Công nghệ đột phá

Nghiên cứu trên của các nhà Trung Quốc là một phần của dự án do nước này khởi động vào đầu năm nay mang tên CR450, nhằm phát triển một thế hệ tàu cao tốc mới có thể di chuyển với tốc độ không kém là bao so với vận tốc của một chiếc máy bay.

Mạng lưới đường sắt cao tốc Trung Quốc vốn đã là nhanh nhất thế giới - các đoàn tàu cao tốc hiện có của nước này có thể chạy với tốc độ 350km/h. Dự án CR450 nhằm mục đích giúp các chuyến tàu chạy nhanh hơn tới 30%, có nghĩa chỉ mất khoảng 3 giờ để đi từ Bắc Kinh đến Thượng Hải hoặc chỉ 5 giờ từ Bắc Kinh đến Quảng Châu.

“Nhưng khi tốc độ vận hành tăng lên, độ mòn của bánh xe sẽ tăng lên và chắc chắn sẽ rút ngắn chu kỳ sửa chữa và tuổi thọ bánh xe”, theo một bài báo của nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Đổi mới Động lực Thành Đô, do kỹ sư Zhang Jun dẫn đầu.

“Bởi vậy tàu cao tốc có cánh nâng là một giải pháp mang tính đột phá về thiết kế khí động học tàu cao tốc, nhằm giảm tiêu thụ năng lượng tổng thể và chi phí vận hành”, trung tâm này cho biết trong bài báo đăng trên tạp chí Acta Aerodynamica Sinica hôm thứ Năm (18/11).

Ý tưởng lắp cánh cho tàu cao tốc không phải là mới - các kỹ sư Nhật Bản đưa ra đề xuất vào những năm 1980 về một đoàn tàu với các cánh giống như máy bay kéo dài từ hai bên và họ đã chế tạo một hình mẫu đoàn tầu như vậy sau 2 thập kỷ sau đó.

Dù công nghệ này đã chứng minh rằng cánh mang lại hiệu quả khí động học, nhưng nó đã thất bại trong ứng dụng thực tế vì cánh quá lớn và quá rộng để tàu có thể chạy an toàn trong không gian hạ tầng chật hẹp.

Zhang và nhóm của ông ấy đã đề xuất một điều gì đó hơi khác một chút. Thay vì đặt một đôi cánh khổng lồ ở hai bên, họ sẽ lắp một loạt các cánh nhỏ hơn ở phía trên đầu tàu để có thể tạo ra đủ lực nâng, mà không có nguy cơ va phải bất cứ vật gì.

Dự án đã được triển khai và tầu có cánh sẽ chạy sau 5 năm

Cũng theo bài báo trên, với việc di chuyển với vận tốc 450km/h, nếu lắp cánh quá thấp, thân tàu sẽ tạo ra luồng không khí tốc độ cao trên mái tầu. Còn nếu lắp cánh quá cao, nó có thể ảnh hưởng lưới điện phía trên, cũng như tạo ra nhiều lực cản hơn lực nâng. Các nhà nghiên cứu tính rằng vị trí tối ưu cho đôi cánh là ở trên mái tầu tầm từ 1,5 đến 2m.

Sự khác biệt lớn nhất giữa nghiên cứu của Trung Quốc và ý tưởng của Nhật Bản trước đây là tàu Trung Quốc sẽ hoạt động giống một tên lửa hành trình hơn là một chiếc máy bay, theo Zhang và nhóm nghiên cứu. Đây cũng là những nhà khoa học đang làm việc cho chương trình nghiên cứu quân sự của Trung Quốc, bao gồm cả việc phát triển vũ khí siêu thanh .

Chen Yu, một kỹ sư nghiên cứu của Đại học Tongji ở Thượng cho biết có một số vấn đề kỹ thuật cực kỳ khó khăn cần phải vượt qua để có thể chắp cánh cho tàu hỏa.

Chen, người đã nghiên cứu khí động học của tàu cao tốc trong đường hầm, cho biết: “Đối với một nhà thiết kế tàu hỏa, bề mặt càng nhẵn càng tốt - mỗi thành phần bổ sung là một vấn đề bổ sung”.

Ông đưa ra ví dụ là cánh sẽ làm tăng tiếng ồn trong cabin và làm giảm sự thoải mái của hành khách. Điều đó có nghĩa là các nhà khoa học và kỹ sư phải tìm ra cách để kiểm soát các luồng không khí phức tạp trên mái tầu và hấp thụ tiếng ồn gia tăng bằng các vật liệu hoặc cấu trúc cách âm.

“Nhưng điều này sau đó sẽ làm tăng tổng trọng lượng của đoàn tàu”, Chen nói.Các tàu cao tốc lấy điện từ các đường dây điện trên cao, và ông cho biết sẽ cần có các biện pháp bổ sung để giữ sự liên kiết này bởi những nhiễu loạn do mà các đôi cánh tạo ra.

Theo báo chí Trung Quốc, các chuyến tàu CR450 đầu tiên có thể sẽ hoạt động trên tuyến đường sắt mới dài 300 km (186 dặm) giữa Thành Đô và Trùng Khánh. Việc xây dựng công trình này đã bắt đầu vào tháng 9 vừa rồi và dự kiến hoàn thành sau 5 năm.