Một động cơ phản lực máy bay hiện đại là một kiệt tác của kỹ thuật, có khả năng tạo ra một lực đẩy khổng lồ để nâng một cỗ máy hàng trăm tấn lên không trung. Để làm được điều đó, các bộ phận bên trong nó phải hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt nhất có thể tưởng tượng. Trung tâm của cỗ máy này là các cánh quạt, và mỗi loại cánh quạt, tùy thuộc vào vị trí và chức năng, được chế tạo từ những vật liệu tiên tiến khác nhau.
Về cơ bản, một động cơ phản lực turbofan có ba loại cánh chính, mỗi loại đối mặt với một thử thách riêng.
1. Cánh Quạt Lớn (Fan Blades) - Những Gã Khổng Lồ Nhẹ Ký
Đây là những cánh quạt khổng lồ mà bạn có thể nhìn thấy ở phía trước động cơ. Nhiệm vụ chính của chúng là hút một lượng không khí khổng lồ vào động cơ. Phần lớn lượng khí này (khoảng 90%) sẽ đi vòng qua lõi động cơ và tạo ra phần lớn lực đẩy.
- Thách thức: Cánh quạt lớn phải cực kỳ bền chắc để chịu được các va chạm (ví dụ như chim bay), đồng thời phải siêu nhẹ để tối đa hóa hiệu suất và giảm quán tính.
- Vật liệu:
- Động cơ nhỏ: Thường làm bằng nhôm đúc rỗng.
- Động cơ cỡ trung: Thường làm bằng titan rắn hoặc các hợp kim nhôm đặc biệt được hàn ma sát với nhau.
- Động cơ lớn (hiện đại nhất): Được làm từ vật liệu composite sợi carbon, với phần trục và cạnh trước được gia cố bằng titan để tăng khả năng chống va đập. Đáng chú ý, những cánh quạt khổng lồ này cũng được chế tạo rỗng bên trong, một kỳ công sản xuất giúp giảm trọng lượng đáng kể.
- Làm mát: Cánh quạt lớn hoạt động ở nhiệt độ môi trường nên không cần hệ thống làm mát.
2. Cánh Máy Nén (Compressor Blades) - Chịu Nén, Chịu Nhiệt Vừa Phải
 |
| Ảnh: lưỡi tuabin đơn pha lê từ Xưởng đúc của hãng Rolls-Royce vô cùng tinh tế. |
Nằm sâu bên trong lõi động cơ, các cánh máy nén nhỏ hơn nhiều và quay với tốc độ cực cao. Nhiệm vụ của chúng là nén một phần không khí hút vào đến một áp suất cực lớn trước khi đưa vào buồng đốt.
- Thách thức: Chúng phải chịu được lực ly tâm khổng lồ và nhiệt độ tăng dần do quá trình nén không khí.
- Vật liệu:
Làm mát: Giống như cánh quạt lớn, cánh máy nén không cần hệ thống làm mát.
- Các tầng nén áp suất thấp ở phía trước thường làm bằng hợp kim nhôm.
- Càng đi sâu vào các tầng nén áp suất cao, không khí càng bị nén và nóng lên (khoảng 260–315°C). Ở đây, các cánh quạt phải được làm bằng hợp kim titan, vật liệu có khả năng chịu nhiệt và bền hơn nhôm.
3. Cánh Tuabin (Turbine Blades) - Kiệt Tác Chịu Nhiệt Của Luyện Kim
Đây là những bộ phận phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt nhất và cũng là những bộ phận tinh vi nhất về mặt công nghệ. Cánh tuabin nằm ngay sau buồng đốt, nơi nhiệt độ có thể lên tới 1.700°C—cao hơn cả nhiệt độ nóng chảy của nhiều kim loại. Nhiệm vụ của chúng là trích xuất năng lượng từ dòng khí thải siêu nóng, tốc độ cao để quay trục chính, từ đó dẫn động cho máy nén và cánh quạt lớn ở phía trước.
- Thách thức: Phải chịu được nhiệt độ cực cao và lực ly tâm khủng khiếp cùng một lúc.
- Vật liệu: Thép và titan hoàn toàn vô dụng ở nhiệt độ này vì chúng sẽ mất hết độ bền. Cánh tuabin được làm từ các siêu hợp kim nền niken (nickel superalloys). Thông thường, chúng được đúc thành một tinh thể đơn (single crystal) để loại bỏ các đường biên hạt—vốn là những điểm yếu ở nhiệt độ cao.
- Hệ thống làm mát tinh vi: Ngay cả siêu hợp kim niken cũng sẽ tan chảy nếu không được làm mát. Các kỹ sư đã phát triển một giải pháp thiên tài:
- Cánh tuabin được đúc với các đường dẫn và lỗ siêu nhỏ, phức tạp bên trong.
- Một phần không khí "mát" hơn (khoảng 300°C) được trích ra từ tầng nén áp suất cao.
- Luồng khí này được thổi qua các đường dẫn bên trong cánh tuabin và thoát ra ngoài qua các lỗ nhỏ li ti trên bề mặt, tạo thành một lớp màng không khí bảo vệ. Lớp màng này cách nhiệt cho kim loại khỏi dòng khí thải nóng hơn 1.000°C đang cuộn chảy bên ngoài. Về cơ bản, cánh tuabin đang "tự đổ mồ hôi" để làm mát chính nó.
Tương Lai - Vật Liệu Gốm Ma Trận (CMCs)
Công nghệ vật liệu động cơ đang hướng tới một cuộc cách mạng mới với Vật liệu Gốm Ma Trận (Ceramic Matrix Composites - CMCs).
- Ưu điểm vượt trội: CMCs vừa nhẹ, vừa bền, và quan trọng nhất là có thể chịu được nhiệt độ 1.700°C mà không cần hệ thống làm mát bằng không khí.
- Lợi ích: Việc không phải trích khí nén để làm mát sẽ giúp toàn bộ lượng khí được dùng cho quá trình đốt cháy, làm cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và mạnh mẽ hơn đáng kể.
- Thách thức: Việc sản xuất CMCs ở quy mô công nghiệp với chi phí hợp lý vẫn là một thách thức lớn mà các nhà khoaDưới đây là một số tin tức nổi bật trong nước và quốc tế tính đến chiều tối ngày 25 tháng 8 năm 2025.
