Tham vọng 'nhanh nhất thế giới', Trung Quốc lắp cả cánh cho tàu cao tốc

Hiện Trung Quốc đang sở hữu hệ thống tàu cao tốc nhanh nhất thế giới với các đoàn tàu cao tốc có tốc độ tên tới 350km/h. Nhưng ngay cả tốc độ đó cũng chưa làm quốc gia này hài lòng, Trung Quốc muốn tàu cao tốc còn nhanh hơn nữa, hiện đại hơn nữa. Để đáp ứng kỳ vọng đó, các nhà khoa học ở Tây Nam Trung Quốc đã đưa ra giải pháp cải tiến: gắn thêm những đôi cánh lên thân tàu.

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, việc gắn 5 cặp cánh nhỏ trên mỗi toa tàu sẽ bổ sung thêm lực nâng và giảm gần 1/3 trọng lượng của đoàn tàu, giúp tăng tốc độ tối đa lên 450km/h.

Nghiên cứu này là một phần của dự án CR450 do Bắc Kinh khởi động vào đầu năm nay, nhằm phát triển thế hệ tàu cao tốc mới có thể chạy nhanh hơn gần 30%. Nếu CR450 thành công, người dân Trung Quốc sẽ chỉ mất khoảng 3 giờ để đi từ Bắc Kinh đến Thượng Hải và chỉ 5 giờ đối với quãng đường Bắc Kinh-Quảng Châu.

“Tàu cao tốc có cánh nâng là một bước đột phá đối với khái 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”, trích bài báo về tàu cao tốc có cánh đăng trên tạp chí Acta Aerodynamica Sinica.

Tàu cao tốc lắp cánh từng là ý tưởng thất bại

Dù hứa hẹn đem lại những cải thiện vượt trội về tốc độ, nhưng tàu cao tốc có cánh vẫn còn một số vấn đề nghiêm trọng cần khắc phục. Theo nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Đổi mới Động lực Chất lỏng Thành Đô, việc tăng tốc độ vận hành của đoàn tàu sẽ kéo theo tăng độ mòn của bánh xe, dẫn đến chu kỳ sửa chữa và tuổi thọ của bánh xe bị rút ngắn.

Các nhà khoa học Trung Quốc càng thận trọng hơn khi trước đó đã có tấm gương về thất bại khi hiện thực hóa ý tưởng này. Vào những năm 1980, một nhóm kỹ sư Nhật Bản cũng đề xuất lắp thêm cánh vào tàu cao tốc. Ý tưởng của họ là tạo ra một đoàn tàu được gắn các cánh giống như máy bay ở hai bên thân, họ cho ra đời một nguyên mẫu sau hai thập kỷ nghiên cứu.

Mặc dù nỗ lực ban đầu của các kỹ sư Nhật Bản đã chứng minh rằng việc thêm cánh mang lại hiệu quả khí động học, nhưng họ vẫn thất bại trong ứng dụng thực tế vì những đôi 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.

Rút kinh nghiệm từ những người đi trước, kỹ sư Zhang Jun – người đứng đầu nhóm nghiên cứu của Trung tâm Đổi mới Động lực Chất lỏng Thành Đô - đề xuất một ý tưởng cải thiện. Thay vì gắn một đôi cánh khổng lồ ở hai bên thân tàu, các nhà nghiên cứu Trung Quốc sẽ lắp đặt một loạt các cánh nhỏ hơn trên đầu tàu để tạo ra đủ lực nâng mà không có nguy cơ va phải bất cứ chướng ngại vật nào. Sự khác biệt lớn nhất giữa ý tưởng của Trung Quốc và Nhật Bản là tàu Trung Quốc sẽ hoạt động giống một tên lửa hành trình hơn là một chiếc máy bay.

Vẫn còn nhiều vấn đề kỹ thuật nan giải

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng cảnh báo rằng những đôi cánh này cần được thiết kế và lắp đặt cẩn thận.

Khi di chuyển với vận tốc 450km/h, thân tàu sẽ tạo ra luồng gió mạnh gần bề mặt nóc tàu, việc này có thể gây ra nhiễu động có hại nếu cánh được lắp đặt ở vị trí quá thấp. Không chỉ vậy, nếu một chiếc cánh được lắp quá cao so với con tàu, nó có thể bị ảnh hưởng bởi luồng gió thổi từ các cánh phía trước và tạo ra nhiều lực cản hơn lực nâng. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng phương án tối ưu là lắp các cánh có độ dài từ 1,5 - 2 m trên nóc tàu.

Nhận xét về thiết kế này, ông Chen Yu - kỹ sư nghiên cứu ở đại học Tongji tại Thượng Hải - cho biết có một số vấn đề kỹ thuật vô cùng “khó nhằn” mà các nhà nghiên cứu cần phải vượt qua để có thể chắp cánh cho tàu cao tốc.

“Đối với một nhà thiết kế tàu hỏa, bề mặt càng nhẵn càng tốt - mỗi thành phần bổ sung vào là thêm một vấn đề phát sinh”, ông Chen nói.

Kỹ sư của đại học Tongji đưa ra ví dụ cụ thể: Cánh chắc chắn sẽ làm tăng tiếng ồn trong cabin và làm phiền các hành khách. Để khắc phục nhược điểm này, nhóm nghiên cứu sẽ phải tìm ra cách để kiểm soát các luồng gió trên nóc tàu và làm giảm tiếng ồn bằng cách thêm vật liệu hoặc cấu trúc cách âm vào tàu. Tuy nhiên, biện pháp này lại làm tăng tổng trọng lượng của đoàn tàu.

Nếu dự án thành công, các chuyến tàu 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 Trung Quốc. Dự án tiến hành từ tháng 9 và dự kiến ​​sẽ hoàn thành sau 5 năm.

Theo nhóm nghiên cứu tham gia dự án CR450, đây là một nỗ lực nghiên cứu quốc gia nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong tàu cao tốc, từ điều khiển tự động, thiết kế bánh xe cho đến hệ thống lái, nâng cấp đường ray và các biện pháp an toàn.

Những người ủng hộ giải pháp gắn cánh vào tàu tin rằng đây là phương án kinh tế và khả thi hơn so với tàu đệm từ maglev với công nghệ siêu dẫn có tốc độ 600km/h. Hiện Trung Quốc đang lên kế hoạch xây dựng 2 tuyến tàu đệm từ mới tại các thành phố ở miền Đông nước này.