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”。