Trong ngành hàng không, thử nghiệm độ mỏi đóng vai trò then chốt để đảm bảo máy bay phản lực có thể vận hành an toàn và hiệu quả trong suốt vòng đời, đặc biệt khi phải đối mặt với những điều kiện khai thác khắc nghiệt.
Các kỹ sư sử dụng thử nghiệm độ mỏi để đánh giá khả năng chịu đựng của máy bay trước áp lực trong thực tế, mô phỏng hàng chục năm sử dụng liên tục. Bằng cách lặp đi lặp lại các chu kỳ áp lực mô phỏng quá trình cất cánh, hạ cánh và nhiễu động, họ có thể quan sát cách kim loại, vật liệu composite và các thành phần khác mất dần độ cứng, hình thành vết nứt nhỏ hoặc thậm chí gãy vỡ. Dữ liệu thu thập được không chỉ giúp xác định các điểm yếu tiềm ẩn mà còn cho phép tinh chỉnh thiết kế, dự đoán thời gian bảo dưỡng và đảm bảo cấu trúc máy bay đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt.
Để thực hiện thử nghiệm này, khung máy bay được gắn vào một hệ thống giàn đồ sộ, mô phỏng các chuyển động của hàng nghìn chuyến bay. Các bộ truyền động thủy lực nâng cánh máy bay lên cao, máy nén tái tạo chu kỳ áp suất cabin, và các cảm biến ghi lại ngay cả những vết nứt nhỏ nhất mà mắt thường không thể phát hiện. Quá trình này cho phép các nhà khoa học xem xét kết cấu máy bay thay đổi và phản ứng như thế nào theo thời gian.
Boeing, một trong những nhà sản xuất máy bay hàng đầu thế giới, đã tiên phong trong lĩnh vực thử nghiệm độ mỏi. Vào những năm 1950, khi 707 trở thành máy bay phản lực chở khách đầu tiên của hãng có thân máy bay điều áp hoàn toàn, Boeing đã xây dựng một giàn thử nghiệm điều áp đặc biệt để chứng minh độ an toàn. Giàn thử nghiệm này sử dụng các tấm cong lớn, được cắt và đục lỗ để nghiên cứu cách vết nứt lan rộng dưới áp lực. Những tinh chỉnh về độ dày lớp vỏ, dải chống rách và thanh chống trượt đã giúp tạo ra một kết cấu máy bay nhẹ hơn nhưng vẫn có khả năng chịu được hư hại đáng kể.
Các thử nghiệm độ mỏi toàn thân máy bay sau này đã giúp phát hiện ra hiện tượng hư hại đa điểm (MSD), trong đó các vết nứt nhỏ hình thành xung quanh đinh tán và mối ghép có thể liên kết với nhau. Boeing đã giải quyết vấn đề này bằng cách cải tiến thiết kế trên các dòng máy bay 707, 727, 747, 757 và 767. Đến khi mẫu 787 Dreamliner ra đời vào những năm 2000, giàn thử nghiệm độ mỏi của Boeing đã đạt đến trình độ tiên tiến, có khả năng mô phỏng tới ba vòng đời bay.
Cục Quản lý Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) yêu cầu các nhà sản xuất chứng minh rằng máy bay của họ có thể hoạt động trong suốt vòng đời dự kiến mà không gặp sự cố. Để đáp ứng yêu cầu này, Boeing tiến hành các thử nghiệm độ mỏi quy mô lớn trên các khung máy bay chuyên dụng. Phòng thí nghiệm hệ thống của Boeing có thể mô phỏng 45 năm bay chỉ trong vòng 5 tuần, cho phép các kỹ sư “lão hóa ảo” máy bay để dự đoán cách phần mềm, hệ thống nhiên liệu và hệ thống điều khiển phản ứng sau nhiều thập kỷ sử dụng trong các điều kiện thời tiết khác nhau.
Trong một ví dụ điển hình, Boeing đã tiến hành một trong những cuộc thử nghiệm khắc nghiệt nhất trên máy bay thương mại với mẫu 787 từ năm 2010 đến năm 2015. Khung máy bay được gắn trên một giàn thử nghiệm nặng hơn 544.000 kg, và phần cánh, thân và đuôi bị kéo giật, xoắn vặn và đè nén hàng nghìn lần bởi kích thủy lực để mô phỏng 165.000 chuyến bay, gấp khoảng 3,75 lần tuổi thọ dự kiến của máy bay. Các cảm biến ghi lại hàng nghìn điểm dữ liệu mỗi giây, trong khi các kỹ sư quan sát các vết nứt, bong tróc và các dấu hiệu mỏi kết cấu.
Kết quả của các thử nghiệm độ mỏi có ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn vật liệu, lập kế hoạch kiểm tra dài hạn và xác định tuổi thọ trung bình của máy bay chở khách. Thông qua việc dự đoán và ngăn ngừa các nguy cơ tiềm ẩn, các nhà sản xuất như Boeing có thể đảm bảo rằng máy bay của họ hoạt động an toàn và bền bỉ hơn.
Từ những thử nghiệm ban đầu trên nguyên mẫu Boeing 707 vào năm 1955 đến các máy bay chở khách hiện đại, thử nghiệm độ mỏi kết cấu đã có những bước tiến vượt bậc. Thay vì chỉ phản ứng sau khi vết nứt xuất hiện, các kỹ sư ngày nay có thể dự đoán trước các vấn đề thông qua phân tích dữ liệu và sử dụng vật liệu thông minh, góp phần nâng cao sự an toàn và độ tin cậy của ngành hàng không.
Admin
Nguồn: VnExpress
