'Chắp cánh' cho tàu cao tốc - Cuộc đua đường sắt siêu tốc của Trung Quốc

Các đoàn tàu cao tốc hiện có của Trung Quốc có thể chạy với tốc độ 350km/h. Ảnh: xinhuanet.com

Nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học ở phía tây nam Trung Quốc phát hiện ra rằng việc lắp thêm 5 đôi cánh nhỏ trên mỗi toa tàu sẽ tạo thêm lực nâng và giảm gần 1/3 trọng lượng của đoàn tàu. Theo đó, đoàn tàu có thể di chuyển với vận tốc tối đa lên tới 450km/h.

Nghiên cứu này là một phần của dự án CR450, do Bắc Kinh khởi động vào đầu năm nay, nhằm phát triển một thế hệ tàu cao tốc mới có thể di chuyển với tốc độ nhanh hơn.

Trung Quốc hiện sở hữu hệ thống tàu cao tốc nhanh nhất thế giới. Các đoàn tàu cao tốc của nước này có thể chạy với tốc độ 350km/h. Dự án CR450 nhằm mục đích giúp các chuyến tàu chạy nhanh hơn gần 30%, có nghĩa là quãng đường từ Bắc Kinh đến Thượng Hải chỉ mất khoảng 3 giờ và chỉ mất 5 giờ để di chuyển từ Bắc Kinh đến Quảng Châu.

Tuy nhiên, theo một nghiên cứu từ Trung tâm Đổi mới Động lực Chất lỏng Thành Đô, do kỹ sư nghiên cứu Zhang Jun dẫn đầu, "khi tốc độ vận hành tăng lên, độ mài mòn trên bánh xe cũng sẽ tăng lên. Điều này sẽ rút ngắn chu kỳ sửa chữa và tuổi thọ của bánh xe". Ông Zhang và nhóm nghiên cứu đều làm việc trong chương trình nghiên cứu quân sự của Trung Quốc, bao gồm cả phát triển vũ khí siêu thanh.

'Tàu cao tốc có cánh nâng là bước đột phá trong quan niệm truyền thống về thiết kế khí động học tàu cao tốc, nhằm giảm tiêu hao năng lượng tổng thể và chi phí vận hành', các nhà nghiên cứu cho biết trong bài báo đăng trên tạp chí Trung Quốc Acta Aerodynamica Sinica.

Ý tưởng lắp cánh cho tàu cao tốc không phải là mới. Trước đây, các kỹ sư Nhật Bản đã đưa ra đề xuất này vào những năm 1980 cho một đoàn tàu với các cánh giống như máy bay mở rộng từ hai bên. Sau đó, họ đã chế tạo một nguyên mẫu vào hai thập kỷ sau đó.

Song dù nỗ lực ban đầu này đã chứng minh rằng việc lắp cánh cho tàu cao tốc sẽ mang lại hiệu quả khí động học cao, ý tưởng này đã thất bại khi ứng dụng vào thực tế do cánh quá lớn và quá rộng, ảnh hưởng đến độ an toàn của tàu cao tốc khi chạy trong các không gian hẹp như hàng rào an ninh hay đường hầm.

Ý tưởng của các chuyên gia Trung Quốc có một chút khác biệt. Thay vì lắp một đôi cánh có kích thước lớn ở hai bên thân tàu, các nhà khoa học đề xuất lắp cánh ở phía trên nóc tàu và có kích thước nhỏ hơn, đủ tạo ra lực nâng mà không có nguy cơ va chạm. Mặc dù vậy, họ cũng thừa nhận việc thiết kế và lắp đặt đôi cánh phải hết sức cẩn thận.

Khi di chuyển với vận tốc 450km/h, đoàn tàu sẽ tạo ra luồng gió mạnh gần bề mặt của nóc tàu, có thể gây ra nhiễu động có hại nếu cánh được lắp quá thấp.

Trong khi đó, nếu đôi cánh được lắp quá cao so với tàu , nó có thể bị cuốn vào luồng gió do các cánh phía trước tạo ra và tạo nhiều lực cản hơn lực nâng. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng phạm vi tối ưu là lắp cánh rộng khoảng 1,5 đến 2 mét trên nóc tàu.

Sự khác biệt lớn nhất giữa ý tưởng của Trung Quốc với đề xuất của Nhật Bản là tàu Trung Quốc sẽ hoạt động giống tên lửa hành trình hơn là một máy bay.

Chen Yu, kỹ sư nghiên cứu tại Đại học Tongji ở Thượng Hải, cho biết có một số vấn đề kỹ thuật vô cùng khó khăn cần phải vượt qua để có thể lắp cánh cho tàu hỏa. Chẳng hạn, việc lắp thêm cánh chắc chắn sẽ làm tăng tiếng ồn trong khoang tàu và làm giảm sự thoải mái của hành khách. Điều đó có nghĩa là các nhà khoa học và kỹ sư sẽ phải tìm ra giải pháp để kiểm soát các luồng gió phức tạp trên nóc tàu và giảm tiếng ồn bằng các vật liệu hoặc cấu trúc cách âm. Tuy nhiên, điều này sau đó sẽ làm tăng tổng trọng lượng của đoàn tàu.

Theo truyền thông Trung Quốc, các đoàn tàu cao tốc CR450 đầu tiên có thể sẽ hoạt động trên tuyến đường sắt mới dài 300 km giữa Thành Đô và Trùng Khánh, hai trung tâm kinh tế lớn ở phía tây nam nước này. Việc chế tạo tàu đã bắt đầu từ tháng 9 và dự kiến hoàn thành sau 5 năm.

Theo các nhà nghiên cứu, dự án CR450 là nỗ lực nghiên cứu trên toàn quốc nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật, từ điều khiển tự động và thiết kế bánh xe đến hệ thống lái, nâng cấp đường ray và các biện pháp an toàn.

Những người ủng hộ ý tưởng lắp thêm cánh cho tàu cao tốc tin rằng dự án sẽ tiết kiệm chi phí và khả thi hơn trong việc ứng dụng vào quy mô lớn so với tàu đệm từ với công nghệ siêu dẫn di chuyển với tốc độ 600km/h.

Theo Tạp chí Điện tử