Zell thuyết trình về các mẫu thiết kế máy bay của mình - Ảnh: INTEL

Khi đó đã tìm thấy những kiến thức thú vị trong công trình thiết kế các mẫu máy bay có thân cánh liền khối (còn gọi là loại máy bay "flying wing") của hai phi công người Đức là Walter và Reimar (còn gọi là hai anh em nhà Horton) trong giai đoạn 1930-1940.

Tuy nhiên, Zell không hiểu được vì sao những mẫu thiết kế máy bay của họ hầu như biến mất, bất kể về lý thuyết, dù đó là các thiết kế có nhiều ưu điểm và tiết kiệm nhiên liệu đáng kể.

Đứng trên vai những người khổng lồ

Từ những năm 1930, hai anh em Horton đã nghĩ tới một thiết kế máy bay với nguyên lý khí động học hoàn toàn khác, vượt tầm thời đại, khi gần như loại bỏ phần đuôi, bộ phận có chức năng duy trì độ ổn định của máy bay thông thường, giúp không chao đảo từ bên này sang bên kia trong khi hoạt động.

Theo đó, họ nhận ra khi một chiếc máy bay không có (hoặc có nhưng kích thước rất nhỏ) phần thân và đuôi, tình trạng ổn định khi bay sẽ tốt hơn nếu sự phân bổ lực nâng theo hình chuông mà không phải theo hình elip như các thiết kế máy bay thông thường.

Zell đã nhận ra ý tưởng tuyệt vời trong công trình thiết kế của hai vị tiền bối. Theo đó, các loại máy bay thân cánh liền khối nổi trội hơn so với máy bay truyền thống nhờ nguyên lý hoạt động khí động học được tối ưu hóa và giảm đáng kể tiêu thụ nhiên liệu.

Mặc dù còn vướng nhiều thách thức, ví dụ như khó giữ được sự ổn định trong khi bay, nhưng Zell vẫn cảm thấy thiết kế cơ bản của loại máy bay này vẫn đáng được quan tâm.

Từ suy nghĩ này, Zell đã tìm tòi và đọc "nát" mọi tài liệu liên quan về mô hình thiết kế của các chuyên gia hàng không thế kỷ trước.

Khi nhận ra mẫu thiết kế của anh em nhà Horton chưa từng được thử nghiệm trong thực tế, Zell nảy ra ý định tiếp tục phát triển. Em dùng phần mềm thiết kế một mẫu máy bay nhỏ có kiểu phân bổ lực nâng theo hình chuông, giống kiểu hai anh em nhà Horton đã vạch ra.

Trong công xưởng làm mộc của người cha, Zell dùng phần mềm thiết kế CAD và máy in 3D để tạo ra cấu trúc bên trong máy bay bằng chất liệu nhựa nhẹ. Sau đó em ốp gỗ balsa, một loại gỗ nhẹ bên ngoài cấu trúc khung nhựa và cuối cùng bọc thêm một lớp "áo" nhựa bên ngoài nữa để bảo vệ lớp gỗ balsa này.

Mẫu máy bay thiết kế điều khiển từ xa này của Zell có sải cánh 1,23m. Mặc dù chỉ sử dụng động cơ công suất 400 Watt nhưng vẫn có thể đạt vận tốc tối đa lên tới 160km/h.

Nhiều mẫu máy bay thân cánh liền khối không thể giữ được trạng thái ổn định trong lúc bay song mẫu thiết kế máy bay nâng cấp của Zell đã hoạt động trơn tru và an toàn ở những tình huống bay nhiều thách thức, trong khi vẫn khai thác hiệu quả nguồn nhiên liệu tiêu hao.

Zell khẳng định máy bay của em có thể hoạt động tốt mà không cần một hệ thống giữ ổn định điện tử phức tạp cho máy bay.

Ivo Zell (giữa) nhận giải thưởng lớn Gordon E. Moore năm 2017 - Ảnh: INTEL

Tiềm năng ứng dụng cực lớn

Sau số lần bay thử không thể nhớ hết và công đoạn thẩm định hiệu quả bằng các phương tiện đo từ xa, phân tích video, cảm biến tự thiết kế và phương pháp đo lường, Ivo Zell tự tin với mẫu thiết kế của mình và bắt đầu mang ra trình làng tại một số cuộc thi khoa học.

Mẫu thiết kế đặc biệt này đã giúp Zell giành được nhiều giải thưởng nghiên cứu khoa học ở Đức và EU trước khi đoạt giải thưởng lớn Gordon E. Moore (đặt theo tên nhà đồng sáng lập Tập đoàn Intel) trị giá 75.000 USD tại cuộc thi khoa học và kỹ thuật quốc tế năm 2017 do Hãng Intel tổ chức ở Los Angeles, California (Mỹ).

Đó cũng là cuộc thi khoa học dành cho lứa tuổi tiền đại học lớn nhất thế giới với sự tham gia của gần 1.800 nhà khoa học trẻ được lựa chọn từ 425 cuộc thi khoa học liên kết ở 78 quốc gia, khu vực và vùng lãnh thổ.

Trong một lần chia sẻ tại hội thảo khoa học trẻ quốc tế ở Stockholm (Thụy Điển) năm 2018 về lý do lựa chọn theo đuổi mẫu thiết kế máy bay cải tiến, Zell cho biết em là người rất đam mê nghiên cứu về kỹ thuật hàng không, đặc biệt những thiết kế không phổ biến.

Mối quan tâm này cộng với mục tiêu giúp hoạt động đi lại của hàng không dân dụng bớt gây hại hơn cho môi trường đã thôi thúc em theo đuổi công trình cải tiến thiết kế máy bay mà em tự tin gọi tên là "Một cánh là đủ".

Với mẫu thiết kế này, những lĩnh vực ứng dụng tiềm năng trong tương lai có thể thấy trước gồm các hệ thống vận chuyển bằng máy bay không người lái (drone) và những mẫu máy bay chở khách lớn hơn nhiều.

Điểm bất lợi của một chiếc máy bay có thân cồng kềnh là tạo ra sức ì lớn. Nếu một máy bay có hình dạng chỉ gồm hai cánh bay, nó sẽ bay với hiệu suất nhiên liệu cao hơn. Minh chứng rõ rệt nhất cho điều này là thiết kế của một chiếc máy bay ném bom tàng hình B-2. Đây là mẫu máy bay có thiết kế thân cánh liền khối.

Tuy nhiên, vấn đề rắc rối nhất của máy bay thân cánh liền khối chính là khó giữ trạng thái ổn định cho máy bay khi hoạt động trong các vùng không khí nhiễu động. Đóng góp của Ivo Zell chính là chỗ này, khi tạo ra được mẫu thiết kế có khả năng giữ vững ổn định hoạt động tốt hơn.

Theo đó nếu có thể tiếp tục phát triển và có tính ứng dụng thực tế trên quy mô lớn, đó sẽ là nền tảng đưa các thiết kế máy bay có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao hơn vào sử dụng trên quy mô thương mại của hàng không dân dụng.

____________________________________________

Kỳ tới: Nhà khoa học robot trẻ nhất Saudi Arabia