Vai trò và đặc điểm của khung buồm sợi thủy tinh

Ưu điểm lớn nhất của nó là giảm đáng kể trọng lượng thân tàu trong khi vẫn duy trì độ bền cấu trúc, từ đó hiệu quả giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải carbon.

Chịu tải phức tạp và ứng suất mỏi: Khi hoạt động trên biển, cánh buồm phải chịu các hệ số áp lực vượt mức 10, đồng thời các bộ phận quay (ví dụ như cánh buồm quay) thực hiện hàng tỷ vòng quay trong suốt tuổi thọ sử dụng, tạo ra tải mỏi vượt xa tải mỏi tác động lên cánh tuabin gió. Vai trò chính của khung sườn thủy tinh là đóng vai trò như một "bộ xương" để chịu đựng các tải động cường độ cao và tần số cao này, đảm bảo tuổi thọ sử dụng trên 25 năm.

Hỗ trợ hình dạng khí động học: Đối với cánh buồm dạng profile khí động, cấu trúc khung sườn (ví dụ như các xương sườn và xà chính) nâng đỡ lớp vỏ ngoài, duy trì chính xác bề mặt cong dạng thuôn dài của cánh buồm. Thiết kế này tận dụng chênh lệch áp suất do dòng không khí tạo ra ở hai phía của bề mặt cong để cung cấp lực đẩy hiệu quả cho tàu.

Tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải phụ trợ: Bằng cách lắp đặt cánh buồm sợi thủy tinh nhẹ trên tàu, năng lượng gió có thể được khai thác trực tiếp. Số liệu cho thấy các tàu chở quặng lớn được trang bị loại buồm này có thể giảm tiêu thụ năng lượng tới 6% và giảm phát thải carbon trung bình 3.000 tấn mỗi năm; trong một số thiết kế, hiệu quả giảm phát thải lý thuyết thậm chí có thể đạt tới 30%.

Đặc điểm nổi bật:
Nhẹ và bền cao, giảm trọng lượng đáng kể: So với các cánh buồm cấu tạo bằng thép truyền thống, vật liệu composite sợi thủy tinh có thể giảm trọng lượng hơn 35%. Điều này không chỉ làm giảm yêu cầu chịu tải của cơ cấu chuyển động và cột buồm trên tàu mà còn tối ưu hóa trọng lượng tàu không hàng, giúp việc điều hướng trở nên kinh tế hơn trong điều kiện biển lặng.

Khả năng chống mỏi và chống ăn mòn tuyệt vời: Nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh có khả năng chống mỏi xuất sắc, thích nghi hoàn hảo với điều kiện khắc nghiệt của việc quay liên tục hoặc rung lắc cánh buồm. Đồng thời, vật liệu này vốn đã có khả năng kháng ăn mòn bởi nước biển, loại bỏ nhu cầu áp dụng các biện pháp chống gỉ phức tạp như đối với thép, từ đó giúp giảm chi phí bảo trì.

Thiết kế linh hoạt, đúc tích hợp: Khung sợi thủy tinh chủ yếu được sản xuất bằng các quy trình như kéo ép (pultrusion), quấn (winding) hoặc ngấm chân không (vacuum infusion). Các quy trình này cho phép đúc tích hợp các cấu trúc phức tạp như xương sườn và dầm chính, giảm số lượng chi tiết nối ghép và đảm bảo tính đồng nhất cũng như độ ổn định kết cấu của sản phẩm.

Khả năng thiết kế tốt: Bằng cách tích hợp sợi carbon vào kết cấu hoặc thêm các xương gia cường, có thể tăng cường tại các vùng chịu ứng suất cụ thể (ví dụ như dầm chính), từ đó cân bằng giữa chi phí và hiệu năng.

Hiện nay, ứng dụng việc sử dụng sợi thủy tinh trong khung buồm chủ yếu có hai hình thức:
Bánh lái quay: Những thiết bị này chủ yếu sử dụng lớp vỏ sợi thủy tinh làm hình trụ quay, tạo lực đẩy thông qua hiệu ứng Magnus.
Bánh lái dạng cánh (bánh lái cứng): Những thiết bị này sử dụng sợi thủy tinh để tạo các xương và dầm bên trong, được bao phủ bởi một lớp vỏ ngoài, hình thành tiết diện ngang tương tự cánh máy bay nhằm tạo lực nâng.