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。