Theo Interesting Engineering, đường hầm gió lớn nhất thế giới mang tên Tổ hợp khí động học quy mô toàn diện cấp quốc gia (NFAC), được hoàn thành cuối thập niên 1980, nằm ở Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA tại sân bay Moffett, California. Là công trình dễ nhận biết nhất ở Ames, NFAC bao gồm nhiều ống dẫn và buồng chứa dịch chuyển không khí để mô phỏng chuyến bay của máy bay thực ở quy mô đầy đủ. NFAC có hai đường hầm thông nhau, một đường hầm khép kín 12x24 m và đường hầm mở 24x36 m, đủ lớn để chứa máy bay Boeing 737 và các thiết bị.
Ban đầu, thay vì thử nghiệm mô hình như ở các cơ sở nhỏ hơn, những đường hầm này được thiết kế để đánh giá toàn bộ máy bay dưới áp lực khí động thực tế. Không khí trong đường hầm 12x24 m và 24x36 m có thể đạt tốc độ lần lượt là 556 và 185 km/h, cung cấp phạm vi kiểm tra khí động đa dạng ở tốc độ thấp.
Khác với đường hầm thông thường dựa vào mô hình thu nhỏ, tiết diện thử nghiệm cực lớn của NFAC cho phép các nhà nghiên cứu ghi lại hiệu ứng khí động trong thực tế, bao gồm tương tác với mặt đất, hoạt động của bề mặt điều khiển và tích hợp động cơ. Nhờ đó, họ có thể nghiên cứu những thay đổi nhỏ về hiệu suất, đặc biệt trong quá trình cất cánh và hạ cánh, có thể ảnh hưởng lớn tới thành công của thiết kế.
NFAC không chỉ gây ấn tượng về kích thước mà cả ở khả năng dịch chuyển không khí chính xác. Cả hai đường hầm dùng chung hệ thống dẫn động cực mạnh có thể kiểm soát áp suất, tốc độ và độ nhiễu loạn trên khắp mặt cắt, vì vậy nhà nghiên cứu có thể tạo ra dòng khí đồng nhất ổn định rất lý tưởng cho thử nghiệm.
Trong nhiều thập kỷ hoạt động, NFAC đã tiến hành vô số thí nghiệm đa dạng như kiểm tra đặc điểm khí động của máy bay thương mại, trực thăng, thậm chí phương tiện cất hạ cánh thẳng đứng (VTOL). Các kỹ sư đã tiến hành nhiều thử nghiệm với động cơ và rotor hoạt động hết công suất bên trong đường hầm, đo độ rung, lực nâng, lực cản và đáp ứng điều khiển theo thời gian thực.
Cơ sở cũng đóng vai trò trung tâm nghiên cứu âm học khí động, trong đó nhà khoa học xem xét độ ồn tạo bởi các bộ phận máy bay, từ càng đáp đến cánh quạt. Đặc biệt, đường hầm 12x24 m trang bị vật liệu cách âm và thiết bị tiên tiến để đo tương tác giữa sóng âm và bề mặt khí động. Nghiên cứu này tác động trực tiếp tới nỗ lực chế tạo máy bay thương mại êm ái và thân thiện với môi trường hơn. NFAC còn đóng vai trò chủ chốt trong khám phá vũ trụ với đường hầm 24x36 m là một trong vài cơ sở có thể thử nghiệm dù và bộ giảm tốc kích thước thật cho những nhiệm vụ liên hành tinh, dẫn tới thành công của nhiều nhiệm vụ NASA như phóng robot tự hành và tàu đổ bộ tới Sao Hỏa.
Dù xây dựng cho máy bay, các buồng của NFAC được sử dụng để nghiên cứu khí động của turbine gió, xe tải và xe hơi, giúp cải thiện hiệu quả và giảm lực cản. Ở lĩnh vực năng lượng tái tạo, cánh quạt turbine gió cỡ lớn được đặt bên trong đường hầm để phân tích dòng khí và mô hình tiếng ồn, từ đó định hình thiết kế hiện đại.
Trong kỷ nguyên động lực học chất lưu tính toán (CFD) và bản sao kỹ thuật số, NFAC cung cấp dữ liệu thật cho những mô phỏng tiên tiến nhất. Thông qua thử nghiệm máy bay và các bộ phận kích thước thật trong điều kiện có kiểm soát, nhà nghiên cứu có thể xác nhận và hiệu chỉnh mô hình máy tính. Dù có thể mô phỏng hàng triệu điểm dữ liệu, CFD vẫn gặp khó khăn trong phân tách dòng khí phức tạp, nhiễu động và tương tác giữa nhiều bộ phận. NFAC giúp lấp đầy khoảng trống đó khi đảm bảo dữ liệu hiệu suất hỗ trợ quá trình xin giấy phép cho máy bay.
An Khang (Theo Interesting Engineering, NASA)