Lắp cánh cho tàu cao tốc – Tham vọng thống trị cuộc đua đường sắt cao tốc của Trung Quốc
Một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã đề xuất ý tưởng lắp thêm cánh cho những toa tàu nhằm phát triển một thế hệ tàu cao tốc nhanh hơn.
Các đoàn tàu cao tốc hiện có của Trung Quốc có thể chạy với tốc độ 350km/h. Ảnh: Bloomberg
Theo báo Bưu điện Hoa Nam buổi sáng, nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học ở phía tây nam Trung Quốc phát hiện ra rằng việc lắp thêm 5 đôi cánh nhỏ trên mỗi toa tàu sẽ tạo thêm lực nâng và giảm gần 1/3 trọng lượng của đoàn tàu. Theo đó, đoàn tàu có thể di chuyển với vận tốc tối đa lên tới 450km/h.
Nghiên cứu này là một phần của dự án CR450, do Bắc Kinh khởi động vào đầu năm nay, nhằm phát triển một thế hệ tàu cao tốc mới có thể di chuyển với tốc độ nhanh hơn.
Trung Quốc hiện sở hữu hệ thống tàu cao tốc nhanh nhất thế giới. Các đoàn tàu cao tốc của nước này có thể chạy với tốc độ 350km/h. Dự án CR450 nhằm mục đích giúp các chuyến tàu chạy nhanh hơn gần 30%, có nghĩa là quãng đường từ Bắc Kinh đến Thượng Hải chỉ mất khoảng 3 giờ và chỉ mất 5 giờ để di chuyển từ Bắc Kinh đến Quảng Châu.
Tuy nhiên, theo một nghiên cứu từ Trung tâm Đổi mới Động lực Chất lỏng Thành Đô, do kỹ sư nghiên cứu Zhang Jun dẫn đầu, “khi tốc độ vận hành tăng lên, độ mài mòn trên bánh xe cũng sẽ tăng lên. Điều này sẽ rút ngắn chu kỳ sửa chữa và tuổi thọ của bánh xe”. Ông Zhang và nhóm nghiên cứu đều làm việc trong chương trình nghiên cứu quân sự của Trung Quốc, bao gồm cả phát triển vũ khí siêu thanh.
“Tàu cao tốc có cánh nâng là bước đột phá trong quan niệm truyền thống về thiết kế khí động học tàu cao tốc, nhằm giảm tiêu hao năng lượng tổng thể và chi phí vận hành,” các nhà nghiên cứu cho biết trong bài báo đăng trên tạp chí Trung Quốc Acta Aerodynamica Sinica.
Dự án CR450 nhằm phát triển các đoàn tàu cao tốc có vận tốc nhanh hơn gần 30% so với các tàu hiện có. Ảnh: Xinhua
Ý tưởng lắp cánh cho tàu cao tốc không phải là mới . Trước đây, các kỹ sư Nhật Bản đã đưa ra đề xuất này vào những năm 1980 cho một đoàn tàu với các cánh giống như máy bay mở rộng từ hai bên. Sau đó, họ đã chế tạo một nguyên mẫu vào hai thập kỷ sau đó. Song dù nỗ lực ban đầu này đã chứng minh rằng việc lắp cánh cho tàu cao tốc sẽ mang lại hiệu quả khí động học cao, ý tưởng này đã thất bại khi ứng dụng vào thực tế do cánh quá lớn và quá rộng, ảnh hưởng đến độ an toàn của tàu cao tốc khi chạy trong các không gian hẹp như hàng rào an ninh hay đường hầm.
Ý tưởng của các chuyên gia Trung Quốc có một chút khác biệt. Thay vì lắp một đôi cánh có kích thước lớn ở hai bên thân tàu, các nhà khoa học đề xuất lắp cánh ở phía trên nóc tàu và có kích thước nhỏ hơn, đủ tạo ra lực nâng mà không có nguy cơ va chạm. Mặc dù vậy, họ cũng thừa nhận việc thiết kế và lắp đặt đôi cánh phải hết sức cẩn thận.
Khi di chuyển với vận tốc 450km/h, đoàn tàu sẽ tạo ra luồng gió mạnh gần bề mặt của nóc tàu, có thể gây ra nhiễu động có hại nếu cánh được lắp quá thấp. Trong khi đó, nếu đôi cánh được lắp quá cao so với tàu , nó có thể bị cuốn vào luồng gió do các cánh phía trước tạo ra và tạo nhiều lực cản hơn lực nâng. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng phạm vi tối ưu là lắp cánh rộng khoảng 1,5 đến 2 mét trên nóc tàu.
Video đang HOT
Sự khác biệt lớn nhất giữa ý tưởng của Trung Quốc với đề xuất của Nhật Bản là tàu Trung Quốc sẽ hoạt động giống tên lửa hành trình hơn là một máy bay.
Chen Yu, kỹ sư nghiên cứu tại Đại học Tongji ở Thượng Hải, cho biết có một số vấn đề kỹ thuật vô cùng khó khăn cần phải vượt qua để có thể lắp cánh cho tàu hỏa. Chẳng hạn, việc lắp thêm cánh chắc chắn sẽ làm tăng tiếng ồn trong khoang tàu 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 giải pháp để kiểm soát các luồng gió phức tạp trên nóc tàu và giảm tiếng ồn bằng các vật liệu hoặc cấu trúc cách âm. Tuy nhiên, điều này sau đó sẽ làm tăng tổng trọng lượng của đoàn tàu.
Theo truyền thông Trung Quốc, các đoàn tàu cao tốc 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 nước này. Việc chế tạo tàu đã bắt đầu từ tháng 9 và dự kiến hoàn thành sau 5 năm.
Theo các nhà nghiên cứu, dự án CR450 là 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 ý tưởng lắp thêm cánh cho tàu cao tốc tin rằng dự án sẽ tiết kiệm chi phí và khả thi hơn trong việc ứng dụng vào quy mô lớn so với tàu đệm từ với công nghệ siêu dẫn di chuyển với tốc độ 600km/h.
Trung Quốc "đau đầu" với dự án đường sắt cao tốc dài nhất thế giới
Dự án đường sắt dài hơn 1.700 km băng qua sa mạc Gobi của Trung Quốc đang gặp phải khó khăn trong vận hành vì vấn đề thời tiết và việc khắc phục không phải là dễ dàng.
Một đoàn tàu chạy qua khu vực sa mạc Gobi (Ảnh: SCMP).
Tuyến đường sắt cao tốc dài 1.776 km nối giữa Urumqi, Tân Cương và Lan Châu, Cam Túc chạy qua sa mạc Gobi, nơi các cơn bão cát nghiêm trọng đang khiến nó di chuyển chậm đi rất nhiều và gây hư hại cho các đoàn tàu.
Một nghiên cứu do các nhà khoa học Trung Quốc thực hiện cho thấy, các cơn bão cát đang gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới việc vận hành tuyến đường.
Tuyến đường sắt cao tốc dài nhất thế giới khai trương 7 năm trước. Trung Quốc áp dụng công nghệ đặc biệt để tuyến đường có thể hoạt động ổn định trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau và đặt ra mục tiêu nó sẽ đạt được tốc độ tối đa 350 km/h.
Tuy nhiên, theo nhà nghiên cứu Jin Afang từ đại học Tân Cương, gió thổi mạnh kết hợp với lượng cát lớn có thể kéo tụt tốc độ của tàu xuống gần một phần ba và gây nên thiệt hại với thân tàu, kính chắn gió và bánh tàu.
Từ năm 2014, tốc độ cao nhất mà tàu đạt được là 250 km/h. Trong những năm gần đây, tốc độ ở một số khu vực giảm xuống 200 km/h hoặc thấp hơn. Điều này khiến nhiều hành khách phàn nàn rằng tuyến đường sắt trị giá 22,5 tỷ USD không hoạt động đúng với cái tên tàu "bullet" (tàu cao tốc lao như viên đạn).
Tuyến Tân Cương-Lan Châu không công bố dữ liệu về vận hành công khai, nhưng các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính và dự đoán rằng ngay cả ở tốc độ tối đa hiện tại là 200 km/h, những hạt cát lớn đặc trưng của sa mạc Gobi có thể khiến các bộ phận bên ngoài của tàu mất đi một phần mười lớp sơn sau một cơn bão cường độ vừa phải.
Nhóm của bà Jin gợi ý việc Trung Quốc nên chọn vật liệu đàn hồi phủ lên để giảm sự xói mòn và va chạm của các hạt cát trên bề mặt tàu và nhấn mạnh điều này rất quan trọng để tàu có thể vận hành an toàn.
Nhiều thách thức
Tuyến tàu cao tốc Urumqi tới Lan Châu được xem là dự án cơ sở hạ tầng chiến lược kết nối giữa khu tự trị Tân Cương với phần còn lại của Trung Quốc.
Nó được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển ở địa phương và đóng vai trò quan trọng trong sáng kiến "Một vành đai, một con đường" thông qua thiết lập quan hệ kinh tế giữa phía tây Trung Quốc và các quốc gia ở lục địa Á - Âu.
Được xây dựng trong 5 năm, đây là tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên trên thế giới chạy băng qua sa mạc. Tuyến đường này cũng trải dài qua dãy núi cao Kỳ Liên và các đoàn tàu phải đối mặt với 5 vùng gió mạnh trên đường đi.
Tân Cương dù là khu vực giàu tài nguyên nhưng dân cư thưa thớt và các thị trấn và thành phố nằm cách xa nhau. Thêm vào đó, điều kiện tự nhiên khắc nghiệt khiến cho dự án đường sắt tốc độ cao ở Tân Cương trở nên rất khó khăn.
Ngay cả với các tuyến đường sắt tốc độ thấp, gió có thể trở thành nguyên nhân gây rủi ro rất nghiêm trọng.
"Trong những năm gần đây, gió lớn đã làm trật bánh 13 đoàn tàu (tốc độ thường) với 79 toa bị lật, gây ra tác động nghiêm trọng tới sự an toàn của hành khách và các hoạt động kinh tế", nghiên cứu cho biết.
Các mô hình tính toán của đội chuyên gia cho thấy, các cơn bão cát không chỉ ảnh hưởng tới phía trước của đoàn tàu tốc độ cao, mà còn có thể gây nên tác động lên khu vực phía sau. Tốc độ tàu càng nhanh, việc giữ nó trên đường ray càng khó hơn khi có bão xảy ra.
Một nửa tuyến đường sắt tốc độ cao đi qua các thung lũng không người ở và được xem là một trong những nơi có gió mạnh nhất hành tinh. Hai phần ba thời gian trong năm, những khu vực này bị ảnh hưởng bởi bão với tốc độ gió lên tới 60 m/s, mức cao nhất mà thiết bị tại các trạm thời tiết có thể đo được. Với thời tiết nhiều gió như vậy, việc hình thành các luồng gió cát cường độ cao là khá dễ dàng.
Để các đoàn tàu có thể không đi lệch đường trong gió mạnh, Trung Quốc thiết lập hệ thống cảnh báo dọc đường ray, có khả năng buộc tàu phải dừng lại khi tốc độ gió vượt qua ngưỡng an toàn.
Hàng trăm km tường cũng được dựng lên ở 2 bên đường ray để giảm thiểu tác động của gió và cát với các đoàn tàu. Tại các khu vực nhiều gió nhất, các đường hầm khổng lồ làm từ thép và bê tông đã được xây để tàu có thể băng qua an toàn.
Đường hầm chắn gió cho tàu cao tốc Trung Quốc (Ảnh: SCMP).
Những công trình như vậy rất đắt đỏ và nhưng chúng cũng không phải là giải pháp. Một số bức tường gần như bị chôn vùi trong cát sau vài năm. Ngoài ra, các lái tàu cũng báo cáo về việc tàu bị rung lắc mạnh khi đi ra khỏi đường hầm.
Các nhà khoa học Trung Quốc hiện đang đưa ra những giải pháp mới, ví dụ như thiết kế những lỗ trên các bức tường bảo vệ để tạo ra chấn động nhằm thổi bay cát đi, hay các cấu trúc ở lối ra đường hầm để khắc phục tình hình.
Chính phủ Trung Quốc dự kiến sẽ đầu tư hàng tỷ nhân dân tệ để thực hiện các nâng cấp và cố gắng nâng tốc độ tối đa của tàu lên 350 km/h.
Một kỹ sư về đường sắt ở đại học Giao thông Bắc Kinh cho biết, các vấn đề về bão cát có thể được xử lý bằng các phương pháp, nhưng nó sẽ nâng chi phí xây dựng, bảo trì và vận hành.
Tuy nhiên, giới quan sát đánh giá tiền bạc chỉ là một trong những vấn đề phải cân nhắc trong trường hợp này vì tuyến đường sắt này có vai trò khá quan trọng, khi nó có thể vận tải 10 triệu hành khách mỗi năm, bằng hơn một phần ba dân số Tân Cương. Ngoài ra, nó cũng băng qua nhiều các cơ sở quân sự của Trung Quốc.
Trung Quốc đặt nhiều kỳ vọng với hệ thống từ tàu cao tốc đệm từ Được ra mắt gần đây tại thành phố Thanh Đảo, tàu cao tốc đệm từ được kỳ vọng sẽ trở thành trọng tâm mới của hệ thống vận tải đường sắt ở Trung Quốc. Tàu cao tốc đệm từ của Trung Quốc có khả năng đạt tốc độ tối đa lên đến 600km/h. (Ảnh: Global Times). Với khả năng đạt tốc độ tối...