中國(guó)高鐵的速度有望再翻倍。

南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司廠區(qū)內(nèi),，一列銀灰色超速試驗(yàn)列車停放在廠區(qū)的鐵軌上,，這列臺(tái)架試驗(yàn)速度每小時(shí)達(dá)到605公里的列車，被命名為更高速度的試驗(yàn)列車,。

實(shí)際上,，這項(xiàng)試驗(yàn)早在兩年多前就已開(kāi)始，為了這次試驗(yàn),，南車四方公司經(jīng)過(guò)七次方案討論會(huì),。

參加試驗(yàn)的電氣開(kāi)發(fā)部部長(zhǎng)焦京海最近回憶說(shuō)：“100-200公里時(shí)一點(diǎn)擔(dān)心都沒(méi)有，車速上了550公里以上心情開(kāi)始激動(dòng),，到600公里時(shí)就開(kāi)始有點(diǎn)緊張了,。”試驗(yàn)止步于605公里,，是因?yàn)橹贫ǖ脑囼?yàn)?zāi)繕?biāo)為600公里,，“試驗(yàn)臺(tái)建設(shè)時(shí)是按600公里設(shè)計(jì)的，再往上沖速度,，擔(dān)心對(duì)試驗(yàn)臺(tái)不好”,， 高級(jí)主任設(shè)計(jì)師李兵解釋說(shuō)。

當(dāng)時(shí)速提升到605公里的時(shí)候,，試驗(yàn)沒(méi)有馬上停止,，保持速度運(yùn)行了10分鐘，這相當(dāng)于在地面上行駛了100.8公里,。

技術(shù)難度比飛機(jī)高

“高鐵就像一架飛機(jī)在不停地起降”,，中科院力學(xué)所楊國(guó)偉研究員這樣說(shuō)。楊國(guó)偉創(chuàng)立了跨聲速非線性氣動(dòng)彈性研究,，為中國(guó)高鐵與大飛機(jī)研制提供空氣動(dòng)力與氣動(dòng)彈性的技術(shù)支撐,。

“坐飛機(jī)最危險(xiǎn)的是起飛和降落，因?yàn)榈孛嫘?yīng)包括建筑,、風(fēng)對(duì)飛機(jī)的激擾,，所以,飛機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在起和降的過(guò)程。而高速列車始終在地面上高速運(yùn)行,，從空氣動(dòng)力學(xué)車與空氣相互的作用角度,，既要考慮地面對(duì)列車的強(qiáng)激擾，也要考慮到高速運(yùn)行狀況下氣流激擾,。波音737的巡航阻力系數(shù)約在0.028左右,，6輛編組試驗(yàn)列車整車阻力系數(shù)約為0.48左右，所以說(shuō)更高速列車比飛機(jī)在天上巡航時(shí)的技術(shù)難點(diǎn)要復(fù)雜得多,?！睏顕?guó)偉說(shuō)。

民用飛機(jī)每小時(shí)飛行距離800-850公里,，中國(guó)研制的更高速試驗(yàn)列車設(shè)計(jì)速度在每小時(shí)500公里以上,，與目前在線上以每小時(shí)380公里最高時(shí)速運(yùn)行的CRH380A相比，技術(shù)的邊界條件必須清晰,。

“空氣動(dòng)力學(xué)性能的受軌道不平順影響,，振動(dòng)激擾響應(yīng)不斷加大，如何保證列車高速運(yùn)行的安全性,；如何保證舒適的乘車環(huán)境,；比提高速度更重要的是能夠很好的停下來(lái),。” 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮梁建英說(shuō),。

列車運(yùn)行的阻力,，包括車輪與軌道摩擦的機(jī)械阻力和車輛受到的空氣阻力。高速下制約速度的抗衡者是空氣,，“當(dāng)列車以每小時(shí)200公里行駛的時(shí)候,，空氣阻力占總阻力的70%左右，和諧號(hào)CRH380A在京滬高鐵跑出時(shí)速486.1公里時(shí),，氣動(dòng)阻力超過(guò)了總阻力的92%,，如果跑到500公里以上，95%以上都是氣動(dòng)阻力了”,，李兵說(shuō),。空氣阻力和列車運(yùn)行速度的平方成近似正比關(guān)系,，速度提高2倍,，空氣阻力將增至4倍。正是這個(gè)平方關(guān)系,，讓設(shè)計(jì)師絞盡腦汁,。

空氣阻力受三大因素影響，一是車頭迎風(fēng)受到正壓力,，與車尾受到的負(fù)壓力間產(chǎn)生的壓差阻力,；二是由于空氣黏性作用于車體表面的摩擦阻力；三是列車底架以及列車表面凹凸結(jié)構(gòu)引起的干擾阻力,。

工程師們?yōu)榻档涂諝庾枇?應(yīng)用仿生學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)理論,，創(chuàng)作了100多種頭型概念，優(yōu)選構(gòu)建了80余種三維數(shù)字模型,，開(kāi)展了初步空氣動(dòng)力學(xué)仿真,，比選出20個(gè)氣動(dòng)性能較優(yōu)的頭型，進(jìn)一步進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化,，制作出1：20實(shí)物模型,，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)和美觀效果，最終制作五款1：8頭型分別做了風(fēng)洞力學(xué)試驗(yàn)和氣動(dòng)噪聲試驗(yàn),，名為“箭”的頭型被選中,，其氣動(dòng)噪聲、氣動(dòng)阻力參數(shù)最優(yōu),?！皬臍鈩?dòng)性能來(lái)講，‘箭’與民航客機(jī)是可以PK的?！崩畋f(shuō),。

讓數(shù)百噸重的更高速列車在線路上飛跑，除了減少氣動(dòng)阻力外,，加大牽引能力是另一個(gè)關(guān)鍵,。“六輛編組更高速試驗(yàn)列車牽引總功率可達(dá)到21120千瓦,。正是有了我們自主開(kāi)發(fā)的大功率牽引系統(tǒng)，才有高速試驗(yàn)列車實(shí)現(xiàn)臺(tái)架試驗(yàn)605公里/小時(shí)的可能,?！苯咕┖Ｕf(shuō)。

大功率的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā),，具有強(qiáng)大的技術(shù)擴(kuò)散效應(yīng),，除列車之外可應(yīng)用在其他制造領(lǐng)域?！按蠊β实臓恳齻鲃?dòng)系統(tǒng)技術(shù)具有很好的外延性,，除軌道交通領(lǐng)域以外，大功率的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)在很多工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用,，比如軋鋼系統(tǒng),、船舶推進(jìn)系統(tǒng)、石油鉆井,、電力系統(tǒng)等等,。”南車時(shí)代電氣技術(shù)中心主任榮智林說(shuō),。

高速列車運(yùn)行依靠電能,，是由受電弓與接觸網(wǎng)接觸完成的，這個(gè)過(guò)程被稱為“受流”環(huán)節(jié),。這項(xiàng)技術(shù)也是迄今為止技術(shù)專家們最關(guān)注的技術(shù)之一,。“雙弓受流”技術(shù)曾經(jīng)是困擾工程技術(shù)人員的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn),，“現(xiàn)在看來(lái)這個(gè)也不太像技術(shù)難點(diǎn)了”,，梁建英說(shuō)?！败囕v在高速運(yùn)行時(shí),，前弓在取電滑過(guò)接觸網(wǎng)時(shí)，會(huì)形成一個(gè)激擾波,，導(dǎo)致后弓的離線可能性加大,，影響車輛的牽引性能。如何保證后弓受流的穩(wěn)定性，這是技術(shù)上的難點(diǎn),。但是現(xiàn)在看來(lái),，已經(jīng)不存在了”。

追求更快速度

速度是技術(shù)發(fā)展的綜合實(shí)力,。如同中國(guó)“兩彈一星”的研制,，舉全國(guó)之力，近萬(wàn)名科研技術(shù)人員參與了高速列車的技術(shù)創(chuàng)新,?！霸囼?yàn)列車的速度還只是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的數(shù)據(jù)，實(shí)際的線路數(shù)據(jù)還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證,，我們希望有個(gè)高的速度值,，讓全世界都能進(jìn)一步了解中國(guó)的高鐵技術(shù)和產(chǎn)品水平，其中的過(guò)程需要踏踏實(shí)實(shí)去做,，而決不能急于求成,。”梁建英說(shuō),。

“時(shí)速605公里是試驗(yàn)臺(tái)上跑出的,，不是在線路上的數(shù)據(jù)，實(shí)際的線路試驗(yàn)還需要一系列的考核,?！崩畋f(shuō)。2007年4月3日,，法國(guó)TGV在線路上創(chuàng)造574.8公里/小時(shí)試驗(yàn)最高速度,，目前為止尚未有新的記錄刷新。2010年12月京滬先導(dǎo)段試驗(yàn)蚌埠-棗莊,，CRH380A達(dá)到最高時(shí)速486.1公里,，這個(gè)速度盡管是運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)速度，它有別于法國(guó)TGV的純粹試驗(yàn)速度,。就運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)的速度值來(lái)講它是世界上最高的,。

2011年，“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故后,，中國(guó)高鐵開(kāi)始了對(duì)更高質(zhì)量目標(biāo)的追求,，其中包括安全性、可靠性,、舒適性等,。事實(shí)上事故并不是緣于車的質(zhì)量，但是這次事故卻對(duì)中國(guó)高鐵的發(fā)展帶來(lái)了極大的影響,。所有的鐵路人,，包括南車四方的技術(shù)人員都在反思,，那就是如何更好、更穩(wěn)健地推進(jìn)國(guó)家的高速鐵路事業(yè),。試驗(yàn)列車的研制是一個(gè)非常艱苦的過(guò)程,。它以CRH380A新一代動(dòng)車組技術(shù)創(chuàng)新成果為基礎(chǔ)，遵循安全可靠的運(yùn)行目標(biāo),，針對(duì)系統(tǒng)集成,、車體、轉(zhuǎn)向架,、牽引,、網(wǎng)絡(luò)控制、制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了諸多技術(shù)創(chuàng)新,，實(shí)現(xiàn)了碳纖維材料,、鎂鋁合金、納米材料,、風(fēng)阻制動(dòng)系統(tǒng)等一系列新技術(shù)、新材料的裝車試驗(yàn)驗(yàn)證,。整個(gè)列車的研制歷經(jīng)了兩年多的時(shí)間,。

試驗(yàn)列車完成在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試后，在廠區(qū)內(nèi)一條3.7公里的環(huán)形試驗(yàn)線上進(jìn)行了一個(gè)月可靠性試驗(yàn),，運(yùn)行里程約1000公里,。受線路條件限制最高速度不得超過(guò)時(shí)速30公里，“對(duì)整車,、系統(tǒng)及部件完成了初步可靠性驗(yàn)證”,，工程師告訴記者。

多項(xiàng)新技術(shù)有待驗(yàn)證

高鐵,，是中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,，而更高速列車則是中國(guó)創(chuàng)新能力的又一標(biāo)志性作品。工程師與科學(xué)家渴望上線試驗(yàn)銜接試驗(yàn)臺(tái)的驗(yàn)證結(jié)果,，更加深入地探索超高速列車三大核心技術(shù)理論,，即輪軌技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)性能與弓網(wǎng)關(guān)系,。

對(duì)工程師而言,，諸多項(xiàng)設(shè)計(jì)是無(wú)法在臺(tái)架試驗(yàn)中完成的，更高速列車的三項(xiàng)核心技術(shù)有兩項(xiàng)無(wú)法驗(yàn)證,，即空氣動(dòng)力學(xué)性能與弓網(wǎng)關(guān)系,。

比如，臺(tái)架試驗(yàn)在室內(nèi)完成,，缺少了風(fēng),，則無(wú)法完成空氣動(dòng)力的試驗(yàn)。“更高速列車首要的驗(yàn)證是車的阻力特性,，牽涉到能耗,；其次是升力特性，涉及到脫軌系數(shù),；第三是脈動(dòng)力的大小,，涉及到列車的安全性。還有就是交匯瞬時(shí)風(fēng)的阻力,，以及安全的避讓距離,。從理論上講，目前已有的公式對(duì)400公里與500公里的車應(yīng)該是適用的,，就研究和印證來(lái)說(shuō),，這些都是需要通過(guò)線上試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證?！睏顕?guó)偉說(shuō),。另外，即便是雙向滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái),，也無(wú)法完成受電弓與接觸網(wǎng)的受流試驗(yàn),。

對(duì)做基礎(chǔ)理論研究的科學(xué)家而言，他們希望驗(yàn)證共性關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)理論機(jī)理,。以脫軌系數(shù)為例,，車輛運(yùn)行時(shí)，在線路狀況,、運(yùn)用條件,、車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)和裝載等因素最不利的組合條件下可能導(dǎo)致車輪脫軌，評(píng)定防止車輪脫軌穩(wěn)定性的指標(biāo)叫脫軌系數(shù),，這個(gè)系數(shù)越大越容易脫軌,。

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，0.8作為脫軌安全性的指標(biāo),?！暗俏覀儗?duì)高速列車試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，列車在線上以480公里的速度,，脫軌系數(shù)只有0.1-0.2左右,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.8。如果以每小時(shí)550公里的速度,，實(shí)際運(yùn)行時(shí)的脫軌系數(shù)是多少,？它涉及到高速基礎(chǔ)力學(xué)的研究。全球范圍的科學(xué)家們一直希望破解脫軌系數(shù)之謎,?！鞭D(zhuǎn)向架高級(jí)工程師馬利軍說(shuō),。

帶動(dòng)行業(yè)發(fā)展

本世紀(jì)是高鐵的時(shí)代。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在2011年國(guó)情咨文中表示,，“沒(méi)有理由讓歐洲和中國(guó)擁有最快的鐵路”,，奧巴馬強(qiáng)烈意識(shí)到，高鐵將是重塑美國(guó)全球競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)制高點(diǎn),?！凹夹g(shù)上一定是要搶占制高點(diǎn)，誰(shuí)有搶占技術(shù)的制高點(diǎn)的能力,，誰(shuí)就有帶動(dòng)行業(yè)發(fā)展的能力,。以技術(shù)的先進(jìn)性驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)的需求，這是全球市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的規(guī)律,?！绷航ㄓ⒄f(shuō)。

2007年法國(guó)TGV創(chuàng)造“全球第一速”,，以抗衡德國(guó)磁懸浮列車搶占市場(chǎng)的挑戰(zhàn),。“法國(guó)正是因?yàn)樵诼飞吓芰?70多公里,，給世界各國(guó)明確的信號(hào),，我的技術(shù)是可行的。從此之后,，世界高鐵市場(chǎng)法國(guó)成為佼佼者,?！睏顕?guó)偉說(shuō),。中國(guó)高鐵駛向世界的腳步正在提速，說(shuō)明高速仍舊是趨勢(shì),。探索500公里以上超高速列車的技術(shù),，既是一項(xiàng)前瞻性的研究，也是拓展國(guó)際市場(chǎng)的技術(shù)儲(chǔ)備,。

技術(shù)的成熟需要積淀,，而市場(chǎng)的拓展則是瞬間的外延。中國(guó)高鐵從2004年開(kāi)始,，經(jīng)過(guò)9年的時(shí)間,，從引進(jìn)、消化,、吸收到如今技術(shù)的全面領(lǐng)先,，更高速試驗(yàn)列車的研制是技術(shù)縱向發(fā)展的制高點(diǎn)，只有掌握技術(shù)的制高點(diǎn),，才能夠使技術(shù)縱向與橫向相互傳遞,，覆蓋市場(chǎng)的面積遞增,。“這個(gè)試驗(yàn)列車它的基礎(chǔ)是在CRH380A技術(shù)向上拓展的,，而城際列車則是向下的拓展,。高鐵這么多年的技術(shù)創(chuàng)新，其技術(shù)先進(jìn)性已經(jīng)向上下游產(chǎn)品傳遞,?！绷航ㄓ⒄f(shuō)。

對(duì)技術(shù)的追求并未停止,。為了更好地理解空氣動(dòng)力學(xué)的作用關(guān)系,，南車四方股份公司正在計(jì)劃籌建一個(gè)小規(guī)模的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室?！半m然我們是一個(gè)工程單位,，但是我們需要自己去突破，掌握和積淀一些新技術(shù),，想為以后留下點(diǎn)什么,。”梁建英對(duì)記者說(shuō),。

對(duì)更高速試驗(yàn)列車的線路驗(yàn)證,，國(guó)家有關(guān)方面給予了充分的關(guān)注，列車的上線試驗(yàn)工作已在全面展開(kāi),，列車的各項(xiàng)技術(shù)性能將在線路試驗(yàn)中得到進(jìn)一步驗(yàn)證,。整個(gè)過(guò)程將分階段實(shí)施，會(huì)一步步獲取各種技術(shù)參數(shù),?！拔覀兤谂嗡蟹浅：玫谋憩F(xiàn)，讓全世界都進(jìn)一步了解中國(guó)高鐵技術(shù),?！惫こ處焸冋f(shuō)。