來了！全球跑得最快的高鐵。

　　12月29日，CR450動車組樣車在北京正式發(fā)布，該動車組試驗速度可達(dá)450公里/小時，運(yùn)營速度可達(dá)400公里/小時。

　　CR450動車組，蘊(yùn)含著哪些高科技？將帶來怎樣的新體驗？高鐵技術(shù)領(lǐng)跑全球，中國鐵路如何做到？

　　時速提高，但制動距離、能耗、噪聲不變

　　時速提升50公里，CR450動車組靠什么？

　　動力更強(qiáng)——

　　眾所周知，高鐵跑得快，靠的是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。為了提升能量轉(zhuǎn)換的效率，CR450動車組采用永磁牽引電機(jī)，轉(zhuǎn)換效率較CR400動車組異步牽引電機(jī)提升3%以上。

　　阻力更小——

　　高速飛馳的列車，氣動阻力隨速度的平方增長，提速至?xí)r速400公里，阻力會增加30%。可以說，牽引電機(jī)產(chǎn)生的能量大部分都消耗在與空氣的“對抗”中。通過優(yōu)化設(shè)計，CR450動車組實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)行阻力降低22%。

　　體重更輕——

　　高鐵行駛，輕裝上陣很關(guān)鍵。采用碳纖維復(fù)合材料、鎂合金等新型材料，應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，CR450動車組整車較以往減重10%以上。

　　性能更優(yōu)——

　　對動車組列車而言，跑得快，還得停得下。從時速400公里到速度為0，CR450動車組只需要6500米。這一數(shù)字，與CR400動車組制動距離一致，做到了運(yùn)營速度提升，制動距離不變。

　　正是憑借這些優(yōu)異的性能，CR450動車組可以做到時速提升50公里，能耗不變。8編組的CR450動車組列車，在時速400公里運(yùn)行工況下每公里只耗電22至23千瓦時，保證了其投入商業(yè)運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性、綠色性。

　　CR450動車組還有許多讓人眼前一亮的設(shè)計：

　　更智能。CR450動車組配有智能監(jiān)測、智能診斷系統(tǒng)，全列4000多個監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時收集軸溫、壓力等數(shù)據(jù)，做到自感知、自診斷、自決策。

　　不僅如此，CR450動車組創(chuàng)新采用了時間敏感網(wǎng)傳輸信號，實(shí)時傳輸性能提升10倍。“時間敏感網(wǎng)的使用，讓動車組列車各系統(tǒng)間的信息交互更及時、控制精準(zhǔn)度更高。”鐵科院集團(tuán)公司首席研究員趙紅衛(wèi)說。

　　更靜音。噪聲直接關(guān)乎乘坐舒適度。理論計算顯示，時速提升50公里，通常會給列車帶來2至3分貝的噪聲增量。但CR450動車組實(shí)現(xiàn)客室內(nèi)噪聲降低2分貝，整體噪聲水平與既有動車組時速350公里運(yùn)行時相當(dāng)。

　　更舒適。仔細(xì)觀察CR450動車組，為了“瘦身”，它身高從4.05米下降到3.85米，但步入車廂內(nèi)部，客室高度卻不變。通過集成化、小型化設(shè)計，CR450動車組旅客使用面積增加4%，大件行李存放區(qū)域增加一倍。

　　更多樣。燈光，可隨著室外環(huán)境自動調(diào)節(jié)亮度；無接觸式衛(wèi)生間，可“空中按鍵”；新增加家庭包間、多功能間等多樣選擇……“我們致力于為旅客提供多樣化、便利化、個性化服務(wù)，讓乘坐體驗更好。”國鐵集團(tuán)機(jī)輛部技術(shù)處副處長任廣強(qiáng)說。

　　首次建立運(yùn)營時速400公里動車組列車標(biāo)準(zhǔn)體系

　　CR450動車組列車的研制，是一次實(shí)實(shí)在在的“無人區(qū)”探索。

　　——這考驗的是原始創(chuàng)新的能力。

　　CR450動車組列車應(yīng)該是什么樣的？技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該如何確定？各關(guān)鍵部件應(yīng)該達(dá)到怎樣的水平？如何保障安全？

　　2018年國鐵集團(tuán)啟動了運(yùn)營時速400公里高鐵基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究；2021年正式開始研發(fā)；2022年發(fā)布總體技術(shù)條件，開展大量仿真計算和地面臺架試驗，在鄭萬、濟(jì)鄭高鐵開展技術(shù)條件參數(shù)試驗，在彌蒙、福廈高鐵開展新技術(shù)部件換裝試驗；2024年正式啟動樣車生產(chǎn)……

　　“在此過程中，我們建立和完善了試驗探索與迭代研發(fā)相結(jié)合的攻關(guān)機(jī)制。”國鐵集團(tuán)科技和信息化部裝備技術(shù)處處長李永恒介紹，20余萬公里的線路試驗積累了大量數(shù)據(jù)，再加上千余項仿真計算、千余項地面臺架試驗，共同支撐CR450動車組設(shè)計方案的完成。

　　——這考驗的是對邊界極限的探索。

　　“CR450動車組項目在世界上首次通過實(shí)際線路試驗來確定邊界條件并驗證頂層指標(biāo)，從需求出發(fā)制定項目的技術(shù)條件。”鐵科院集團(tuán)公司機(jī)輛所所長張波介紹。

　　研發(fā)團(tuán)隊先后完成100多項試驗，探知列車速度提升相關(guān)參數(shù)變化規(guī)律，獲取了不同速度條件及橋梁、隧道、曲線等不同工況環(huán)境下的數(shù)據(jù)特征，為CR450動車組研制打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

　　——這考驗的是多學(xué)科、多領(lǐng)域的協(xié)同能力。

　　在CR450動車組的研制過程中，技術(shù)指標(biāo)間存在著許多約束，例如跑得快與停得住。多重技術(shù)指標(biāo)約束，每一個細(xì)節(jié)方案的確定都必須優(yōu)中選優(yōu)。

　　以減重為例，速度更快，動車組的“筋骨”就必須更強(qiáng)壯，才能保證安全。但為了降低能耗、減少制動距離，動車組又必須盡量瘦身？

　　怎么辦？承力部位，加強(qiáng)；不承力部位，減重。“為了減重，小到電纜線，大到車體、轉(zhuǎn)向架，所有的部件都要稱重，達(dá)標(biāo)才能組裝。”中車四方副總工程師陶桂東說。

　　牽引系統(tǒng)，在保證功率提升的基礎(chǔ)上，減重15%；制動系統(tǒng)，在滿足更高制動要求基礎(chǔ)上，減重10%；車體減重10%……最終，CR450實(shí)現(xiàn)了整體減重10%、“瘦身”50噸的目標(biāo)。

　　首次使用轉(zhuǎn)向架包覆結(jié)構(gòu)、首次使用時間敏感網(wǎng)、首次使用永磁牽引電機(jī)……通過CR450動車組樣車的研制，中國在全球范圍內(nèi)首次建立起商業(yè)運(yùn)營時速400公里動車組的標(biāo)準(zhǔn)體系。

　　橫跨產(chǎn)學(xué)研，深度融合、協(xié)同創(chuàng)新

　　一列高速動車組列車，零部件超4萬個。

　　“CR450動車組是我國科技創(chuàng)新和高端裝備制造實(shí)力的綜合展現(xiàn)。”李永恒說。

　　這是新型舉國體制強(qiáng)大優(yōu)勢的最佳體現(xiàn)。

　　CR450動車組的研發(fā)團(tuán)隊是一個橫跨產(chǎn)學(xué)研的創(chuàng)新聯(lián)合體。

　　國鐵集團(tuán)牽頭，中國中車、中國通號等眾多企業(yè)，鐵科院、中國科學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)，北京交通大學(xué)、中南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校，各機(jī)構(gòu)深度融合、協(xié)同創(chuàng)新。

　　就拿降噪的研發(fā)來說，中國科學(xué)院聲學(xué)所研究員隋富生分析，噪聲既有氣動噪聲，也有輪軌振動噪聲，頻率范圍廣，速度的提升和輕量化的設(shè)計給噪聲控制帶來很大挑戰(zhàn)。

　　不同的噪聲，需要不同的解決方案。中車四方聯(lián)合船舶研究所，解決低頻振動噪聲問題；中車長客聯(lián)合西南交大，在整車級聲學(xué)實(shí)驗室開展了10余次試驗……

　　最終，花了1年半時間進(jìn)行新材料新結(jié)構(gòu)噪聲試驗，測試了300余種降噪方案，研發(fā)團(tuán)隊通過分車、分區(qū)、分頻的降噪方案，讓CR450動車組客室內(nèi)噪聲降低2分貝。

　　這是產(chǎn)業(yè)體系配套完整供給優(yōu)勢的最好例證。

　　一列動車組列車，從研發(fā)、制造到運(yùn)維服務(wù)，設(shè)計生產(chǎn)動車組零部件的主要企業(yè)超100家、參與企業(yè)超2100家。“僅僅是牽引系統(tǒng)，就有近40家配套企業(yè)參與研發(fā)，涉及材料、制造、試驗等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)。”中國中車首席科學(xué)家馮江華說。

　　減重，用到了碳纖維復(fù)合材料、鎂合金等新型材料；降噪，用到了地板減振器、聲學(xué)超材料共振單元、聲學(xué)超構(gòu)吸聲間壁、高阻尼內(nèi)飾板等新材料新結(jié)構(gòu)；牽引電機(jī)，使用了高水平國產(chǎn)化絕緣材料……

　　這是擁有大量高素質(zhì)勞動者人才優(yōu)勢的最好證明。

　　研發(fā)過程中，一大批科研工作者矢志創(chuàng)新，攻克一個又一個難關(guān)。

　　全身降阻，深入挖潛。到底哪里最能降低空氣阻力？研發(fā)人員通過大量仿真和試驗，分析車輛不同部位受到的空氣阻力，探索各個部位減阻的理論極限值。

　　“最終，我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架區(qū)域還有很大的減阻潛力。”中車長客副總工程師朱彥介紹，可是轉(zhuǎn)向架是動車組列車的腿，承擔(dān)著負(fù)重、牽引、制動、減振等任務(wù)，減阻如何進(jìn)行？

　　通過無數(shù)個日夜的仿真試驗，研發(fā)人員終于逐步掌握轉(zhuǎn)向架區(qū)域復(fù)雜流場的運(yùn)行規(guī)律，創(chuàng)新提出包覆結(jié)構(gòu)。“包覆結(jié)構(gòu)相當(dāng)于給轉(zhuǎn)向架穿上了‘褲子’，既要考慮減阻效果，又要兼顧散熱、強(qiáng)度和剛度等多重目標(biāo)，設(shè)計上是個很大挑戰(zhàn)。”北京交通大學(xué)教授王文靜介紹。

　　制造過程中，大國工匠們精益求精，匠心筑夢。

　　“CR450樣車車體采用了更輕量化的長大薄壁鋁合金型材，車身更輕，強(qiáng)度要求更高，對車體的焊接制造提出了極大挑戰(zhàn)。”中車四方首席工藝師韓曉輝說，為此，產(chǎn)線首次引入激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)，使車體連接強(qiáng)度提高20%，平面度提高3到5倍。

　　國鐵集團(tuán)有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，下一步將安排CR450動車組樣車開展一系列線路試驗和考核，進(jìn)一步檢驗各項性能指標(biāo)，爭取早日投入商業(yè)運(yùn)營。

　　（相關(guān)報道見第八版）

　　《 人民日報 》（ 2024年12月30日 02 版）

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