中国高铁驶向世界

赵忆宁

目前，世界上最快高铁时速为574.8公里，由法国高速列车TGV在2007年4月3日创造。而中国南车制造的CIT500型的试验速度，最高已达到605公里/小时。这样的速度，正带领中国高铁驶向世界。

时速605公里的更高速列车

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，这列台架设计时速为5D0公里、试验时速达到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7次方案讨论会。实验过程中，100～200公里时一点都没让在场的人担心，车速上了550公里以上大家心情开始激动，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。

当时速提升到605公里的时候，试验没有马上停止，而是保持速度运行了10分钟，这相当于在地面上行驶了100.8公里。

技术难点比飞机多

高铁就像一架飞机在不停地起降。

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。

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和谐号CRH380A相比，技术的边界条件必须清晰。

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公里行驶时，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。空气阻力和列车运行速度的平方咸近似正比关系，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。

“箭”可与民航客机PK

空气阻力受三大因素影响，一是车头迎风受到的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80余种三维数字模型，开展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头型并分别做了风动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。

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。正是有了我国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。

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，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。

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。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。

近万名科研人员参与技术创新

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，参与高铁研究的科技工作者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。

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。2007年4月3日，法国TGV在线路上创造574.8公里/小时的试验最高速度，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一枣庄，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而言，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极大影响。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的可靠性试验，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。”一位工程师介绍说。endprint

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。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。但是利研人员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。

让世界史加了解中国高铁

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。

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。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。

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。

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并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。（责任编辑/任玉梅）endprint