Các nhà khoa học Trung Quốc đề xuất lắp cánh cho tàu cao tốc

Nhóm nhà khoa học nói trên phát hiện điều lắp thêm 5 cặp cánh nhỏ cho mỗi toa sẽ tạo ra lực nâng bổ sung và giảm gần 1/3 trọng lượng đoàn tàu, khiến vận tốc tối đa tăng lên 450 km/giờ. Nghiên cứu này nằm trong dự án mang tên CR450 khởi động vào đầu năm 2021, nhằm phát triển thế hệ tàu cao tốc mới.

Tàu cao tốc Trung Quốc hiện nay có thể chạy với vận tốc 350 km/giờ. Dự án CR450 muốn tàu chạy nhanh hơn gần 30%, nghĩa là chỉ mất 3 tiếng đi từ Bắc Kinh đến Thượng Hải, 5 tiếng đi từ Bắc Kinh đến Quảng Châu.

Nhóm nhà khoa học CFDIC do kỹ sư Trương Tuấn dẫn đầu chỉ ra rằng khi vận tốc tăng, mức độ mài mòn bánh xe cũng tăng theo làm rút ngắn chu kỳ sửa chữa lẫn tuổi thọ bánh. Vì vậy họ đề xuất lắp thêm cánh cho tàu.

“Tàu cao tốc có cánh nâng là bước đột phá quan trọng trong thiết kế khí động học tàu cao tốc truyền thống, giúp giảm tiêu thụ năng lượng tổng thể và chi phí vận hành”, theo nhóm nhà khoa học CFDIC.

Ý tưởng trên không mới. Các kỹ sư Nhật vào những năm 1980 từng đưa ra thiết kế tàu sở hữu cánh như cánh máy bay mở từ hai bên, và 2 thập niên sau một nguyên mẫu đã ra đời.

Nỗ lực từ các kỹ sư Nhật chứng minh được bộ phận cánh phát huy tác dụng về khí động học, nhưng trong thực tế đôi cánh quá lớn và quá rộng khiến tàu không thể chạy an toàn ở không gian hẹp như hàng rào an toàn hay đường hầm.

Nhóm nhà khoa học CFDIC đề xuất thay vì 1 đôi cánh lớn ở hai bên, có thể lắp loạt cánh nhỏ hơn ở phía trên của tàu, vừa đảm bảo tạo đủ lực nâng vừa giảm nguy cơ va chạm.

Tuy nhiên họ lưu ý cánh phải được thiết kế và lắp đặt cẩn thận, vì tàu di chuyển với vận tốc 450 km/giờ sẽ tạo ra luồng không khí tốc độ cao ngay phía trên tàu, gây nhiễu loạn nếu cánh đặt quá thấp. Còn nếu đặt quá cao, các luồng không khí do nhiều cánh tạo ra sẽ xung đột làm sản sinh lực cản nhiều hơn lực nâng. Nhóm nhà khoa học CFDIC xác định khoảng cách tối ưu giữa cánh với phần trên tàu là 1,5 - 2 mét.

Chuyên gia Trần Vũ thuộc Đại học Đồng Tế (không tham gia nghiên cứu trên) lưu ý: “Với tàu cao tốc, bề mặt càng trơn tru càng hoạt động tốt. Bổ sung một thành phần là làm nảy sinh một vấn đề”.

Ông chỉ ra rằng cánh chắc chắn làm tăng tiếng ồn trong cabin khiến hành khách thấy khó chịu. Vậy là đội ngũ khoa học cùng kỹ sư phải tìm cách kiểm soát luồng không khí phức tạp ở phía trên tàu và dùng vật liệu/cấu trúc cách âm triệt tiêu tiếng ồn. Nhưng như vậy thì tổng trọng lượng tàu lại tăng thêm.

Bảng điện tử phụ trách dẫn điện cho tàu thường nằm phía trên, vì vậy vấn đề bảo vệ bảng điện tử khỏi nhiễu loạn do cánh gây ra cần được xem xét.

Truyền thông Trung Quốc cho biết tàu được phát triển bởi dự án CR450 có thể sẽ hoạt động trên tuyến đường sắt mới dài 300km giữa Thành Đô và Trùng Khánh. Hoạt động xây dựng bắt đầu vào tháng 9, dự kiến hoàn thành vào năm 2026.

Những người ủng hộ tàu cao tốc lắp cánh tin rằng đây là thiết kế khả thi và tiết kiệm chi phí hơn tàu đệm từ với tốc độ 600 km/giờ mà Trung Quốc định triển khai ở vài thành phố phía đông nước này.

Tàu đệm từ dùng lực từ cực mạnh để nhấc toàn bộ toa tàu lên không trung, cách đường dẫn bên dưới khoảng vài xăng ti mét. Hệ thống nam châm được bố trí dọc theo đường dẫn liên tục đổi cực âm dương đẩy tàu đi về phía trước.