我国试验时速605公里列车 高铁时速有望翻倍

在南车青岛四方机车车辆有限公司厂区内，一辆银灰色超速试验列车停在厂区轨道上。台架试验速度为每小时605公里的列车被称为高速试验列车。

事实上，测试开始于两年多前。此次测试中，南车四方公司通过了七项计划讨论。

参与测试的电力发展部部长焦静海最近回忆道:“在100-200公里的距离上开车根本不用担心。当行驶550公里或更远时，情绪会变得激动，当行驶600公里时，情绪会变得有些紧张。”测试在605公里处停止，因为测试目标设定为600公里。高级总监设计师李冰解释说:“试验台在建造时设计在600公里处，然后以担心对试验台不利的速度加速前进。”。

当车速提高到605公里时，测试并没有立即停止，车速保持了10分钟，相当于在地面上行驶100.8公里。

技术难度高于飞机。

中国科学院力学研究所的研究员杨国伟说:“高铁就像一架不停起飞和降落的飞机。”。杨国伟创立了跨音速非线性气动弹性研究，为我国高速铁路和大型飞机的发展提供气动和气动弹性技术支持。

“飞行最危险的事情是起飞和着陆，因为地面效应包括建筑物和风的干扰，所以飞机设计的难点在于起飞和着陆的过程。然而，高速列车总是在地面上高速行驶。从飞行器与空气相互作用的角度来看，不仅要考虑地面列车的强激励，还要考虑高速运行时的气流激励。波音737的巡航阻力系数约为0.028，6列编组试验列车的阻力系数约为0.48，因此高速列车的技术难度比飞机在空中巡航要复杂得多。”杨国伟说道。

民用飞机以每小时800-850公里的速度飞行。中国研制的高速试验列车的设计速度在每小时500公里以上。与目前以每小时380公里的最高速度在线运行的CRH380A相比，该技术的边界条件必须明确。

“空气动力学性能受到轨道不规则性的影响，振动激励响应不断增加。如何确保高速列车运行的安全？如何确保舒适的乘坐环境；比提高速度更重要的是能够很好地停下来。”试验场主任梁剑英说。

列车的运行阻力包括车轮和轨道之间的机械摩擦以及车辆的空气阻力。限制高速飞行速度的竞争者是空气。“当火车以每小时200公里的速度行驶时，空气阻力约占总阻力的70%。在京沪高速铁路上，当时速为486.1公里时，空气阻力超过总阻力的92%。如果它运行超过500公里，总阻力的95%以上是空气阻力，”李冰说。空气阻力大约与列车速度的平方成正比。速度将增加2倍，空气阻力将增加4倍。正是这种方形关系让设计师绞尽脑汁。

空气阻力受三个主要因素影响。一个是前部的正压和后部的负压之间的压力阻力。二是车身表面空气粘度的摩擦阻力；三是列车底架和列车表面不平整结构造成的干扰阻力。

为了减少空气阻力，工程师们应用仿生学和空气动力学理论创造了100多种头部概念，优选构建了80多种三维数字模型，并进行了初步的空气动力学仿真。与选择20种气动性能较好的机头相比，他们进一步进行了气动优化，并制作了1: 20的物理模型。根据模拟数据和美学效果，最终制作了5个1: 8的头部模型，分别进行了风洞力学和气动噪声测试。选择了名为“箭”的头部类型，其气动噪声和气动阻力参数是最佳的。"从气动性能来看，箭和民用飞机可以PK . "李冰说。

为了让数百吨的高速列车在线路上飞行，除了减少空气动力阻力，增加牵引能力是另一个关键。“六辆编组的高速试验列车的总牵引功率可达21120千瓦。焦静海说，只有我们自主开发的大功率牵引系统，高速试验列车才有可能以605公里/小时的速度进行台架试验。

大功率牵引传动系统的研发具有很强的技术扩散效应，可应用于除列车以外的其他制造领域。“大功率牵引驱动系统技术有很好的推广。除轨道交通外，大功率牵引传动系统广泛应用于许多工业传动领域，如轧钢系统、船舶推进系统、石油钻井、电力系统等中国南车时报电子技术中心主任荣说。

高速列车的运行依靠电能，并通过受电弓和接触网之间的接触来完成。这个过程称为“当前接收”链接。这项技术也是迄今为止技术专家最关心的技术之一。“双弓接收电流”技术曾经是工程师和技术人员的技术难点。“现在看起来不像是技术上的困难，”梁剑英说。“当车辆高速行驶时，当前弓滑过接触网时，会形成激励波，这将增加后弓离线的可能性，并影响车辆的牵引性能。如何保证后弓接收电流的稳定性是一个技术难点。但现在它似乎已经不存在了。”

追求更快的速度

速度是技术发展的综合力量。正如中国发展“两弹一星”一样，近万名科技人员参与了高速列车的技术创新。“测试列车的速度只是实验室中的数据，而实际线路数据仍需进一步验证。我们希望有一个高速的价值，让世界能够进一步了解中国的高铁技术和产品水平。这一过程需要脚踏实地，不要急于求成。”梁剑英说道。

“605公里每小时是在测试台上运行的，而不是线路上的数据，实际的线路测试仍然需要一系列的检查。”李冰说。2007年4月3日，法国TGV在这条线上设定了574.8公里/小时的测试速度，目前还没有新的记录。2010年12月，蚌埠-枣庄在北京-上海试验段进行了试验。CRH380A达到了每小时486.1公里的最高速度。虽然这个速度是运行测试速度，但它不同于法国TGV的纯测试速度。就运行测试速度而言，它是世界上最高的。

2011年，在“7·23”甬温铁路交通事故后，中国高速铁路开始追求更高的质量目标，包括安全性、可靠性、舒适性等。事实上，事故并不是由汽车质量造成的，但事故对中国高速铁路的发展产生了巨大的影响。包括南车各方技术人员在内的所有铁路人员都在思考如何更好、更稳定地推进中国的高速铁路。测试列车的开发是一个非常困难的过程。在CRH380A新一代动车组技术创新成果的基础上，遵循安全可靠的运行目标，在系统集成、车体、转向架、牵引、网络控制、制动系统等方面进行了多项技术创新，实现了碳纤维材料、镁铝合金、纳米材料、抗风制动系统等一系列新技术、新材料的加载试验验证。整列火车的开发花了两年多时间。

试验列车在实验室完成试验后，在厂区内3.7公里长的环形试验线上进行了为期一个月的可靠性试验，里程约为1000公里。受线路条件限制，最高时速不得超过30公里，“整车、系统和部件的初步可靠性验证已经完成，”工程师告诉记者。

许多新技术有待验证

高铁是中国战略性新兴产业之一，而高铁是中国创新能力的另一个里程碑。工程师和科学家们渴望得到在线测试连接试验台的验证结果，以进一步探索超高速列车的三大核心技术理论，即轮轨技术、气动性能和弓网关系。

对工程师来说，许多设计无法在台架试验中完成，高速列车的三项核心技术中的两项无法验证，即空气动力性能和弓网关系。

例如，台架试验在室内完成。没有风，空气动力学测试无法完成。“对高速列车的第一个验证是列车的阻力特性，这涉及到能量消耗。二是电梯特性，涉及脱轨系数；第三是脉冲力的大小，这关系到列车的安全。还有收敛的瞬时风的阻力和安全避让距离。从理论上讲，现有的公式应该适用于400公里和500公里的车辆。就研究和验证而言，这些需要通过在线测试进一步验证。”杨国伟说道。此外，即使双向滚动试验台也不能完成受电弓和接触网的受流试验。

对于从事基础理论研究的科学家来说，他们希望验证常见关键技术的基本理论机制。以脱轨系数为例，车辆行驶时，车轮可能在线路条件、运行条件、车辆结构参数、载荷等因素的最不利组合条件下脱轨。评价防止车轮脱轨稳定性的指标称为脱轨系数，该系数越大，越容易脱轨。

根据国际标准，0.8作为脱轨安全性的指标。“但是当我们测试高速列车时，我们发现列车的脱轨系数只有大约0.1-0.2，远小于0.8，以480公里的速度在线。如果速度是每小时550公里，实际运行中的脱轨系数是多少？它涉及高速基础力学的研究。世界各地的科学家一直希望解开脱轨系数之谜。转向架高级工程师马立军说。

推动行业发展

本世纪是高铁时代。美国总统奥巴马在2011年国情咨文中表示，“欧洲和中国没有理由拥有最快的铁路。”奥巴马强烈意识到，高铁将成为重塑美国全球竞争力的技术制高点。“从技术上讲，我们必须占领制高点。谁有能力抢占技术制高点，谁就有能力推动行业发展。用先进技术驱动市场需求是全球市场经济的竞争法则。”梁剑英说道。

2007年，法国的高速列车创造了“世界第一速度”，以应对德国磁悬浮列车抢占市场的挑战。“正是因为法国在这条路上跑了570多公里，它向世界上所有国家发出了一个明确的信号，即我的技术是可行的。从那时起，法国已经成为世界高速铁路市场的领导者。”杨国伟说道。中国高铁走向世界的步伐正在加快，这表明高速仍是趋势。探索500公里以上超高速列车技术不仅是一项前瞻性研究，也是拓展国际市场的技术储备。

技术的成熟需要积累，而市场的扩大是瞬间的延伸。自2004年以来，中国的高速铁路在技术上一直处于领先地位，因为它在九年内被引进、消化和吸收。高速试验列车的发展是技术垂直发展的制高点。只有掌握了技术的制高点，技术才能在纵向和横向上相互传递，覆盖市场的区域也在不断扩大。“这种测试列车是基于CRH380A技术的向上扩展，而城际列车是向下扩展。经过这么多年的技术创新，高铁的技术进步已经转移到了上下游产品上。”梁剑英说道。

对技术的追求并没有停止。为了更好地理解空气动力学的作用，南车四方有限公司计划建造一个小型风洞实验室。“虽然我们是一个工程单位，但我们需要突破自我，掌握并积累一些新技术，并希望为未来留下一些东西。”梁剑英告诉记者。

国家有关部门已充分重视高速试验列车的线路验证。列车的在线测试已经全面展开，列车的各项技术能力也在在线测试中得到进一步验证。整个过程将分阶段实施，并逐步获取各种技术参数。“我们希望它能表现得非常好，这样全世界就能更好地了解中国的高铁技术。”工程师说。