Talk版 - 中国正试验时速605公里列车 高铁时速有望翻倍 |
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发帖数: 3978 | 1 中国正试验时速605公里列车 高铁时速有望翻倍(图)
来源: mrict. 于 2014-01-17 04:57:43 [档案] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已
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原标题：南车试验更高速列车高铁时速有望翻倍
中国高铁的速度有望再翻倍。
南车青岛四方机车车辆股份有限公司厂区内，一列银灰色超速试验列车停放在厂区的铁
轨上，这列台架试验速度每小时达到605公里的列车，被命名为更高速度的试验列车。
实际上，这项试验早在两年多前就已开始，为了这次试验，南车四方公司经过七次方案
讨论会。
参加试验的电气开发部部长焦京海最近回忆说：“100-200公里时一点担心都没有，车
速上了550公里以上心情开始激动，到600公里时就开始有点紧张了。”试验止步于605
公里，是因为制定的试验目标为600公里，“试验台建设时是按600公里设计的，再往上
冲速度，担心对试验台不好”， 高级主任设计师李兵解释说。
当时速提升到605公里的时候，试验没有马上停止，保持速度运行了10分钟，这相当于
在地面上行驶了100.8公里。
技术难度比飞机高
“高铁就像一架飞机在不停地起降”，中科院力学所杨国伟研究员这样说。杨国伟创立
了跨声速非线性气动弹性研究，为中国高铁与大飞机研制提供空气动力与气动弹性的技
术支撑。
“坐飞机最危险的是起飞和降落，因为地面效应包括建筑、风对飞机的激扰，所以,飞
机设计的难点在起和降的过程。而高速列车始终在地面上高速运行，从空气动力学车与
空气相互的作用角度，既要考虑地面对列车的强激扰，也要考虑到高速运行状况下气流
激扰。波音737的巡航阻力系数约在0.028左右，6辆编组试验列车整车阻力系数约为0.
48左右，所以说更高速列车比飞机在天上巡航时的技术难点要复杂得多。”杨国伟说。
民用飞机每小时飞行距离800-850公里，中国研制的更高速试验列车设计速度在每小时
500公里以上，与目前在线上以每小时380公里最高时速运行的CRH380A相比，技术的边
界条件必须清晰。
“空气动力学性能的受轨道不平顺影响，振动激扰响应不断加大，如何保证列车高速运
行的安全性；如何保证舒适的乘车环境；比提高速度更重要的是能够很好的停下来。”
试验现场指挥梁建英说。
列车运行的阻力，包括车轮与轨道摩擦的机械阻力和车辆受到的空气阻力。高速下制约
速度的抗衡者是空气，“当列车以每小时200公里行驶的时候，空气阻力占总阻力的70%
左右，和谐号CRH380A在京沪高铁跑出时速486.1公里时，气动阻力超过了总阻力的92%
，如果跑到500公里以上，95%以上都是气动阻力了”，李兵说。空气阻力和列车运行速
度的平方成近似正比关系，速度提高2倍，空气阻力将增至4倍。正是这个平方关系，让
设计师绞尽脑汁。
空气阻力受三大因素影响，一是车头迎风受到正压力，与车尾受到的负压力间产生的压
差阻力；二是由于空气黏性作用于车体表面的摩擦阻力；三是列车底架以及列车表面凹
凸结构引起的干扰阻力。
工程师们为降低空气阻力,应用仿生学和空气动力学理论，创作了100多种头型概念，优
选构建了80余种三维数字模型，开展了初步空气动力学仿真，比选出20个气动性能较优
的头型，进一步进行气动优化，制作出1：20实物模型，根据仿真数据和美观效果，最
终制作五款1：8头型分别做了风洞力学试验和气动噪声试验，名为“箭”的头型被选中
，其气动噪声、气动阻力参数最优。“从气动性能来讲，‘箭’与民航客机是可以PK的
。”李兵说。
让数百吨重的更高速列车在线路上飞跑，除了减少气动阻力外，加大牵引能力是另一个
关键。“六辆编组更高速试验列车牵引总功率可达到21120千瓦。正是有了我们自主开
发的大功率牵引系统，才有高速试验列车实现台架试验605公里/小时的可能。”焦京海
说。
大功率的牵引传动系统的技术研发，具有强大的技术扩散效应，除列车之外可应用在其
他制造领域。“大功率的牵引传动系统技术具有很好的外延性，除轨道交通领域以外，
大功率的牵引传动系统在很多工业传动领域都有很广泛的应用，比如轧钢系统、船舶推
进系统、石油钻井、电力系统等等。”南车时代电气技术中心主任荣智林说。
高速列车运行依靠电能，是由受电弓与接触网接触完成的，这个过程被称为“受流”环
节。这项技术也是迄今为止技术专家们最关注的技术之一。“双弓受流”技术曾经是困
扰工程技术人员的一个技术难点，“现在看来这个也不太像技术难点了”，梁建英说。
“车辆在高速运行时，前弓在取电滑过接触网时，会形成一个激扰波，导致后弓的离线
可能性加大，影响车辆的牵引性能。如何保证后弓受流的稳定性，这是技术上的难点。
但是现在看来，已经不存在了”。
追求更快速度
速度是技术发展的综合实力。如同中国“两弹一星”的研制，举全国之力，近万名科研
技术人员参与了高速列车的技术创新。“试验列车的速度还只是实验室内的数据，实际
的线路数据还有待于进一步验证，我们希望有个高的速度值，让全世界都能进一步了解
中国的高铁技术和产品水平，其中的过程需要踏踏实实去做，而决不能急于求成。”梁
建英说。
“时速605公里是试验台上跑出的，不是在线路上的数据，实际的线路试验还需要一系
列的考核。”李兵说。2007年4月3日，法国TGV在线路上创造574.8公里/小时试验最高
速度，目前为止尚未有新的记录刷新。2010年12月京沪先导段试验蚌埠-枣庄，CRH380A
达到最高时速486.1公里，这个速度尽管是运营试验速度，它有别于法国TGV的纯粹试验
速度。就运营试验的速度值来讲它是世界上最高的。
2011年，“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故后，中国高铁开始了对更高质量目标
的追求，其中包括安全性、可靠性、舒适性等。事实上事故并不是缘于车的质量，但是
这次事故却对中国高铁的发展带来了极大的影响。所有的铁路人，包括南车四方的技术
人员都在反思，那就是如何更好、更稳健地推进国家的高速铁路事业。试验列车的研制
是一个非常艰苦的过程。它以CRH380A新一代动车组技术创新成果为基础，遵循安全可
靠的运行目标，针对系统集成、车体、转向架、牵引、网络控制、制动系统进行了诸多
技术创新，实现了碳纤维材料、镁铝合金、纳米材料、风阻制动系统等一系列新技术、
新材料的装车试验验证。整个列车的研制历经了两年多的时间。
试验列车完成在实验室的测试后，在厂区内一条3.7公里的环形试验线上进行了一个月
可靠性试验，运行里程约1000公里。受线路条件限制最高速度不得超过时速30公里，“
对整车、系统及部件完成了初步可靠性验证”，工程师告诉记者。
多项新技术有待验证
高铁，是中国战略性新兴产业之一，而更高速列车则是中国创新能力的又一标志性作品
。工程师与科学家渴望上线试验衔接试验台的验证结果，更加深入地探索超高速列车三
大核心技术理论，即轮轨技术、空气动力学性能与弓网关系。
对工程师而言，诸多项设计是无法在台架试验中完成的，更高速列车的三项核心技术有
两项无法验证，即空气动力学性能与弓网关系。
比如，台架试验在室内完成，缺少了风，则无法完成空气动力的试验。“更高速列车首
要的验证是车的阻力特性，牵涉到能耗；其次是升力特性，涉及到脱轨系数；第三是脉
动力的大小，涉及到列车的安全性。还有就是交汇瞬时风的阻力，以及安全的避让距离
。从理论上讲，目前已有的公式对400公里与500公里的车应该是适用的，就研究和印证
来说，这些都是需要通过线上试验进一步验证。”杨国伟说。另外，即便是双向滚动试
验台，也无法完成受电弓与接触网的受流试验。
对做基础理论研究的科学家而言，他们希望验证共性关键技术的基础理论机理。以脱轨
系数为例，车辆运行时，在线路状况、运用条件、车辆结构参数和装载等因素最不利的
组合条件下可能导致车轮脱轨，评定防止车轮脱轨稳定性的指标叫脱轨系数，这个系数
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。“但是我们对高速列车试验时发现，列车
在线上以480公里的速度，脱轨系数只有0.1-0.2左右，远远小于0.8。如果以每小时550
公里的速度，实际运行时的脱轨系数是多少？它涉及到高速基础力学的研究。全球范围
的科学家们一直希望破解脱轨系数之谜。”转向架高级工程师马利军说。
带动行业发展
本世纪是高铁的时代。美国总统奥巴马在2011年国情咨文中表示，“没有理由让欧洲和
中国拥有最快的铁路”，奥巴马强烈意识到，高铁将是重塑美国全球竞争力的技术制高
点。“技术上一定是要抢占制高点，谁有抢占技术的制高点的能力，谁就有带动行业发
展的能力。以技术的先进性驱动市场的需求，这是全球市场经济竞争的规律。”梁建英
说。
2007年法国TGV创造“全球第一速”，以抗衡德国磁悬浮列车抢占市场的挑战。“法国
正是因为在路上跑了570多公里，给世界各国明确的信号，我的技术是可行的。从此之
后，世界高铁市场法国成为佼佼者。”杨国伟说。中国高铁驶向世界的脚步正在提速，
说明高速仍旧是趋势。探索500公里以上超高速列车的技术，既是一项前瞻性的研究，
也是拓展国际市场的技术储备。
技术的成熟需要积淀，而市场的拓展则是瞬间的外延。中国高铁从2004年开始，经过9
年的时间，从引进、消化、吸收到如今技术的全面领先，更高速试验列车的研制是技术
纵向发展的制高点，只有掌握技术的制高点，才能够使技术纵向与横向相互传递，覆盖
市场的面积递增。“这个试验列车它的基础是在CRH380A技术向上拓展的，而城际列车
则是向下的拓展。高铁这么多年的技术创新，其技术先进性已经向上下游产品传递。”
梁建英说。
对技术的追求并未停止。为了更好地理解空气动力学的作用关系，南车四方股份公司正
在计划筹建一个小规模的风洞实验室。“虽然我们是一个工程单位，但是我们需要自己
去突破，掌握和积淀一些新技术，想为以后留下点什么。”梁建英对记者说。
对更高速试验列车的线路验证，国家有关方面给予了充分的关注，列车的上线试验工作
已在全面展开，列车的各项技术性能将在线路试验中得到进一步验证。整个过程将分阶
段实施，会一步步获取各种技术参数。“我们期盼它有非常好的表现，让全世界都进一
步了解中国高铁技术。”工程师们说。(来源：21世纪经济报道) |
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