Ted Ingling – Từ thợ sửa chữa ô tô tới nhà sáng chế động cơ phản lực lớn nhất Thế giới

94
Ted Ingling, Tổng giám đốc chương trình động cơ GE9X, ra mắt động cơ phản lực GE9X tại Triển lãm Hàng không Paris (Paris Air Show) vào thứ 2. Nguồn ảnh: Tomas Kellner từ GE Reports

Ở một thị trấn nhỏ tại Michigan, Ted Ingling đã có mong ước được trở thành một thợ sửa ô tô khi lớn lên. Thế nhưng, kế hoạch đó đã không trở thành hiện thực và ngày nay, cả thế giới có thể phải cảm ơn ông hơn vì điều này.

Thay vì thực hiện những công việc như thay má phanh và miếng đệm, Ingling đã dành 30 năm qua để phát triển các động cơ hiệu quả cho máy bay phản lực, thứ đã làm cho việc đi từ lục địa này sang lục địa khác trong vài giờ, dễ dàng hơn là sắp xếp hành lý cho một kỳ nghỉ hè. Hiện nay, ông ấy là Tổng Giám đốc chương trình động cơ GE9X, động cơ phản lực thương mại lớn nhất thế giới, mà GE Aviation đã phát triển cho máy bay phản lực thân rộng thế hệ tiếp theo của Boeing, chiếc 777X. Với đường kính hơn 11 feet, toàn bộ động cơ rộng bằng than của một chiếc Boeing 737. “Những công nghệ mà tôi đã làm việc thật sự tuyệt vời,” ông ấy nói. Tôi chưa từng có một khoảnh khắc buồn tẻ.

Chúng tôi đã có cuộc gặp gỡ và trò chuyện với Ingling bên lề Triển Lãm Hàng Không Paris (Paris Air Show) vào hè năm ngoái. Hãy cùng xem ông có những chia sẻ thú vị gì về cuộc đời của mình.

GE Reports: Ông tạo nên động cơ phản lực lớn nhất thế giới như thế nào ?

Ted Ingling: Tôi thích bắt đầu mọi cuộc thảo luận về kích thước của động cơ GE9X bằng việc chỉ ra những vấn đề trước đó. Cảm giác nó to lớn, mới mẻ và thật sự kéo giãn ranh giới, nhưng nó cũng bắt muồn từ cấu trúc động cơ thế hệ thứ năm. Trang giấy trắng ban đầu là động cơ GE90 mà chúng tôi đã phát triển cho Boeing 777 và ra mắt vào năm 1990. Phải nói rằng, những công nghệ này đã tạo nên sự cải thiện nhiên liệu lên đến 10% so với GE90-115B, động cơ phản lực mạnh nhất thế giới và GE90, động cơ phản lực tiên tiến nhất hiện nay. Việc tiết kiệm nhiên liên thưc sự là đặc trưng của động cơ này.

GER: Ông đã làm điều đó như thế nào ?

TI: Kích thước của động cơ chắc chắn là một phần để đạt hiệu suất. Chúng tôi theo đuổi cái mà chúng tôi gọi là tỷ lệ bỏ . Nó mô tả lượng không khí đi xung quanh lõi của động cơ so với lượng năng lượng nó cần để điều kiển những cánh quạt lớn ở phía trước của động cơ.

GER: Xin phép cắt lời ông một chút, Ông có thể giải thích cho độc giả hiểu cách thức hoạt động của động cơ phản lực hiện đại không ?

TI: Các động cơ phản lực cung cấp cho hầu như tất cả các máy bay phản lực chở khách được gọi là high-bypass turbofan. Đó là bởi vì phần lớn lực đẩy đến từ quạt ở phía trước của động cơ. Bạn có thể nhìn thấy cánh quạt khi máy bay đỗ ở cổng. Quạt của GE9X có đường kính hơn 11 feet – 134,5 inches. Bạn cũng nhận được một lực đẩy từ lõi, nhờ tạo ra một luồng không khí có tốc độ cao và nhiệt độ cao, nhưng chức năng chính của lõi là điều kiển quạt.

GER: Thiết kế này khác với động cơ phản lực sớm như thế nào ?

TI: Các máy bay phản lực nguyên bản sử dụng lõi để tạo ra tất cả lực đẩy. Không khí di chuyển bên trong động cơ với nhiên liệu ở trung tâm, bốc cháy và đi ra ở đầu kia. Chúng ồn ào và không tiết kiệm nhiên liệu. Bằng cách mở rộng quạt trước trên các động cơ thương mại xung quanh lõi, chúng tôi có thể duy trì tốc độ máy bay quen thuộc và mang lại hiệu suất tuyệt vời bằng cách đạt tỉ lệ bỏ qua lên hơn 10:1, đó là những gì chúng tôi đã đạt được trên GE9X. Động cơ này luân chuyển dòng không khí lớn gấp 10 lần xung quanh lõi và chuyển qua cánh quạt nhiều hơn là qua lõi.

GE aviation đã phát triển động cơ phản lực thương mại lớn nhất thế giới cho máy bay phản lực thân rộng thế hệ tiếp theo của Boeing, chiếc 777X. Với đường kính hơn 11 feet, toàn bộ động cơ này rộng bằng thân của một chiếc Boeing 737. Nguồn ảnh: Boeing.

GER: Vậy nên, trong tương lai, chúng ta sẽ có những động cơ lớn hơn và cánh quạt lớn hơn ?

TI: Nó không đơn giản như vậy. Lớn hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn, bởi vì bạn cũng đang thêm sức nặng và  ảnh hưởng đến máy bay. Đồng thời, máy bay cũng phải phù hợp với thiết kế lớn hơn. Bạn cần phải cất và hạ cánh được.

GER: Làm thế nào để ông tìm thấy kích thước chính xác sau đó ?

TI: Trong trường hợp này, đó là một quá trình lặp đi lặp lại trong nội bộ GE Aviation và cũng là với Boeing. Họ đang chế tạo một máy bay, chiếc 777X, chiếc máy bay có khả năng tiết kiệm 20% nhiên liệu so với dòng Boeing 777-300ER hiện tại, một trong những chiếc máy bay tốt nhất ngoài kia. Và đồng thời Boeing 777X có thể chở nhiều hành khách hơn trong cùng một khoảng cách. Chúng tôi cùng nhau tìm ra sự kết kết hợp tốt nhất của động cơ, cánh và máy bay để làm điều đó.

Khoảng một nửa nhiên liệu tiết kiệm được đến từ thiết kế của máy bay. Ví dụ, Boeing đã thiết kế cánh tổng hợp lớn với đầu cánh gập, tạo ra một sự cải tiến đáng kể về lực kéo và nâng. Phần còn lại đến từ động cơ.

GER:  Công nghệ nào đã cho phép ông làm được điều đó ?

TI: Cánh quạt là một ví dụ tuyệt vời. Bắt đầu với chiếc GE90, tất cả các động cơ lớn mới của chúng tôi đều có cánh quạt được làm từ vật liệu sợi carbon tổng hợp (carbon-fiber composite). Vật liệu composite bền, nhưng cũng nhẹ hơn titanium. Chúng tôi đã dành rất nhiều năm để làm nó nhưng cuối cùng các nỗ lực đã được đền đáp. Vật liệu này cho phép chúng tôi giảm trọng lượng của động cơ tới hằng trăm pound.

Những các cánh quạt trên GE9X cũng rất khác so với phiên bản đầu tiên của nó năm 1990. Chẳng hạn, việc sử dụng các công cụ tính toán mới cho phép chúng tôi tinh chỉnh các cánh quạt và tối ưu độ cứng và hình dạng của chúng về mặt hiệu suất. Nếu bạn thấy cánh quạt nguyên bản của GE90, nó khá thẳng và nhẹ ở gốc và đỉnh. Giờ thì chúng ta có các cánh quạt cong và nghiêng, làm chúng trông hoàn toàn khác. Chúng tôi cũng sử dụng các kỹ thuật mới để để gia cố cạnh của các cánh quạt bằng thép, thay vì titanium, giúp chúng có độ bền cao hơn. Nhờ đó, chúng tôi có thể giảm số cánh quạt từ 22 ở GE90 xuống chỉ còn 16 ở GE9X. Mặc dù chúng ta đã tiến tới các cánh quạt thế hệ thứ tư, nhưng chúng tối vẫn là nhà sản xuất động cơ duy nhất tạo ra cánh quạt bằng composite.

GER: Ông có sử dụng các bộ phần được in 3D bên trong GE9X?

TI: Đúng vậy, chúng tôi có bảy bộ phận được in 3D bên trong động cơ. Chúng tôi in các bộ phận tương đối nhỏ như cảm biến nhiệt độ, một phần của hệ thống đốt mà chúng tôi gọi là máy trộn, trộn lẫu nguyên liệu, không khí và mạch điện cho vòi phun nhiên liệu, cũng như các bộ phận lớn hơn như bộ trao đổi nhiệt, máy tách hạt, giúp ngăn bụi và các mảnh vụn trong không khí xâm nhập vào lõi, và cả cánh quạt áp xuất thấp foot-long (foot-long low-pressure turbine – LPT).

GER: GE9X có phải động cơ phản lực đầu tiền của GE sử dụng bộ phận được in 3D?

TI: Không phải, GE90 là động cơ đầu tiên sử dụng cảm biến nhiệt in 3D. Nhưng cảm biến là một phần tương đối đơn giản. Ví dụ như trao đổi nhiệt là một bộ phận phức tạp mà chúng tôi đã tạo ra từ hàng chục ống hẹp nằm lồng vào nhau. Sản xuất đắp dần (Additive manufacturing) đã cho các kỹ sư nhiệt tự do đưa ra thiết kế tốt nhất mà không phải lo lắng về chi phí sản xuất.

Cánh quạt của GE9X có đường kính hơn 11 feet – 134,5 inches. Nhưng ông Ingling cho biết rằng tiết kiệm 10% nhiên liệu so với thế hệ trước đó thật sự là đặc trưng của động cơ này. Nguồn ảnh: GE Aviation

GER: Có phải in 3D chỉ để sản xuất các bộ phận?

TI: Không phải, nó cũng giúp trong tôi trong giai đoạn thiết kế. Ví dụ, thiết kế hệ thống đốt cho động cơ phản lực theo cách truyền thống cần mất 18 tháng, và bạn phải mất chi tiền cho các công cụ để đúc các nguyên mẫu. Hãy tưởng tượng bạn cố gắng lặp đi lặp lại, học cái gì đó mới, tinh chỉnh thiết kế của bạn, thử nghiệm nó và lặp lại nó nếu phải mất vài tháng để để tạo nên công cụ của bạn. Chúng tôi nhận thấy rõ ràng sản xuất đắp dần khá hiệu quả, đặc biệt là trong giai đoạn đầu phát triển, nơi nó cho phép các nhóm thiết kế lặp lại các concept nhanh hơn.

GER: GE9X có sử dụng bất kỳ công nghệ nào mà không có trong GE90 không?

TI: Có, chúng tôi đang sử dụng các bộ phần được làm từ vật liệu nhẹ và chịu nhiệt được gọi là composite nền gốm (ceramic matrix composite – CMC). Vật liệu này rất khác với composite sợi carbon mà chúng tôi sử dụng cho cánh quạt. Nó có trọng lượng bằng 1/3 thép, nhưng nó có thể chịu được nhiệt độ, nơi hầu hết các siêu hợp kim trở nên mềm. Chúng tôi đã mất 30 năm để phát triển công nghệ tại GE Global Research, phòng thí nghiệm của công ty. Và chúng tôi đã tiên phong trong LEAP, một động cơ phản lực được phát triển bởi CFM International, một liên doanh 50-50 giữa GE Aviation và Safran Aircraft Engines. LEAP là động cơ bán chạy nhất trong lịch sử CFM, với đơn hang lên đến 220 tỷ đô. Vì chương trình đó, giờ đây chúng tôi biết cách sản xuất hàng loạt các bộ phận từ vật liệu và thiết kế các bộ phận mới tận dụng các tính chất của nó.

GER: Tại sao vật liệu lại quan trọng ?

TI: Hãy nhớ khi tôi nói với bạn về cách chúng tôi theo đuổi tỷ lệ bỏ qua lớn hơn để làm cho động cơ của chúng tôi hoạt động hiệu quả hơn ? Ceramic cho phép chúng tôi làm điều đó bằng cách làm cho lõi động cơ nhỏ hơn

GER: Thay vì làm cho quạt lớn hơn?

TI: Đúng vậy, chúng tôi muốn tỷ lệ bypass lớn nhất có thể, và chúng tôi có thể làm điều đó bằng cách thu nhỏ kích thước vật lý của lõi mà vẫn tạo ra năng lượng cần thiết để điều khiển quạt. Chúng tôi làm nó bằng cách tăng tỷ lệ áp suất bên trong lõi, cho phép chúng tôi nhận được nhiều năng lượng hơn từ một khối lượng nhỏ hơn. Nhờ vậy, chúng ta có một tỷ lệ bỏ qua tự nhiên lớn nhất mà không phải chịu lực cản và trọng lượng từ việc phát triển quạt lớn hơn. Về cơ bản, chúng tôi thu nhỏ lõi và làm cho động cơ nhỏ hơn một chút ở bên trong để quạt không phải lớn hơn.

GER: Thật là tuyệt vời, nhưng việc thu nhỏ lõi này có đòi hỏi công nghệ phức tạp ?

TI: Phải, đây là lúc cần đến các vật liệu composite nền gốm. Ép các áp lực bên trong lõi cũng làm tăng nhiệt độ. Đồ gốm có thể chịu nhiệu tới 2.400 độ F và cho phép chúng tôi tăng nhiệt độ. Chúng ta có thể biến sự gia tăng nhiệt độ này thành hiệu suất cao hơn.

GE9X đã thực hiện chuyến bay đầu tiên vào tháng 3 năm 2018. Nguồn ảnh: GE Aviation.

GER:  Tỷ lệ áp suất lớn như thế nào?

TI:  Tỷ lệ áp suất giữa điểm đầu và cuối của máy nén trong động cơ GE90 là khoảng 40:1, tức là gấp 40 lần áp suất không khí trong khí quyển. Động cơ lớn tiếp theo của chúng tôi, GE9X, cung cấp năng lượng cho nhiều máy bay Boeing 787 Dreamliners và biến thể mới nhất của máy bay phản lực khổng lồ Boeing 747, có tỷ lệ áp suất là 50:1. Nhưng Gốm cho pháp chúng tôi tăng lên 60:1 trong GE9X. Thật tuyệt vời. Nhờ vậy, động cơ GE9X không lớn hơn các động cơ khác trong gia đình GE90 quá nhiều, mặc dù nó có hiệu quả cao hơn nhiều

GER: Ông luôn cảm thấy hấp dẫn với việc chế tạo động cơ phản lực phải không ?

TI: Tôi có hứng thú với động cơ phản lực khá muộn. Tôi đến từ Michigan, nơi của những con người đam mê ô tô với những mâm đúc rỉ sét. Sau trung học, tôi làm việc như một thợ sửa ô tô, toàn thời gian và nghĩ rằng đó là nghề nghiệp của tôi. Nhưng sau một năm làm việc 60 tiếng/ tuần và nhìn bạn bè học đại học, tôi nhận ra rằng có thể đây không phải không việc lâu dài cho tôi. Bố tôi cực kỳ vui mừng khi tôi nói với ông ấy rằng tôi sẽ thử đi học đại học.

GER: Ông đã học ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ phải không ?

TI: Không, tôi nghĩ rằng trường kỹ thuật sẽ là một phương án tốt để tham gia vào ngành công nghiệp ô tô, nhưng khi tôi vừa tốt nghiệp, ngành công nghiệp ô tô đang trong giai đoạn suy thoái lớn. Tôi bắt đầu tìm kiếm một công việc, và tôi thực sự không biết GE chế tạo động cơ phản lực cho đến khi tôi thực hiện phỏng vấn với họ. Nhưng tôi đã rất nhanh chóng yêu ngành hàng không. Những công nghệ mà tôi đang làm thật tuyệt vời. Tôi không cảm thấy chán nản một phút giây nào.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN