Tàu buồm hải quân (Phần cuối): Cánh buồm và sự phát triển gần đây

Cánh buồm

Bằng việc điều chỉnh cánh buồm khéo léo và chính xác, thủy thủ có thể lèo lái con tàu theo hướng ngược gió. Đó chính là giá trị của các cánh buồm tam giác trong tận dụng hướng có gió, điển hình như tàu có cánh buồm tam giác loại hiện đại của người Bermuda, tàu “dhow” của người A-rập và tàu buồm dọc “schooner”. Trong khi đó, cánh buồm vuông mang lại sức mạnh và khả năng cơ động cao cho tàu để bù đắp cho hướng có gió giảm.

Tàu buồm Flying Cloud của Mỹ (1851-1875)

Nhu cầu chế tạo các cánh buồm lớn hơn đi cùng với sự phát triển kích thước tàu. Ở những nơi có đặc điểm về gió tương đối thuần nhất, chỉ cần tăng kích thước cánh buồm. Nơi có gió phức tạp hơn người ta sẽ tăng số lượng cánh buồm. Kết quả là loại cánh buồm vuông ra đời, tận dụng được sự tương tác lẫn nhau giữa các cánh buồm nhỏ.

Thân cây có giá trị lớn trong chế tạo cột buồm và xà treo buồm. Ngày trước, người ta cũng đã thiết kế để thân cây có thể uốn cong và được các sợi dây thừng căng kéo hỗ trợ. Chỉ khi hệ thống buồm trở nên phức tạp, số cột buồm tăng lên, thì xuất hiện nhu cầu về các vật dụng phụ trợ bảo đảm vững chắc hơn, nhưng độ uốn dẻo bớt đi. Đó cũng là thời điểm xuất hiện dây cáp kim loại và nó dần trở nên phổ biến.

Cuối thế kỉ 18 đầu thế kỉ 19, chiến tranh và thương mại đã thúc đẩy ra đời các tàu buồm có thiết kế tinh vi, phù hợp với điều kiện từng khu vực. Ở phương Tây, xuất hiện các tàu chiến có thiết kế ngắn và tròn, tính ổn định cao nhằm trang bị súng pháo hạng nặng. Nhờ đội ngũ thủy thủ đông, những tàu chiến này có thể thiết đặt những cánh buồm lớn nhanh chóng để tác chiến hiệu quả.

Mặt khác, do nhu cầu phân phối nhanh nhất các loại trà mới thu hoạch từ Đông Á đến thủ đô các nước phương Tây trong thế kỉ 19, các nhà thiết kế đã chạy đua phát triển những chiếc tàu lớn, dài, nhẹ và có mũi nhọn được trang bị hệ thống cánh buồm nguy nga. Chúng có khả năng lướt rất nhanh nên được gọi chung là tàu buồm nhanh (clipper). Nổi tiếng nhất trong các tàu loại này là chiếc Flying Cloud, do nắm giữ kỉ lục hành trình từ New York đến San Francisco trong thời gian ngắn nhất.

Công nghệ kim loại phát triển dần thay thế cho các cấu trúc gỗ, ban đầu là khung sườn, sau đó là toàn bộ tàu, thậm chí cột buồm cũng được làm bằng ống thép. Gỗ chỉ dùng cho lát sàn-boong và trang trí nội thất. Nhôm cũng được dùng cho các thành phần thuộc hệ thống buồm. Nhờ sử dụng kim loại, việc chế tạo tàu buồm kích thước lớn trở nên dễ dàng. Nhiều tàu buồm khổng lồ đã được đóng và đưa vào sử dụng để đi biển dài ngày.

Những phát triển gần đây

Thế kỉ 20, tàu động cơ hơi nước, diesel trang bị radio đã gần như thay thế hoàn toàn tàu buồm trong ngành công nghiệp hàng hải. Đã có những nỗ lực áp dụng công nghệ mới biến năng lượng gió thành lực đẩy phụ trợ nhằm giảm chi phí nhiên liệu. Vấn đề chính là hệ thống buồm thường rất cồng kềnh, gây khó khăn cho việc xếp dỡ hàng hoá và đưa đón hành khách tại cảng. Nó cũng liên quan đến nguồn nhân lực với những kĩ năng đặc thù. Một số nỗ lực khác đi theo hướng kết hợp tàu buồm hiện đại với các động cơ phụ trợ. Người ta cũng nghiên cứu áp dụng hiệu ứng Magnus, trong đó sử dụng các trụ quay thẳng đứng sản sinh ra lực đẩy tàu nhờ gió (như tàu E-ship 1 của Đức), hoặc nghiên cứu tích hợp các nguồn năng lượng trên biển như gió, mặt trời kết hợp động cơ diesel…

Tàu E-ship 1 thực hiện chuyến đi biển đầu tiên năm 2010

Hiện nay, người ta đang nghiên cứu chế tạo cánh buồm bằng các vật liệu hiện đại như sợi các-bon, nhựa… đồng thời sử dụng nguồn năng lượng sẵn có trên tàu thay thế sức người trong thao tác xử lí các cánh buồm và dây nhợ, thậm chí là kiểm soát chúng bằng máy tính, tiến tới có thể vận hành tàu buồm từ một bảng điều khiển duy nhất. Ngoài ra, các nghiên cứu còn tập trung vào việc bổ sung thêm nguồn năng lượng cho tàu bằng cách kết hợp máy phát, động cơ điện-diesel và ắc-quy (nạp điện từ các cánh buồm quang điện).

Trong tương lai, hệ thống buồm của tàu có thể được đặt trong các tháp cột buồm, giúp mặt boong thông thoáng hơn và có thể thay thế hệ thống buồm một cách đơn giản trong vài giờ. Chẳng hạn tàu buồm loại “barque”, có một cột buồm lái và nhiều cột buồm phía trước đang dùng phổ biến trong đào tạo tàu buồm, rất dễ lắp đặt hoặc tháo rời các cấu trúc dạng mô-đun trên mặt boong, khiến con tàu phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.

Thanh Hải