Loại xe dễ điều khiển nhất có lẽ là scooter vì tất cả những gì bạn phải làm là ngồi lên, nổ máy, tăng ga và chạy. Tại GE Aviation, các kỹ sư cũng đang nỗ lực nghiên cứu để phi công có thể lái máy bay một cách đơn giản như vậy.

Lái máy bay sẽ dễ dàng như chạy xe máy này. Ảnh: Shutterstock.

Simone Castellani, kỹ sư hàng không kiêm phi công người Ý, là thành viên trong nhóm phát triển “bộ não số” cho máy bay cánh quạt của GE nhằm giúp việc lái máy bay thành đơn giản đến mức “mẹ tôi cũng có thể làm được”. “Mọi thao tác sẽ được tự động hóa, dễ dàng như lái xe máy,” Castellani cho biết.

Ý tưởng “bộ não số” bắt nguồn từ Brad Mottier, người điều hành bộ phận Kinh doanh và Hàng không của GE Aviation. Có tên gọi đầy đủ là Bộ điều khiển Động cơ và Cánh quạt Số Toàn năng  (Full Authority Digital Engine and Propeller Control hay FADEPC), “bộ não này” được sử dụng rộng rãi trong các loại máy bay phản lực nhưng chưa từng được thử nghiệm trên dòng máy bay cánh quạt thương mại. Lý do chính vì đa phần máy bay thuộc phân khúc này như Cessna, Beechcraft, Air Tractor và các dòng khác sử dụng động cơ đã được thiết kế từ vài thập kỷ trước. Lắp đặt FADEPC lên những cỗ máy này sẽ không phù hợp, trừ khi tiến hành “các cuộc đại phẫu”.

“Đã lâu chưa có một cuộc tái thiết lớn nào trong thị trường máy bay cánh quạt,” Castellani nhận xét. “Dùng FADEPC trên những máy bay động cơ cũ sẽ giống như lắp vòi phun nhiên liệu hiện đại nhất lên những chiếc ô tô cổ hơn 30 năm tuổi vậy”.

Tuy nhiên, một bước ngoặt công nghệ đã làm thay đổi cuộc chơi. Hai năm trước, các kỹ sư GE Aviation đã thiết kế thành công một động cơ cánh quạt hoàn toàn mới là Advanced TurboProp hay ATP. Động cơ mới này sử dụng vật liệu dùng cho máy bay siêu thanh, kết hợp với công nghệ in 3D hiện đại và, đặc biệt, lần đầu tiên ứng dụng bộ điều khiển FADEPC. “Mọi thứ của ATP đều mới mẻ,” Castellani nói. “Vì thiết kế mới hoàn toàn, nên chúng tôi nhận thấy đây chính là động cơ phù hợp với bộ điều khiển.”

Kỹ sư hàng không kiêm phi công người Ý Simone Castellani. Ảnh: Stefano Rostagno cho GE Reports.

Castellani có thâm niên 20 năm làm việc cho hãng hàng không của Ý Avio Aero và hiện đang làm việc tại trụ sở chính của Avio tại Turin sau khi GE Aviation mua lại hãng này vào năm 2013. Khi rảnh, anh thích lái máy bay. Với FADEPC, thú vui này sẽ “tao nhã hơn rất nhiều”.

Thông thường, khi lái máy bay cánh quạt, Castellani dùng một cần gạt để điều chỉnh công suất động cơ và dùng một cần điều khiển khác để thay đổi độ nghiêng cánh quạt. Anh làm theo hướng dẫn sử dụng để chỉnh đúng thiết lập, tùy thuộc vào cao độ, nhiệt độ, hiệu suất và những điều kiện khác. Để thay đổi lực đẩy, Castellani phải thiết lập công suất và góc bay riêng rẽ, đồng thời phải rất cẩn trọng để không vượt quá các giới hạn của động cơ.

“Là phi công, tôi phải nói rằng lái máy bay cánh quạt cần rất nhiều nỗ lực. Phần lớn thời gian, bạn phải tập trung theo dõi các chỉ số trong buồng lái, không còn tâm trí nào để ngắm phong cảnh bên ngoài nữa,” Castellani nói. Nhưng với FADEPC, điều này sẽ thay đổi.

Sử dụng bộ điều khiển tiên tiến này, phi công có thể lái máy bay bằng một cần gạt duy nhất. “Thao tác này còn dễ hơn lái xe tự hành,” Castellani cho biết. “Bạn chỉ cần đẩy cần gạt, sau đó FADEPC sẽ điều chỉnh động cơ và cánh quạt sao cho phù hợp nhất.”

Đằng sau sự đơn giản này là cả một quy trình phức tạp. Trước tiên, hệ thống nhập dữ liệu từ các cảm biến theo dõi nhiệt độ, tốc độ tua-bin, momen xoay và áp lực bên trong động cơ, sau đó kết hợp với thông tin bên ngoài như nhiệt độ môi trường xung quanh, độ cao và tốc độ máy bay. Tiếp đó, FADEPC sử dụng thuật toán thông minh để phân tích số liệu và đưa ra “điểm bay lý tưởng nhất”, giúp động cơ vận hành một cách tối ưu.

Paul Corkery, Tổng Giám đốc Kinh doanh Máy bay Cánh quạt của GE, nói rằng phi công rất thích hệ thống điều khiển này vì “nhờ nó, họ có nhiều thời gian quan sát bầu trời và tận hưởng trải nghiệm bay, thay vì phải chăm chăm theo dõi, điều chỉnh động cơ”.

Kỹ sư thử nghiệm của GE, Steve Erickson, và các đồng nghiệp lần đầu tiên chạy thử động cơ ATP tại Pragua, tháng 12 năm ngoái. Ảnh: Tomas Kellner cho GE Reports.

Không chỉ được giới phi công nhiệt tình đón nhận, FADEPC còn thu hút sự quan tâm của nhiều công ty sản xuất máy bay, điển hình là Textron Aviation. Dòng Cessna Denali mới của hãng này sẽ là máy bay đầu tiên sử dụng ATP, vì động cơ này tiêu thụ ít nhiên liệu hơn 20% và lại có công suất mạnh hơn 10% so với các động cơ khác cùng phân khúc. “Những thành tích này nghe có vẻ đơn giản, nhưng thực tế, lại có ý nghĩa rất đột phá,” Cristian Lai, đồng nghiệp của Castellani, nói.

Kế hoạch phát triển hệ thống điều khiển này bắt đầu hơn 2 năm trước. Để có thể thiết kế, chế tạo những thuật toán kiểm soát độ nghiêng cánh quạt, vị trí các van nhiên liệu và nhiều phần cứng khác, việc xây dựng FADEPC đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về cả phần mềm lẫn phần cứng. Do đó, Suzana Chakrokh, người chịu trách nhiệm tuyển dụng của dự án, cần kỹ sư thuộc nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, điện tử và kỹ thuật cơ khí. Đặc biệt, theo Chakrokh, đó phải là “những người đam mê với công việc và thực sự muốn cống hiến cho dự án này”. Kết quả là, Castellani, Lai và hơn hai mươi kỹ sư nhiệt huyết khác đã được chiêu mộ.

Đầu tiên, nhóm phát triển đặt hàng một tủ điện tử, hay đúng hơn là “bộ não điện tử trắng”, từ công ty hàng không Pháp Safran để lưu hệ thống. Tiếp đó, họ viết phần mềm điều khiển động cơ ATP, sử dụng một ngôn ngữ lập trình dựa trên mô hình dành cho kỹ sư hàng không. Mục đích của việc này là để có thể chuyển đổi chương trình phần mềm sang C, C+, Python hoặc “bất kỳ ngôn ngữ nào khác” để “các kỹ sư không cần học thêm một ngôn ngữ mới”, theo Lai.

Sau đó, họ tải bộ mã và ứng dụng điều khiển động cơ vào “bộ não trắng” như  cách tải phần mềm vào một máy tính mới. “Chiếc tủ chạy hệ điều hành trong khi chúng tôi xây dựng ứng dụng để kiểm soát động cơ và độ nghiêng cánh quạt,” Chakrokh nói. Kiểu thiết kế này có tính năng “dự phòng kép” để có thể nhanh chóng tự cấu hình lại khi xảy ra vấn đề. “Vấn đề sẽ hiển thị trên bảng điều khiển, và nếu không có trục trặc gì, phi công sẽ không thấy cảnh báo,” Lai cho biết.

Bộ FADEPC hoàn thiện được gắn vào động cơ nặng khoảng 5,5 kg và to bằng một chiếc laptop cỡ lớn. Tháng 12 năm ngoái, tại Prague, Cộng Hòa Séc, lần đầu tiên GE đã thử nghiệm thành công cả bộ động cơ và hệ thống lái.

Tận mắt chứng kiến điều này, Castellani cảm thán: “Nó là một tác phẩm nghệ thuật hoàn mĩ!”

Cristian Lai (bên trái) thử nghiệm hệ thống FADECPC tại phòng thí nghiệm của Avio Aero ở Bari, Italia. Ảnh: Yari Bovalino cho GE Reports.

Theo Tomas Kellner và Yari M. Bovalino

BÌNH LUẬN CỦA BẠN