Đưa tốc độ tối đa tàu cao tốc lên 450km/h

SCMP đưa tin, nghiên cứu của nhóm nhà khoa học Trung Quốc phát hiện ra rằng, việc lắp thêm 5 cặp cánh nhỏ trên mỗi toa tàu sẽ tạo ra lực nâng bổ sung và giảm gần 1/3 trọng lượng của đoàn tàu, đưa tốc độ tối đa lên 450km/h.

Nghiên cứu này là một phần của dự án do Trung Quốc 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 nói trên.

Mạng lưới đường sắt cao tốc của Trung Quốc hiện nhanh nhất trên 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 phát triển các đoàn tàu chạy nhanh hơn gần 30%, có nghĩa là 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 mài mòn trên bánh xe sẽ tăng lên và chắc chắn sẽ rút ngắn chu kỳ sửa chữa và tuổi thọ của bánh xe” - theo một bài báo của nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Đổi mới Động lực Chất lỏng Thành Đô, do kỹ sư nghiên cứu Zhang Jun dẫn đầu.

“Tàu cao tốc có cánh nâng là một bước đột phá trong quan niệm truyền thống về thiết kế khí động học tàu cao tốc, nhằm giảm tiêu thụ năng lượng tổng thể và chi phí vận hành” - nhóm nghiên cứu cho biết trong bài báo đăng trên tạp chí Trung Quốc Acta Aerodynamica Sinica hôm 18.11. 

Ý tưởng lắp cánh trên tàu cao tốc không phải là mới - các kỹ sư Nhật Bản đã đưa ra một đề xuất vào những năm 1980 cho một đoàn tàu có cánh giống như máy bay, và chế tạo một nguyên mẫu hai thập kỷ sau đó.

Mặc dù nỗ lực ban đầu 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 hạn chế của cơ sở hạ tầng đường sắt hiện có như hàng rào an ninh và đường hầm.

Tàu có cánh hoạt động giống tên lửa hành trình

Zhang và nhóm của ông đã đề xuất phương án hơn khác. Thay vì lắp một đôi cánh khổng lồ ở hai bên, họ nói rằng một loạt các cánh nhỏ hơn trên đầu tàu có thể tạo ra lực đủ để nâng nó lên mà không có nguy cơ va phải bất cứ thứ gì. Nhưng họ cảnh báo rằng, đôi cánh sẽ cần được thiết kế và lắp đặt cẩn thận.

Di chuyển với vận tốc 450km/h, thân tàu sẽ tạo ra luồng không khí tốc độ cao gần bề mặt của nóc tàu và có thể gây nhiễu động có hại nếu cánh đặt quá thấp, theo nghiên cứu. Và nếu một chiếc cánh quá cao so với tàu, nó có thể chạy vào dòng điện do các cánh phía trước tạo ra và tạo ra nhiều lực cản hơn lực nâng. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng phạm vi tối ưu của sải cánh là từ 1,5-2m mét trên nóc.

Sự khác biệt lớn nhất với đề xuất của Nhật Bản là tàu Trung Quốc sẽ hoạt động giống tên lửa hành trình hơn là một máy bay - theo Zhang và nhóm nghiên cứu - gồm những người cũng làm việc trong 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 Đồng Tế ở Thượng Hải, người không tham gia vào nghiên cứu, 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 các hành vi khí động học của tàu cao tốc trong đường hầm gió - nói rằng, đối với một nhà thiết kế tàu hỏa, bề mặt càng nhẵn càng tốt - mỗi thành phần bổ sung là một vấn đề cần giải quyết.

Ví dụ, đôi cánh chắc chắn 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 sẽ phải tìm ra cách để kiểm soát các luồng không khí phức tạp trên nóc tàu 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.

Các tàu cao tốc lấy điện từ các đường dây điện trên cao thông qua một bảng điện tử đặt trên đầu tàu. Ông Chen cho biết, sẽ cần có các biện pháp bổ sung để giữ cho bảng điện tử tiếp xúc liên tục với các đường dây điện, bởi sẽ có nhiễu loạn do các cánh tạo ra.

Các đoàn tàu CR450 đầu tiên có thể sẽ hoạt động trên tuyến đường sắt mới dài 300km giữa Thành Đô và Trùng Khánh, hai trung tâm kinh tế lớn ở phía tây nam, theo báo chí Trung Quốc. Tuyến đường này bắt đầu được xây dựng vào tháng 9.2021 và dự kiến ​​hoàn thành sau 5 năm.

Theo các nhà nghiên cứu tham gia chương trình, CR450 là một 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 giải pháp tàu cao tốc có cánh tin rằng nó sẽ kinh tế và khả thi hơn cho việc ứng dụng quy mô lớn hơn so với một đoàn tàu đệm từ có công nghệ siêu dẫn di chuyển với tốc độ 600km/h. Hai tuyến tàu đệm từ mới đang được lên kế hoạch cho các thành phố ở miền đông Trung Quốc.