高铁“破壁人”

杨国伟参观中汽长春轨道客车公司

谈到“高铁”，中国科学院力学研究所(以下简称力学所)的研究员杨国伟总是精力充沛。

“滚动摩擦阻力是车辆的主要驱动力，而空气动力阻力只有在车辆快速行驶时才会出现。当高速铁路达到380公里/小时时，空气就像一堵钢铁墙，占总阻力的90%以上。”他告诉《中国科学》。

正是因为这个原因，航空空气动力学专业人士杨国伟“越界”进入高铁研究领域。他的任务是研究高速列车的气动优化设计和评估技术，打破“铁壁”，提高列车速度。

杨国伟自2008年加入高铁以来，放弃了参与军用飞机开发的机会，投身于轨道交通的研究。

“所有科研人员都有报效国家的心。我对高速铁路的成功感到非常自豪。”35岁的党员杨国伟就是这样说的。

“复兴”从这里出发。

1997年，当杨国伟还是日本东京大学的访问学者时，他第一次参加了新干线。“感觉太快了。”他不禁回忆起1985年从湖南娄底坐火车100公里到邵阳花了他24小时。他心想，我们国家什么时候能有这么快的轨道交通？

没想到，机会来了。

2008年，中国高速列车自主创新联合行动计划项目正式启动。杨国伟受命参与高速铁路的研究，搭建了最高时速500公里的动态模型实验平台，通过数值模拟和优化设计，帮助制造商设计出性能更好的高速列车外形。

然而，如此快速的实验平台是前所未有的。如何实现？

“就像盲人摸象一样，”杨国伟回忆道，很多方案都被提出过，但第一次尝试往往失败。“这很正常，因为我们只有低速实验的直觉经验，没有人知道当我们跑到500公里/小时时会发生什么”。

事实上，高速列车从零开始，需要几十公里的加速度才能达到每小时380公里。杨国伟在力学研究所怀柔基地的285米车间搭建了一个264米的实验平台。换句话说，他的团队必须在264米内将1:8的火车模型加速到500公里/小时，进行气动实验，然后安全停车。

这个难题差点让杨国伟崩溃。

在3年多的时间里，他们尝试了各种方案，进行了数千次实验，最终解决了加速、如何停止和再次堵塞的问题。

“这相当于安全拦截一颗100公斤的子弹。这是最困难的部分。”杨国伟回忆道。

一次又一次的实验，一次又一次的失败...看着一个又一个模型碎片，杨国伟坦率地说:“是我们的心碎了。”

他还想:如果他不能一直这样做呢？“那只能出去了。这时，我们必须有毅力、毅力、勇气和毅力。”

碰巧，杨国伟经过了石景山游乐园。过山车高速滑行的瞬间让他着迷。他邀请他的同事一起学习。受此启发的非接触式磁涡流减速方案最终及时停止了列车模型。

7年来，杨国伟团队成功搭建了世界上最大、最快、最完整的双向运行高速列车运动模型实验平台。后来，无论是“和谐”还是“复兴”，我国几乎所有的高速列车实验模型都在这里运行。

从航空到高速铁路

如果没有高铁，杨国伟就是一家标准航空公司。

1996年，杨国伟从西北工业大学飞机工程系毕业后，先后在日本和德国工作，参与空客A380相关设计和超音速飞机预研究项目的研究。

2003年回国后，杨国伟在力学研究所成立了研发团队，参与了一系列国产军用飞机和“明星”民用飞机的研发，如ARJ21、C919和CR929。

学习“在天空中飞翔”的人和学习“在地上奔跑”的人之间会有差距吗？

“的确，数十到数百吨的东西在空中飞得很高，但随着速度的提高，高铁也是一个高科技产业。”杨国伟表示，60%的飞机事故发生在起飞和降落阶段，而高速铁路在起飞和降落阶段的运行速度高于民用客机，许多问题更加复杂。空气动力学领域的研究是相互联系的。

此外，在他看来，高铁更有前途。“在高速铁路问世之前，许多人认为铁路是一个夕阳产业，例如，美国的铁路被大大缩减了。但是高铁的出现已经在很大程度上取代了飞机和汽车。”

罗马不是一天建成的，中国的高铁也不是一天建成的。

中国在20世纪90年代开始发展高速列车。2003年后，“和谐”通过引进、消化、吸收而诞生，但我国还没有完全掌握核心技术。2008年，国家科研力量再次聚集在一起进行创新。经过10年的努力，高速铁路终于成为中国的出口名片。

今天，中国的高速铁路总里程超过3万公里，连接中国所有大中城市。杨国伟带领团队参与了“和谐”、“复兴”等高速列车的开发。他参与的“京沪高速铁路项目”获得2015年国家科技进步奖，他主持的“高速列车气动优化设计与评估技术”获得2016年中国机械科技进步一等奖。

作为中国高铁10年艰苦奋斗的见证人，他既自豪又鼓舞:“中国高铁受益于中国创新驱动发展战略的全面实施，创新领导力从无到有、从模仿到超越，被置于国家整体发展的核心，成为“中国名片”和“中国特色”。"

从600公里/小时开始

高铁之后，杨国伟的创新没有停止。目前，他的团队承担了“十三五”和“先进轨道交通”重点专项工程，为中国600公里/小时高速磁悬浮列车的发展提供技术支持。

随着速度的增加，轮轨冲击力和作用力加大。高速列车的速度限制是多少？还没有答案。

"这一过程已为人所知几十年了。"杨国伟告诉记者，日本在20世纪60年代发展高速铁路时，认为最高时速只有200公里。后来，这种认识不断提高。现在它认为最大运行速度约为每小时400公里，最大测试速度约为每小时600公里。

不过，杨国伟表示，追求高速是不合理的，还要考虑成本核算——跑得越快，成本越高，维护成本和线路条件的要求也越高。

磁悬浮列车不接触地面，维护成本较低。它们还具有启动和停止速度快、转弯半径相对较小和噪音低的优点。因此，虽然成本相对较高，但仍然是城市交通的选择之一。

从380公里/小时的高铁到600公里/小时的磁悬浮，杨国伟领导的实验平台仍在升级中。

多年来，他清楚地认识到，从计算机模拟到地面测试，再到电路测试，工程产品的“放电”需要长时间的重复迭代和验证。即使在实际应用后，仍需根据运行中的问题不断改进，才能成为成熟的产品。

“做科学研究很难，但我们的高铁研究开辟了一条创新链，为人民服务，取得了科技成果‘不屈不挠的精神’，这是非常有益的。”杨国伟说道。

让他有成就感的是，他培养了一批高铁人才，他的团队已经向我国的高铁设计和生产单位派出了5名博士生。今天，这些年轻人已经逐渐成长为行业领袖。

今年1月，当杨国伟获得“中国科学院2019年度先锋”称号时，他在演讲的最后喊道:“中国的高铁必将引领我们走向更美好的未来！”