Giới thiệu dự án

Sự bùng nổ của ngành du lịch sinh thái ven biển và nhu cầu kết nối giao thông đường thủy tại các quần đảo, vịnh biển đặt ra bài toán cấp thiết về phương tiện di chuyển thế hệ mới. Theo báo cáo từ Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA) và MarketsandMarkets, thị trường phương tiện bay cất hạ cánh thẳng đứng chạy điện (eVTOL - Electric Vertical Take-Off and Landing) dự kiến đạt quy mô 30,8 tỷ USD vào năm 2030 với tốc độ tăng trưởng kép (CAGR) 21,5%. Tại Việt Nam, địa hình với hơn 3.260 km bờ biển cùng hàng nghìn danh lam thắng cảnh như Vịnh Hạ Long, Phú Quốc, Cát Bà mở ra tiềm năng thương mại khổng lồ cho các thiết bị bay cá nhân lưỡng dụng thủy - khí.

Thủy phi cơ truyền thống gặp rào cản lớn do đòi hỏi luồng lạch cất cánh dài, diện tích bến bãi rộng và khó tiếp cận vùng mặt nước đông đúc. Ngược lại, máy bay trực thăng và ca nô cao tốc sử dụng động cơ đốt trong lại gây ô nhiễm tiếng ồn nghiêm trọng (>85 dB) cùng lượng phát thải carbon cao tại các khu bảo tồn sinh thái.

Dự án TE3Airblade được nghiên cứu và phát triển tại Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội, kế thừa ý tưởng từ nguyên mẫu Lancer ePAV (Esprit Aeronautics, UK) nhằm giải quyết triệt để các hạn chế trên thông qua 4 mục tiêu kỹ thuật cốt lõi:

  1. Thiết kế tổng thể thủy phi cơ eVTOL cá nhân: Đạt tải trọng cất cánh tối đa (MTOW) $200\text{ kg}$, trần bay tác chiến dưới $1000\text{ m}$ và vận tốc hành trình $20\text{ m/s}$ ($72\text{ km/h}$).
  2. Xây dựng hệ thống động lực phân tán (Distributed Electric Propulsion - DEP): Sử dụng 4 cụm động cơ kép đồng trục quay ngược chiều (8 động cơ không chổi than) triệt tiêu hoàn toàn mô-men xoắn phản lực.
  3. Tối ưu hóa khí động học cánh bằng: Thiết kế cánh nâng phụ trợ góc đặt $10^\circ$, biên dạng NACA 0012 đảm nhận $30%$ tải trọng ($600\text{ N}$) khi bay bằng nhằm tiết kiệm năng lượng.
  4. Tích hợp kết cấu phao nổi lưỡng dụng Catamaran: Đảm bảo khả năng nổi cân bằng theo nguyên lý Archimedes và chịu va đập thủy động lực học khi tiếp nước.

Dự án áp dụng phương pháp luận thiết kế tích hợp CAD/CFD/FEA, kết hợp vật liệu hợp kim nhôm hàng không Al 7075-T6 và composite gia cường sợi carbon. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế cơ khí, khí động học, lựa chọn hệ thống lưu trữ năng lượng pin Li-Ion và mô phỏng kiểm bền tĩnh cho khung thân và cánh.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát các phương tiện di chuyển cá nhân trên mặt nước và trên không cho thấy sự phân hóa rõ rệt về hiệu suất và tính ứng dụng:

Tiêu chí kỹ thuật Thủy phi cơ Cessna 208 Amphibian Trực thăng Robinson R44 TE3Airblade eVTOL (Đồ án)
Loại năng lượng Nhiên liệu Hàng không Jet-A Xăng hàng không Avgas 100LL $100%$ Điện (Li-Ion Battery)
Cơ chế cất/hạ cánh Đường chạy thủy/bộ dài ($>500\text{ m}$) Cất/hạ cánh thẳng đứng (VTOL) Cất/hạ cánh thẳng đứng trên mặt nước (eVTOL)
Mức độ phát thải $280\text{ g CO}_2/\text{km}$ $240\text{ g CO}_2/\text{km}$ $0\text{ g CO}_2/\text{km}$ (Zero-emission)
Độ ồn hoạt động $82-88\text{ dBA}$ $85-92\text{ dBA}$ $<65\text{ dBA}$ tại khoảng cách $50\text{ m}$
Sải cánh / Khổ rộng $15.9\text{ m}$ Đường kính rotor $10.1\text{ m}$ Sải cánh $3.0\text{ m}$ (Nhỏ gọn)
Bảo trì cơ khí Hộp số turbine phức tạp Đĩa chao nghiêng, rotor đuôi Dẫn động trực tiếp (Direct Drive)

Phân tích yêu cầu người dùng theo mô hình MoSCoW:

  • Must-have: Khả năng cất hạ cánh thẳng đứng ổn định trên mặt nước; tổng lực đẩy cực đại $\ge 2160\text{ N}$; tải trọng hữu ích phi công $\ge 80\text{ kg}$; tự nổi an toàn khi ngắt động cơ.
  • Should-have: Cánh bằng giảm tải $30%$ công suất khi bay bằng; thời gian hoạt động $\ge 30\text{ phút}$; hệ số an toàn kết cấu $n \ge 1.15$.
  • Could-have: Cơ chế làm mát thụ động tế bào pin qua khe hở $5\text{ mm}$; tích hợp ghế thể thao Sparco QRT đạt chuẩn FIA.
  • Won't-have (giai đoạn 1): Hệ thống phao gập tự động; cơ chế hạ cánh đường băng mặt đất chuyên dụng; hệ thống lái tự động hoàn toàn (Full Autonomous).

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc phần cứng và công nghệ sử dụng trong dự án:

Hạng mục Thành phần lựa chọn Thông số kỹ thuật / Phiên bản Vai trò chức năng
Động cơ chính 8x KDE13218XF-105 Outrunner BLDC, $105\text{ RPM/V}$, $36\text{S}42\text{P}$ Cung cấp lực đẩy VTOL ($288.3\text{ N}$/động cơ)
Cánh quạt 8x KDE-CF355-DP Carbon Fiber Dual-Blade $35.5" \times 12.1"$ Tối ưu hóa FEA, trọng lượng $70.0\text{ g}$/lá
Bộ điều tốc ESC 8x KDE-UAS125UVC-HE $120\text{ A}$ Continuous, $58.8\text{ V}$ (16S) Điều chế xung dòng điện tải cao
Mạch điều khiển Holybro Pixhawk 4 ARM Cortex-M7 $216\text{ MHz}$, PX4 v1.14 Xử lý cảm biến IMU, phân phối lực đẩy
Khối lưu trữ điện Samsung INR21700 Cells Cấu hình $16\text{S}2\text{P} \times 8\text{ pack}$ ($256\text{ cell}$) Điện áp danh định $58.8\text{ V}$, $9.73\text{ kWh}$
Ghế phi công Sparco Pro ADV QRT Sợi thủy tinh QRT, tiêu chuẩn FIA 8855-1999 Hấp thụ xung lực, trọng lượng siêu nhẹ $4\text{ kg}$

Thiết kế mạch điều khiển phân bổ 4 kênh tín hiệu chính từ Pixhawk 4 đến 4 cặp ESC điều tốc. Mỗi cặp ESC nhận chung một lệnh điều khiển bướm ga (Throttle) và góc quay (Yaw/Pitch/Roll), đồng bộ hóa tốc độ cho hai động cơ đồng trục nhưng đảo chiều quay thông qua cấu hình thứ tự pha động cơ BLDC.

Phương pháp nghiên cứu và quy trình phát triển

Dự án áp dụng quy trình phát triển kỹ thuật hàng không chuẩn (V-Model):

  1. Giai đoạn 1 (Milestone M1): Xác định yêu cầu nhiệm vụ, tính toán lý thuyết lực nâng, lực cản và cân bằng tải trọng tĩnh.
  2. Giai đoạn 2 (Milestone M2): Thiết kế 3D CAD tham số hóa trên CATIA V5-6R2020 cho khung thân, cánh NACA 0012, dầm chịu lực và phao nổi.
  3. Giai đoạn 3 (Milestone M3): Mô phỏng động lực học chất lưu (CFD) trên ANSYS Fluent 2023 R1 kiểm tra phân bố áp suất và dòng chảy rối.
  4. Giai đoạn 4 (Milestone M4): Xuất tải trọng khí động sang ANSYS Static Structural để kiểm tra ứng suất von Mises, biến dạng đàn hồi và hệ số an toàn kết cấu.
  5. Giai đoạn 5 (Milestone M5): Tối ưu hóa kích thước dầm hộp, thiết kế liên kết bu-lông và hoàn thiện hồ sơ chế tạo mô hình thử nghiệm.

Đánh giá rủi ro kỹ thuật:

  • Rủi ro hiện tượng trôi dạt nhiệt (Thermal Runaway): Khắc phục bằng bố trí khoảng hở tản nhiệt đối lưu tự nhiên $5\text{ mm}$ giữa các cell pin.
  • Rủi ro mất cân bằng khí động do trượt dòng (Downwash): Bố trí động cơ trên cánh tay đòn chìa ra ngoài thân chính, giúp tâm lực nâng trùng tuyệt đối với trọng tâm máy bay.

Implementation và kết quả

Quy trình phát triển và tính toán kỹ thuật

   Khảo sát thông số khí quyển ISA (Độ cao h = 0 - 1000m)
   Tính toán lực nâng cánh bằng: L = 0.5 * rho * v^2 * S * C_L
   Xác định lực đẩy yêu cầu VTOL: F_total = m * (g + a) * n
   Lựa chọn cấu hình động cơ KDE13218XF-105 & Cánh quạt KDE-CF355-DP
   Mô hình hóa hình học 3D (CATIA V5) & Chia lưới thể tích

1. Tính toán khí động học cánh bằng lý thuyết

Thông số thiết kế cánh bằng: Sải cánh $b = 3\text{ m}$, tỷ số dạng $AR = 4$. Diện tích bề mặt cánh: $$S = \frac{b^2}{AR} = \frac{3^2}{4} = 2.25\text{ m}^2$$

Trần bay $h = 500\text{ m}$, vận tốc cực đại $v = 20\text{ m/s}$. Dây cung trung bình $l = \frac{b}{AR} = 0.75\text{ m}$. Kiểm tra số Reynolds trong miền vận hành: $$Re = \frac{\rho \cdot v \cdot l}{\mu} \implies 1.000.000 < Re < 2.000.000$$

Cánh bằng đảm nhận $30%$ tải trọng tối đa ($2000\text{ N}$), tương ứng lực nâng yêu cầu: $$L = 2000 \times 30% = 600\text{ N}$$ Hệ số lực nâng thiết kế: $$C_L = \frac{2L}{\rho \cdot v^2 \cdot S} = \frac{2 \times 600}{1.225 \times 20^2 \times 2.25} \approx 1.09$$ Biên dạng NACA 0012 được lựa chọn với góc đặt cánh $\alpha \approx 10^\circ$ nhằm thỏa mãn giá trị $C_L \approx 1.09$ và đặc tính đối xứng dễ gia công chế tạo.

import numpy as np

def calculate_isa_density(h_meters):
    """Tính mật độ không khí theo mô hình Tiêu chuẩn Khí quyển Quốc tế (ISA)"""
    rho_0 = 1.225       # Mật độ tại mực nước biển (kg/m3)
    T_0 = 288.15        # Nhiệt độ tại mực nước biển (K)
    L_grad = 0.0065     # Tỷ lệ giảm nhiệt độ (K/m)
    g = 9.80665         # Gia tốc trọng trường (m/s2)
    M = 0.0289644       # Khối lượng mol không khí (kg/mol)
    R = 8.3144598       # Hằng số khí lý tưởng (J/(mol*K))
    
    T = T_0 - L_grad * h_meters
    exponent = (g * M) / (R * L_grad)
    rho = rho_0 * (T / T_0) ** (exponent - 1)
    return rho

def calculate_vtol_thrust(mtow_kg, safety_factor=1.15, accel_vert=0.5):
    """Tính toán lực đẩy tối thiểu cho hệ thống 8 động cơ eVTOL"""
    g = 9.81
    total_force = mtow_kg * (g + accel_vert) * safety_factor
    force_per_motor = total_force / 8.0
    return total_force, force_per_motor

# Thực thi tính toán kiểm chứng
rho_1000m = calculate_isa_density(1000.0)
f_total, f_per_motor = calculate_vtol_thrust(200.0)

print(f"Mật độ không khí tại 1000m: {rho_1000m:.3f} kg/m3")
print(f"Tổng lực đẩy yêu cầu: {f_total:.2f} N")
print(f"Lực đẩy tối thiểu mỗi động cơ: {f_per_motor:.2f} N")

2. Tính toán động cơ và năng lượng

  • Tổng tải trọng cất cánh: $m = 200\text{ kg}$. Hệ số an toàn: $n = 1.15$.
  • Yêu cầu gia tốc cất cánh thẳng đứng: Đạt độ cao $100\text{ m}$ trong $20\text{ s}$ ($a = 0.5\text{ m/s}^2$).
  • Tổng lực đẩy yêu cầu: $$F_{\text{req}} = m \cdot (g + a) \cdot n = 200 \times (9.81 + 0.5) \times 1.15 = 2371.3\text{ N} \implies F_{\text{motor}} \ge 270\text{ N}$$

Động cơ KDE13218XF-105 kết hợp cánh $35.5" \times 12.1"$ tại điện áp $58.8\text{ V}$ ($120.3\text{ A}$) sinh ra lực đẩy cực đại $288.31\text{ N} > 270\text{ N}$, đáp ứng hoàn hảo tiêu chuẩn vận hành.

Thiết kế khối pin: Gồm 8 pack độc lập, mỗi pack gồm $16\text{S}2\text{P}$ pin Samsung INR21700 (tổng cộng 256 viên pin, khối lượng $20.48\text{ kg}$). Năng lượng khả dụng của 1 pack: $$E_{\text{pack}} = 10\text{ Ah} \times 58.8\text{ V} \times 2 \approx 1216\text{ Wh}$$ Tổng năng lượng toàn máy bay: $E_{\text{total}} = 8 \times 1216\text{ Wh} = 9.728\text{ kWh}$. Khi bay hành trình ở độ cao $<1000\text{ m}$, động cơ hoạt động ở $65-70%$ tải, cho phép thời gian bay liên tục đạt: $$t_{\text{flight}} = \frac{1216\text{ Wh}}{7074\text{ W} \times 0.65} \approx 0.514\text{ h} \approx 30.8\text{ phút}$$

3. Thiết kế kết cấu chịu lực

  • Khung thân chính: Dầm hộp chữ nhật $76 \times 76 \times 1.4\text{ mm}$ bằng Nhôm 7075-T6 ($\sigma_b = 572\text{ MPa}$, $\sigma_y = 503\text{ MPa}$, $E = 71.7\text{ GPa}$, $\rho = 2.81\text{ g/cm}^3$).
  • Dầm chính cánh bằng (Dầm số 1): Dầm chữ U kích thước $40 \times 40 \times 4\text{ mm}$ ($r = 4\text{ mm}$).
  • Cánh tay đòn gắn động cơ (Thanh số 5): Hộp vuông $60 \times 60 \times 4.5\text{ mm}$.

Thử nghiệm và kiểm chứng mô phỏng

Kết quả mô phỏng thủy khí động học (CFD) và phần tử hữu hạn (FEA) trên hệ thống phần mềm chuyên dụng:

    Ứng suất von Mises (MPa) - Mô phỏng Khung thân ANSYS FEA
    500 |                                            Giới hạn chảy: 503 MPa
        |------------------------------------------------------------------
    450 |                          * (Ứng suất tập trung lớn nhất: 451 MPa)
    400 |
    350 |
    300 |                 *
    250 |
    200 |           *
    150 |
    100 |     *
          Thân trước   Dầm cánh    Khung ghế    Khớp nối càng   Khớp cánh

  1. Mô phỏng khí động học (ANSYS Fluent):

    • Dòng khí chảy bao quanh thân máy bay ổn định ở vận tốc $20\text{ m/s}$.
    • Tại điểm tính toán hội tụ, lực nâng toàn máy bay ghi nhận $267\text{ N}$, lực cản khí động tổng cộng $145\text{ N}$. Biên dạng hình học tối ưu giúp dòng rối phía sau đuôi máy bay giảm đáng kể so với mô hình ban đầu.

  2. Kiểm bền kết cấu (ANSYS Static Structural):

    • Áp đặt tải trọng cất cánh cực đại gồm lực kéo của 8 động cơ, trọng lượng phi công, khối pin và lực nâng khí động.
    • Ứng suất tương đương von Mises cực đại đạt $451\text{ MPa}$ tại vị trí liên kết giữa càng đáp và khung thân chính.
    • Giá trị này nhỏ hơn giới hạn chảy của Nhôm Al 7075-T6 ($\sigma_y = 503\text{ MPa}$), đảm bảo hệ số an toàn kết cấu $SF = \frac{503}{451} \approx 1.12$ trong điều kiện tải xung kích khắc nghiệt nhất.
    • Chuyển vị đàn hồi lớn nhất tập trung ở phần đuôi sau và nằm trong phạm vi cho phép ($<3.5\text{ mm}$), hoàn toàn không làm biến dạng góc đặt cánh quạt động cơ.

Kết quả đạt được

Thông số mục tiêu Thiết kế ban đầu Kết quả tính toán / Mô phỏng Trạng thái đạt được
Khối lượng cất cánh tối đa (MTOW) $200\text{ kg}$ $198.5\text{ kg}$ (Bao gồm phi công $80\text{ kg}$) Đạt ($100%$)
Tổng lực đẩy 8 động cơ $\ge 2160\text{ N}$ $2306.4\text{ N}$ ($288.3\text{ N} \times 8$) Vượt chỉ tiêu ($+6.7%$)
Lực nâng phụ trợ cánh bằng $600\text{ N}$ ($30%$ MTOW) $267-600\text{ N}$ (Tùy góc tấn $\alpha = 5-10^\circ$) Đạt
Thời gian bay liên tục $\ge 25\text{ phút}$ $30.8\text{ phút}$ (Tại $65%$ công suất ga) Vượt chỉ tiêu ($+23.2%$)
Ứng suất kết cấu cực đại $< 503\text{ MPa}$ (Yield) $451\text{ MPa}$ Đạt chuẩn an toàn
Vật liệu khung thân Nhôm hàng không Al 7075-T6 kết hợp Composite Tối ưu hóa khối lượng

Đổi mới và đóng góp

- Loại bỏ hộp số phức tạp   - Giảm tải động cơ khi bay  - Nổi tự nhiên trên nước
- 100% công suất nâng       - Tăng 22% quãng đường bay  - Hấp thụ va đập tiếp nước
- Triệt tiêu phản mô-men    - Ổn định khí động học      - Chống ăn mòn muối biển

  1. Cấu hình động lực học phân tán đồng trục (Coaxial DEP): Khác với các mẫu drone truyền thống bố trí cánh quạt phẳng đơn, TE3Airblade sử dụng 4 cặp động cơ quay ngược chiều trực tiếp (Direct Drive). Đổi mới này giúp loại bỏ hoàn toàn hệ thống hộp số đổi chiều phức tạp của động cơ Turboshaft truyền thống, giảm $15%$ trọng lượng hệ thống truyền động và chuyển hóa $100%$ công suất thành lực nâng hữu ích.

  2. Cơ chế lai (Hybrid Lift) kết hợp cánh bằng NACA 0012: Khi chuyển từ trạng thái treo (Hover) sang bay bằng (Cruise), cánh bằng sải $3.0\text{ m}$ tạo ra lực nâng khí động học tự nhiên đảm nhận $30%$ trọng lượng máy bay. Nhờ đó, dòng điện tiêu thụ giảm từ $120.3\text{ A}$ xuống còn $78\text{ A}$ mỗi động cơ, giúp tăng hiệu suất sử dụng năng lượng lên $22%$ so với cấu hình Multirotor thuần túy.

  3. Tích hợp phao thủy phi cơ Catamaran gia cường: Phao nổi composite đôi chiều dài $3.0\text{ m}$, khoảng cách vệt tiếp xúc $1.0\text{ m}$ ứng dụng hình học đáy chữ V có gờ bậc (Stepped Hull). Thiết kế này giảm lực cản ma sát mặt nước khi lướt sóng, đồng thời phân tán lực xung kích khi tiếp nước khẩn cấp mà không cần đường băng chuyên dụng.

Ứng dụng thực tế và triển khai

  • Du lịch trải nghiệm cao cấp: Triển khai tại các vịnh đảo như Vịnh Hạ Long, Côn Đảo, Phú Quốc phục vụ dịch vụ bay ngắm cảnh cá nhân không phát thải, không tiếng ồn.
  • Cứu hộ cứu nạn và y tế biển đảo: Tiếp cận nhanh các vị trí nạn nhân trôi dạt trên biển hoặc vận chuyển thiết bị y tế khẩn cấp giữa các đảo nhỏ với thời gian phản ứng dưới 10 phút trong bán kính $15\text{ km}$.
  • Tuần tra giám sát tài nguyên mặt nước: Hỗ trợ các ban quản lý vườn quốc gia, khu bảo tồn biển quan sát hiện trạng rừng ngập mặn và luồng lạch.

Chiến lược triển khai trạm sạc: Thiết bị sử dụng hệ thống sạc DC tiêu chuẩn công nghiệp với nguồn cấp từ trạm phao nổi năng lượng mặt trời (Solar Floating Dock). Thời gian sạc đầy $80%$ dung lượng pin đạt $35\text{ phút}$ ở dòng sạc $2\text{C}$.

Phân tích hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit Analysis):

  • Chi phí năng lượng điện cho mỗi giờ bay: $\approx 150.000\text{ VNĐ}$ (tương đương $9.73\text{ kWh} \times 3.500\text{ VNĐ} \times 4.4\text{ chu kỳ}$).
  • So với chi phí nhiên liệu xăng máy bay của trực thăng piston (Robinson R44 tiêu tốn khoảng $55\text{ lít Avgas/giờ} \approx 3.200.000\text{ VNĐ/giờ}$), TE3Airblade giúp tiết kiệm hơn $95%$ chi phí nhiên liệu trực tiếp.

Hạn chế và hướng phát triển

- Khung nhôm Al 7075             - Làm mát bằng chất lỏng         - Cảm biến LiDAR / Sonar
- Pin 21700 khí tự nhiên         - Pin thể rắn (Solid-State)      - Tự động hạ cánh bến nổi
- Bay bằng tay phi công          - Cánh gập khí động học          - Tăng tầm bay lên 60 phút

Hạn chế kỹ thuật

  1. Cơ chế tản nhiệt thụ động: Việc sử dụng đối lưu không khí tự nhiên qua khe hở $5\text{ mm}$ có thể dẫn đến hiện tượng tích nhiệt cục bộ khi bay treo liên tục trong điều kiện nhiệt đới trên $38^\circ\text{C}$.
  2. Mật độ năng lượng pin: Cell pin Li-Ion 21700 hiện hành ($250\text{ Wh/kg}$) chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu khối lượng ($>10%$ MTOW), giới hạn thời gian bay ở mức 30 phút.
  3. Mức độ tích hợp hệ thống điều khiển: Hiện tại hệ thống sử dụng thuật toán quadrotor cơ bản trên Pixhawk 4, chưa tích hợp cảm biến đo độ cao mặt nước chuyên dụng (Sonar/LiDAR) để chống va đập sóng ngầm.

Hướng phát triển tương lai

  • Hệ thống làm mát bằng chất lỏng (Liquid Cooling): Tích hợp các tấm tản nhiệt micro-channel siêu nhẹ chạy dọc hai cực cell pin.
  • Nâng cấp cell pin thể rắn (Solid-State Battery): Tăng mật độ năng lượng lên $400\text{ Wh/kg}$, nâng thời gian bay hành trình lên $\ge 60\text{ phút}$.
  • Tự động hóa hoàn toàn: Bổ sung hệ thống định vị RTK-GPS kép và thị giác máy tính phục vụ tự động hạ cánh chính xác trên các bến nổi dập dềnh.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Hàng không, Cơ khí Động lực, Cơ điện tử: Tiếp cận tài liệu thiết kế hoàn chỉnh từ tính toán khí động học NACA, mô hình hóa CAD 3D, mô phỏng Fluent/ANSYS đến tích hợp hệ thống nhúng điều khiển bay thực tế.
  • Kỹ sư R&D Drone / eVTOL: Khai thác dữ liệu thực nghiệm về động cơ đồng trục KDE13218XF, bộ thông số dầm Al 7075-T6 và giải pháp phân phối mạch pin 16S công suất lớn.
  • Doanh nghiệp Du lịch sinh thái ven biển: Nắm bắt mô hình phương tiện xanh đột phá, xây dựng phương án kinh doanh dịch vụ ngắm cảnh đẳng cấp cao với chi phí vận hành tối ưu.
  • Nhà nghiên cứu khí động học thủy khí: Tham khảo phương pháp kết hợp lực nâng khí động học cánh bằng và lực nổi thủy tĩnh Catamaran trong bài toán chuyển tiếp chế độ bay.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu cơ sở hạ tầng để triển khai TE3Airblade là gì?

TE3Airblade chỉ cần diện tích mặt nước tĩnh hoặc bến phao nổi tối thiểu $4\text{ m} \times 4\text{ m}$ để cất hạ cánh. Về năng lượng, khu vực bến cần trang bị nguồn điện sạc công nghiệp 1 pha/3 pha hoặc trạm pin mặt trời công suất $\ge 15\text{ kW}$ kèm bộ chuyển đổi sạc DC tiêu chuẩn $58.8\text{ V}$.

2. Máy bay xử lý thế nào khi một trong 8 động cơ gặp sự cố trên không?

Nhờ cấu hình 4 cặp động cơ đồng trục quay ngược chiều độc lập, khi một động cơ bị hỏng, động cơ còn lại trên cùng trục sẽ tự động được bộ điều khiển Pixhawk 4 bù ga để duy trì lực nâng. Máy bay vẫn giữ nguyên trạng thái thăng bằng và có đủ công suất để thực hiện hạ cánh khẩn cấp an toàn xuống mặt nước.

3. Vật liệu nhôm Al 7075-T6 và chi tiết kim loại có bị ăn mòn trong môi trường biển?

Toàn bộ kết cấu khung nhôm Al 7075-T6 đều được xử lý bề mặt bằng công nghệ Anodizing cứng (Hard Anodized Oxide Layer) kết hợp sơn phủ epoxy chống ăn mòn muối biển. Các mối ghép bu-lông sử dụng thép không gỉ Inox 316 chuẩn hàng hải.

4. Tại sao đồ án không sử dụng pin Lithium-Polymer (Li-Po) để có dòng xả cao hơn?

Mặc dù pin Li-Po có dòng xả lớn và dễ định hình, nhưng giá thành sản xuất cao hơn $30-40%$, tuổi thọ chu kỳ sạc ngắn ($<300\text{ chu kỳ}$) và nguy cơ cháy nổ cao khi va chạm. Pin Li-Ion Samsung 21700 vỏ kim loại hình trụ có độ bền cơ học cao, tuổi thọ lên tới $1000\text{ chu kỳ}$ và an toàn vượt trội đối với phương tiện chở người.

5. Chi phí đầu tư chế tạo thử nghiệm mô hình TE3Airblade ước tính bao nhiêu?

Tổng chi phí linh kiện phần cứng (8 động cơ KDE, 8 ESC, cánh carbon, 256 cell pin Samsung, điều khiển Pixhawk 4, khung nhôm Al 7075 và phao composite) ước tính khoảng $280 - 350\text{ triệu VNĐ}$, chỉ bằng $1/15$ so với giá thành nhập khẩu một phương tiện bay siêu nhẹ thương mại từ nước ngoài.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế thủy phi cơ eVTOL TE3Airblade" của nhóm sinh viên Trường Cơ khí - ĐHBK Hà Nội đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật vượt trội trong việc phát triển phương tiện bay lưỡng dụng cá nhân chạy điện hoàn toàn tại Việt Nam.

Công trình mở ra giải pháp xanh, yên tĩnh và an toàn cho ngành du lịch sinh thái biển đảo, đồng thời đặt nền móng kỹ thuật vững chắc cho việc nghiên cứu và chế tạo các thiết bị bay không người lái (UAV) hạng nặng và eVTOL thương mại trong tương lai.