MÁY BAY THÂN CÁNH HỖN HỢP CÓ THỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ĐỔI MỚI CỦA THƯƠNG MẠI?

Tính đến ngày 5/10/2023, thiết kế của Boeing 737 gần với chuyến bay đầu tiên của anh em nhà Wright Kitty Hawk so với ngày nay. Được đóng khung bởi thực tế đó, rõ ràng để thấy hàng không thương mại có một vấn đề đổi mới.

Thiết kế ống và cánh đã phục vụ tốt cho ngành hàng không; Nó là hình dạng được công nhận rộng rãi của một chiếc máy bay. Nhưng thiết kế, mặc dù có một loạt các cập nhật kể từ khi thành lập như vật liệu composite và cánh nhỏ, không hiệu quả. Theo IATA, ngành hàng không toàn cầu sẽ chi khoảng 215 tỷ USD cho nhiên liệu trong năm nay. Con số này chiếm 30% tổng chi phí hoạt động và cao hơn 40 tỷ USD so với giá trị của tất cả các chuyến giao máy bay thương mại vào năm 2023.

Giá như có một thiết kế khung máy bay có thể giải quyết vấn đề hiệu quả này? Những người sáng lập JetZero Mark Page và Tom O’Leary chắc chắn rằng họ có câu trả lời. Bước vào thân cánh pha trộn, lần đầu tiên ra mắt tại sự kiện Revolution.Aero khai mạc của chúng tôi vào năm 2018.

Nguồn gốc thiết kế

Thiết kế thân cánh pha trộn (BWB) của JetZero được xây dựng dựa trên nhiều thập kỷ làm việc bắt đầu bởi McDonnell Douglas và NASA vào đầu những năm 90 và tiếp tục bởi Boeing, đỉnh cao là trình diễn X-48. Bombardier cũng có một chương trình BWB được gọi là EcoJet và Airbus có khái niệm cánh pha trộn trong các kế hoạch ZEROe của mình.

Thiết kế làm những gì nó nói trên thiếc. Nó có một khung máy bay cánh pha trộn duy nhất với hai động cơ gắn phía sau. Theo định nghĩa của NASA, một cánh cấu hình pha trộn được đặc trưng bởi “một thiết kế máy bay tổng thể cung cấp sự khác biệt tối thiểu giữa cánh và thân máy bay, thân và đuôi”. Trớ trêu thay, Page là một kỹ sư thiết kế đuôi bằng thương mại. BWB gần giống như một cánh bay nhưng tập trung nhiều thể tích hơn ở phần trung tâm của máy bay. Thử nghiệm và phân tích được thực hiện bởi JetZero cho thấy cấu hình thiết kế này cung cấp mức đốt cháy nhiên liệu thấp hơn 50% bằng cách sử dụng động cơ ngày nay so với ống và cánh thân rộng nhờ tăng lực nâng và lực cản giảm đáng kể. Khái niệm này cũng có thể vận chuyển tới 250 hành khách, tương đương với sức chứa của máy bay phản lực thân rộng như Boeing 767.

Thiết kế BWB cũng nên có chi phí bảo trì thấp hơn theo thời gian. Không có động cơ gắn dưới cánh làm cho chúng ít bị hư hỏng hơn, cũng không có bộ ổn định dọc làm cho bề mặt điều khiển khiêm tốn hơn. Tất cả điều đó dẫn đến ít bộ phận phức tạp hơn và do đó hóa đơn bảo trì rẻ hơn về lâu dài.

Nhưng với ba thập kỷ nghiên cứu và thử nghiệm – thậm chí là máy bay X của NASA (X-48) – tại sao cấu hình BWB không gây bão hàng không thương mại, đặc biệt là phân khúc thị trường tầm trung? Có một vài giả thuyết. Một là McDonnell Douglas và sau đó là Boeing không muốn tự bắn vào chân mình bằng cách tạo ra sự cạnh tranh với các dòng sản phẩm hiện có khác. Tuần trước, Airbus đã làm điều tương tự với hydro. Công ty cho biết họ vẫn đang nghiên cứu xem họ sẽ ra mắt máy bay chạy bằng hydro trong lĩnh vực nào, nhưng sẽ bắt đầu nhỏ và tránh cạnh tranh với các mẫu máy bay khác. Một sự khác biệt so với mục tiêu trước đó vào năm 2035 trong phân khúc thân hẹp.

Lý thuyết thứ hai và có khả năng hơn là thời gian. Từ góc độ phát triển công nghệ, ngành công nghiệp chưa bao giờ được đặt tốt hơn để đưa máy bay BWB vào dịch vụ thương mại.

“Chúng tôi đang xây dựng dựa trên rất nhiều công việc để bắt đầu liên doanh này,” Tom O’Leary, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập nói với chúng tôi. “Đã có hơn 1 tỷ đô la chi cho nghiên cứu, thiết kế và thử nghiệm X-48 và các công nghệ hỗ trợ quan trọng giúp tạo ra một thân cánh pha trộn. Sự nghiệp của tôi đã trải dài trên eBay, Tesla và BETA Technologies. Từ quan điểm đó: ‘Khi nào bạn có cơ hội làm một công ty khởi nghiệp mà NASA đã chi 1 tỷ đô la để nghiên cứu và chứng minh công nghệ trong suốt nhiều thập kỷ?’. Rất hiếm khi.

Trên hết, bao lâu thì cơ hội thành lập một công ty khởi nghiệp có thể tham gia vào một thị trường trưởng thành, nơi trong bất kỳ phân khúc cụ thể nào có nhu cầu cao và nguồn cung bằng không? “Đó là những gì chúng tôi tìm thấy trong khoảng cách giữa lối đi đơn và lối đi đôi,” O’Leary nói. “Chúng tôi có khoảng cách giữa thị trường mà công ty chúng tôi có thể giải quyết bằng nguồn cung. Đó là kinh tế 101, thật tuyệt vời”.

Kết thúc trường hợp kinh doanh

Các công ty khởi nghiệp là về sự phù hợp với thị trường sản phẩm và khái niệm máy bay của JetZero đáp ứng nhiều nhu cầu hàng không thương mại từ giảm lượng khí thải carbon và đốt cháy nhiên liệu đến giải quyết trải nghiệm của hành khách và tăng lợi nhuận của nhà khai thác, O’Leary nói. “Cấu hình khung máy bay dạng ống và cánh đã phục vụ chúng tôi cực kỳ tốt về độ an toàn và độ tin cậy của nó. Nó đã đặt ra các tiêu chuẩn mà chúng ta phải đáp ứng và vượt quá. Nhưng có tất cả những nhu cầu khác mà tương lai của ngành hàng không đòi hỏi – một con đường dẫn đến không phát thải, động cơ đẩy và khung máy bay có thể hỗ trợ các công nghệ tương lai này theo cách tốt nhất, hiệu quả nhất.

“Có rất nhiều lợi ích được nhận ra từ việc giải quyết ba lực khác của chuyến bay: nâng, trọng lượng và lực cản. Tất cả đều được giải quyết hài hòa với khung máy bay BWB. Đó là nơi chúng tôi có thể giảm 50% lượng nhiên liệu đốt cháy và khí thải”, O’Leary nói.

Những cắt giảm đó là chìa khóa cho cách JetZero kết thúc trường hợp kinh doanh của mình. “Nhiên liệu là một chi phí rất lớn. Các hãng hàng không đốt nhiên liệu máy bay hàng tỷ gallon mỗi năm. Các hãng hàng không hàng đầu ở Mỹ đốt cháy khoảng bốn tỷ gallon nhiên liệu máy bay mỗi năm. Mọi người thường hỏi chúng tôi trường hợp kinh doanh sẽ đóng cửa như thế nào. Chà, hãy nhìn vào mức đốt cháy nhiên liệu đó, đó là cách.

“Từ quan điểm của chúng tôi, chúng tôi phải thực hiện từng bước một. Đầu tiên là trình diễn và chúng tôi sẽ kết thúc phần đó của trường hợp kinh doanh thông qua công việc của chúng tôi với các đối tác Northrop Grumman và Scaled Composites. Họ ở bên chúng tôi vì không quân Mỹ đã đến và nói rằng chúng tôi muốn người biểu tình này”, O’Leary nói.

Tài trợ

Không quân Hoa Kỳ, thông qua Đơn vị Đổi mới Quốc phòng, đã công bố tài trợ cho JetZero vào tháng Tám năm ngoái. Theo các điều khoản của giải thưởng, JetZero sẽ nhận được 235 triệu đô la trong bốn năm và khi các mục tiêu nhất định được đáp ứng, dẫn đến chuyến bay đầu tiên của một cuộc biểu tình quy mô đầy đủ vào quý đầu tiên của năm 2027. “Cấu trúc của hợp đồng DoD là quan hệ đối tác công-tư, vì vậy chúng tôi mở khóa các khoản tiền được phân bổ đó khi chúng tôi khớp với đô la và cho thấy tiến bộ kỹ thuật của chúng tôi,” O’Leary nói. Giải thưởng DoD, cùng với tài trợ Series A bao gồm vốn từ DiamondStream Partners, nâng tổng số tiền huy động lên gần 70 triệu đô la. (Công ty cũng đang hướng tới Series B).

Dave Spurlock, MD tại DiamondStream nói với chúng tôi: “Ngồi giữa một chiếc Boeing 767 và Airbus A321 hoặc Boeing Max 900, BWB vượt qua đỉnh của thị trường máy bay thân hẹp, nhưng nó cũng cạnh tranh với kết thúc ngắn hơn của thị trường máy bay thân rộng. Bạn có thể lái máy bay 5.000nm sẽ dễ dàng đưa bạn qua Đại Tây Dương, bất cứ nơi nào ở Nam Mỹ và từ một số nơi nhất định ở Mỹ sẽ đưa bạn vào châu Á. Nó là một công nghệ thống trị thực sự nơi hầu hết các chuyến du lịch diễn ra. Những gì bạn có là tải trọng thân rộng và phạm vi hoạt động với động cơ thân hẹp.”

Khi tất cả các yếu tố đó được kết hợp với nhau, có tiềm năng để xây dựng một công ty có vốn hóa thị trường rất đáng kể, Spurlock nói. So sánh điều đó với các công nghệ đột phá khác đang được phát triển như máy bay cất cánh hoặc hạ cánh thẳng đứng bằng điện (eVTOL), nơi có rất ít hoặc không có thị trường người dùng cuối ngay bây giờ. “Chi phí vốn cho mỗi dặm ghế là rất cao, nó sẽ tốn kém hơn so với lái xe xung quanh trong một chiếc xe hơi, nhưng ít hơn một chiếc trực thăng. Sau đó, bạn hãy nhìn vào thị trường BWB, nơi hoàn toàn không có rủi ro thị trường. Nếu bạn có thể xây dựng một công nghệ với mức đốt cháy nhiên liệu và khí thải ít hơn 50%, đó không phải là một thị trường tỷ đô la – đó là thị trường trong hàng chục tỷ. Điều đó chỉ làm cho nó trở thành một thỏa thuận rất hấp dẫn.

“Chúng tôi hiểu tại sao và làm thế nào các hãng hàng không lớn đưa ra quyết định về máy bay từ quan điểm của người trong cuộc. Chúng tôi ở đây để giúp JetZero hiểu được những động lực đó – thực tế của thị trường hàng không thương mại”.

Nó thực sự phụ thuộc vào những gì thúc đẩy khách hàng của bạn. Nhưng điều đó không phải lúc nào cũng dễ thực hiện và thậm chí có thể quay trở lại với các quyết định thiết kế, Spurlock nói. “Có những sự đánh đổi mà các nhà thiết kế máy bay phải thực hiện hàng thập kỷ trước khi máy bay cất cánh. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng nhà thiết kế có một sự hiểu biết đầy đủ về ý nghĩa thương mại của bất kỳ sự đánh đổi nào.

“Thiết kế một chiếc máy bay cũng giống như đưa ra quyết định đánh đổi.”

Đưa một chiếc máy bay thương mại ra thị trường không phải là điều dễ dàng. Nó tốn một số tiền rất lớn, mất nhiều thời gian và có rất nhiều rủi ro thực hiện như Trung Quốc và Nga đã phát hiện ra. Nhưng đó là nơi mà “kinh nghiệm sâu sắc” của đội ngũ tại JetZero mang lại cho Spurlock sự tự tin. Đội ngũ lãnh đạo của công ty bao gồm (nhưng không giới hạn): Tiến sĩ Robert Liebeck và Blaine Rawdon, người đã tham gia cùng Page trong các cuộc điều tra đầu tiên của NASA về khái niệm BWB vào những năm 90; Tiến sĩ Ilan Kroo, người sáng lập ZeeAero hiện được gọi là Wisk; Ron Kawai, người đã làm việc trong chương trình máy bay hạt nhân của Douglas Aircraft và là một nhà lãnh đạo được công nhận trong động cơ hydro; Bethany Davis, cựu giám đốc Đổi mới Chuyến bay tại Gulfstream; và Tiến sĩ John Vassberg, cựu giám đốc khí động học tại Boeing’s Phantom Works. Chưa kể đến bản thân Page, người đã dẫn đầu về thiết kế máy bay trong nhiều thập kỷ – công việc của ông bao gồm Cirrus Vision Jet và Alia của BETA Technologies.

Con đường dẫn đến hydro

Dù suy nghĩ của bạn là gì về tiềm năng của động cơ đẩy hydro và JetZero sẽ là một trong những người đầu tiên nói rằng có rất nhiều công việc cần thiết, máy bay BWB của công ty – với tất cả công suất thể tích bổ sung so với ống và cánh – sẽ sẵn sàng thực hiện chuyển đổi nếu nó có sẵn. Như JetZero đã nói: “Một khung máy bay cánh pha trộn cực kỳ hiệu quả là bất khả tri đối với các giải pháp động cơ đẩy trong tương lai và sẽ giảm chi phí sở hữu”.

O’Leary giải thích: “Rất nhiều nghiên cứu đang chỉ ra hydro như một tương lai không thể tránh khỏi trong ngành hàng không. Rõ ràng có rất nhiều điều để chứng minh ở đó về mức độ trưởng thành của công nghệ, nhưng đốt cháy hydro là một trong những điều chúng tôi rất quan tâm. Khung máy bay BWB phù hợp tự nhiên hơn với những hạn chế của hydro, đặc biệt là về lưu trữ.

“Khả năng cung cấp một chiếc máy bay không phát thải thực sự là một tương lai mà tôi nghĩ tất cả chúng ta đều có thể khao khát và đi sau. Vẻ đẹp của khung máy bay này là nó cho phép chúng tôi đưa ra thị trường ngay lập tức bằng cách sử dụng các động cơ hiện có và giảm giá 50%”.

Lộ trình để JetZero đi vào hoạt động vào năm 2030 được đặt ra rõ ràng, với giai đoạn đầu tiên là chuyến bay trình diễn quy mô đầy đủ vào năm 2027. Nếu nhóm nghiên cứu đạt được mục tiêu đưa vào kế hoạch hoạt động, sẽ là 66 năm kể từ khi các nhà thiết kế Boeing lần đầu tiên đặt bút lên giấy trên 737 và 127 năm kể từ chuyến bay đầu tiên của anh em nhà Wright.