Tàu viên đạn có thể đạt tốc độ 450km/h nhờ lắp thêm bộ cánh trên nóc tàu, giúp tăng lực nâng và tiết kiệm chi phí.
Một nhóm nhà khoa học ở tây nam Trung Quốc đề xuất lắp cánh cho tàu viên đạn để tăng tốc độ. Theo nghiên cứu của họ, lắp 5 cặp cánh nhỏ trên mỗi toa tàu sẽ tạo thêm lực nâng và giảm 1/3 trọng lượng của tàu, nâng tốc độ tối đa lên 450 km/h. Nghiên cứu này nằm trong dự án CR450 do chính phủ lập ra vào đầu năm nay nhằm phát triển thế hệ tàu cao tốc mới có thể chạy ở tốc độ đó.
Các tàu viên đạn ở Trung Quốc hiện nay có tốc độ 350km/h. (Ảnh: Bloomberg).
Hiện nay, mạng lưới tàu cao tốc của Trung Quốc thuộc hàng nhanh nhất thế giới, trong đó tàu viên đạn có thể di chuyển ở 350km/h. Dự án CR450 hướng đến phát triển những con tàu chạy nhanh hơn gần 30%, chỉ mất 3 giờ để đi từ Bắc Kinh tới Thượng Hải, hoặc 5 giờ từ Bắc Kinh tới Quảng Châu. Nhưng do tốc độ vận hành tăng lên, độ mài mòn ở bánh xe cũng tăng theo, rút ngắn chu kỳ sửa chữa và thời hạn sử dụng của bánh xe, theo nghiên cứu của các chuyên gia ở Trung tâm Sáng kiến Thủy động lực học Thành Đô, đứng đầu là kỹ sư Zhang Jun.
"Tàu cao tốc lắp cánh nâng là một đột phá trong thiết kế khí động học tàu cao tốc nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành", nhóm nghiên cứu kết luận trong bài báo công bố hôm 18/11 trên tạp chí Acta Aerodynamica Sinica của Trung Quốc.
Ý tưởng lắp cánh cho tàu cao tốc không mới. Các kỹ sư Nhật Bản từng đưa ra đề xuất này vào thập niên 1980 với mẫu tàu có cánh giống máy bay chìa ra ở hai bên. Họ chế tạo nguyên mẫu sau đó hai thập kỷ. Dù nỗ lực ban đầu này cho thấy thiết kế mới mang lại hiệu suất khí động, giới chuyên gia không thể ứng dụng trong thực tế vì phần cánh quá lớn và rộng để tàu chạy an toàn trong không gian hạn chế của cơ sở hạ tầng đường sắt hiện nay như rào chắn an toàn và đường hầm.
Đề xuất của Zhang và cộng sự hơi khác biệt. Thay vì lắp cặp cánh khổng lồ ở hai bên, họ cho rằng một loạt cánh nhỏ ở nóc tàu sẽ sản sinh đủ lực nâng tàu mà không đi kèm nguy cơ va chạm vào bất cứ thứ gì. Nhưng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh bộ cánh cần được thiết kế và lắp đặt cẩn thận. Di chuyển ở tốc độ 450 km/h, thân tàu sẽ tạo ra dòng khí tốc độ cao gần bề mặt nóc tàu, có thể gây nhiễu loạn nếu cánh đặt quá thấp. Tuy nhiên, nếu cánh nằm quá cao so với tàu, con tàu có thể chạy vào dòng khí sản sinh bởi cánh ở mặt trước, dẫn tới lực cản lớn hơn lực nâng. Nhóm nghiên cứu ước tính độ cao tối ưu để lắp cánh là 1,5 - 2m phía trên nóc tàu.
Khác biệt lớn nhất giữa đề xuất của Trung Quốc và Nhật Bản là thiết kế tàu Trung Quốc sẽ hoạt động giống tên lửa hành trình hơn là máy bay, theo Zhang và cộng sự. Chen Yu, kỹ sư ở Đại học Đồng Tế, Thượng Hải, nhận định vẫn còn một số thách thức lớn về mặt kỹ thuật cần khắc phục khi lắp cánh trên tàu. "Đối với nhà thiết kế tàu, bề mặt càng nhẵn càng tốt. Mọi bộ phận thêm vào đều kèm theo vấn đề", Chen, chuyên gia nghiên cứu đặc điểm khí động của tàu cao tốc trong đường hầm gió, chia sẻ.
Ví dụ, phần cánh sẽ làm tăng độ ồn trong cabin và giảm sự thoải mái cho hành khách. Do đó, các nhà khoa học và kỹ sư sẽ cần tìm ra cách kiểm soát dòng khí phức tạp trên nóc tàu và hấp thụ tiếng ồn bằng vật liệu hoặc cấu trúc cách âm. Điều này sẽ góp phần làm tăng tổng trọng lượng tàu.
Tàu cao tốc lấy điện từ đường dây điện trên cao thông qua bộ cần tiếp điện nằm ở đầu tàu. Các chuyên gia sẽ cần tìm biện pháp đảm bảo bộ cần tiếp điện tiếp xúc liên tục với đường dây điện bất chấp nhiễu loạn hình thành từ bộ cánh. Những tàu CR450 đầu tiên nhiều khả năng vận hành trên tuyến đường sắt 300 km mới giữa Thành Đô và Trùng Khánh, hai trung tâm kinh tế lớn ở vùng tây nam. Quá trình xây dựng tuyến đường sắt bắt đầu hồi tháng 9/2021 và dự kiến hoàn thành trong 5 năm.
Chương trình CR450 hướng tới giải quyết vấn đề kỹ thuật từ điều khiển tự động, thiết kế bánh xe, hệ thống lái, nâng cấp đường ray và biện pháp an toàn. Các bộ phận của cánh sẽ tiết kiệm và khả thi khi ứng dụng ở quy mô lớn so với tàu đệm từ trang bị công nghệ siêu dẫn tốc độ 600km/h.