cao xung quanh cột không khí ấm...

... những gì bạn thấy là cánh sẽ chịu tải lớn.

Và những chiếc lông ở đầu cánh được cuộn lên khi nó lượn vòng.

Nó phá vỡ vòng xoáy cuộn vào cuối cánh. Đúng vậy.

Cossack sử dụng lông ở đầu cánh để tạo ra cái gọi là Winglet.

Hoạt động thích ứng tự nhiên này như một hàng rào chống lại xoáy...

... ngăn chặn đường đi của dòng không khí từ bên dưới cánh hướng lên trên.

Vì vậy, nó không cần đôi cánh dài mà vẫn đạt được hiệu quả.

Câu hỏi đặt ra là, các kỹ sư có thể áp dụng kỹ năng này?

Trong thử nghiệm tại hầm gió, kỹ sư Peter Barrington cho tôi thấy...

... cánh máy bay tạo ra xoáy xoắn ốc ở đầu cánh.

Bây giờ, chúng ta có phương án giải quyết vấn đề.

Chi tiết mới này lấy cảm hứng từ lông đầu cánh của một con đại bàng, gọi là Winglet.

Hy vọng là trên cánh có một luồng không khí trơn tru, ổn định.

Và cả ở đầu cánh?

Nhưng ở đây, đầu cánh, từng có dòng không khí hình xoắn ốc.

Sao nào? Không xoáy!

Bây giờ là rất mịn, vòng xoáy cố gắng để cuộn tròn xung quanh đầu cánh...

... nhưng đường đi của nó bị chặn bởi Winglet.

Đơn giản như vậy

Về cơ bản đó là một vật cản không cho tạo nên vòng xoáy của không khí. Chính xác.

Và kết quả là, chúng ta cải tiến cánh máy bay như vậy.

Xoáy đã bị buộc phải đi từ đầu cánh lên phía trên cùng của Winglet.

Vì vậy, toàn bộ bề mặt của cánh tạo ra lực nâng...

... và có hiệu suất tương tự như một đôi cánh dài hơn thế.

Đó là những gì con đại bàng đang làm.

Thật vậy. Tôi nghĩ rằng nếu chúng ta dựa theo ý tưởng này...

... có thể sửa lại winglets cho nhỏ hơn.

Một mẩu cánh nhỏ tí tẹo được gắn gần như thẳng đứng vào đầu cánh chính...

... và ta có thể giảm kích thước cánh, giống như đôi cánh của một con đại bàng.

Vì vậy, đại bàng thực sự là mẫu lý tưởng. Chính vậy.

Yeah. Rất tốt.

Máy bay chở khách lớn nhất thế giới đã được cứu...

... bởi một trong những tiến hóa và thích nghi của tự nhiên.

Nhưng vẫn còn vấn đề cần giải quyết.

Làm thế nào để giữ chi phí hoạt động thương mại ở mức tối thiểu?

Trong thời buổi đắt đỏ hiện nay, mỗi kg trọng lượng tăng thêm...

... sẽ phải tốn lượng nhiên liệu đáng kể.

Do đó, các máy bay A380 phải thực sự tiết kiệm nhiên liệu.

Và ở đây, trên dây chuyền lắp ráp cuối cùng...

... tôi có cơ hội để tìm hiểu cấu trúc thân vỏ của nó.

Wow! Thường thì tôi không bao giờ để ý đến những thứ này...

... nằm bên trong các lớp thảm, các bức tường, ghế...

... và tất cả những thứ tiện nghi khác.

Nhưng bây giờ, để xem bộ khung này,

Xem cấu trúc của nó... Và tôi rất ấn tượng...

Tôi cho rằng, ai cũng thế, muốn được ở trong một tòa nhà với những bức tường vững chắc.

Nhưng ở đây, khi không có các lớp vỏ bao bọc, bạn có thể nhìn thấy ...

Tôi ghét phải nói ra, nhưng có vẻ quá mong manh.

Ngay cả bên ngoài của A380, lớp vỏ phải càng nhẹ càng tốt...

... vì toàn bộ diện tích bề mặt là hơn 3.000 mét vuông.

Vì vậy, thách thức đối với các kỹ sư của A380...

... là làm sao cho trọng lượng của nó ở mức tối thiểu mà vẫn đảm bảo vững chắc, an toàn

Ta trở lại vài thế kỷ trước đây để tìm cảm hứng...

... cho ý tưởng thiết kế máy bay A380...

... từ cây cung của người Mông Cổ.

Nhưng trước tiên, tôi đến căn cứ không quân ở phía đông nước Anh...

... để làm thử nghiệm với loại vật liệu nhẹ dùng trong hàng không vũ trụ.

Paul Hogg, kỹ sư vật liệu Đại học London sẽ hướng dẫn tôi.

Anh ấy đưa ra một khẩu pháo "hạng nặng"...

... cùng với một số đạn dược - gà.

Giống với thử nghiệm cho động cơ máy bay? Đúng.

Ngành công nghiệp hàng không dùng "súng gà" để mô phỏng va đập với con chim ở tốc độ cao

Đó là một nội dung quan trọng để kiểm tra độ bền của lớp vỏ máy bay.

Thân máy bay bị thủng có thể gây ra giảm áp suất cabin...

... làm hành khách ngạt thở.

Hoặc tác động va chạm có thể làm hỏng cánh...

... dẫn đến mất kiểm soát điều khiển.

Làm thế nào... Tôi phải làm gì trước? Tôi không biết.

Chọn viên đạn nào? Con này?

Chọn con nào cũng được. Tùy thôi.

Lộn xộn quá nhể?

Không quan trọng, thế nào cũng được.

Gà đã được nạp.

Paul thiết lập súng để bắn gà với tốc độ cất cánh của A380

Đây sẽ là một va chạm với tốc độ 180 dặm/giờ (80,4672 m/s)

Bây giờ kết nối...

Được rồi.

Và cái gì sẽ còn lại? Con gà hay tấm nhôm?

5, 4...