來(lái)了！全球跑得最快的高鐵。

　　12月29日，CR450動(dòng)車(chē)組樣車(chē)在北京正式發(fā)布，該動(dòng)車(chē)組試驗速度可達450公里/小時(shí)，運營(yíng)速度可達400公里/小時(shí)。

　　CR450動(dòng)車(chē)組，蘊含著(zhù)哪些高科技？將帶來(lái)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(shí)速提高，但制動(dòng)距離、能耗、噪聲不變

　　時(shí)速提升50公里，CR450動(dòng)車(chē)組靠什么？

　　動(dòng)力更強——

　　眾所周知，高鐵跑得快，靠的是將電能轉化為機械能。為了提升能量轉換的效率，CR450動(dòng)車(chē)組采用永磁牽引電機，轉換效率較CR400動(dòng)車(chē)組異步牽引電機提升3%以上。

　　阻力更小——

　　高速飛馳的列車(chē)，氣動(dòng)阻力隨速度的平方增長(cháng)，提速至時(shí)速400公里，阻力會(huì )增加30%?？梢哉f(shuō)，牽引電機產(chǎn)生的能量大部分都消耗在與空氣的“對抗”中。通過(guò)優(yōu)化設計，CR450動(dòng)車(chē)組實(shí)現整車(chē)運行阻力降低22%。

　　體重更輕——

　　高鐵行駛，輕裝上陣很關(guān)鍵。采用碳纖維復合材料、鎂合金等新型材料，應用拓撲優(yōu)化技術(shù)，CR450動(dòng)車(chē)組整車(chē)較以往減重10%以上。

　　性能更優(yōu)——

　　對動(dòng)車(chē)組列車(chē)而言，跑得快，還得停得下。從時(shí)速400公里到速度為0，CR450動(dòng)車(chē)組只需要6500米。這一數字，與CR400動(dòng)車(chē)組制動(dòng)距離一致，做到了運營(yíng)速度提升，制動(dòng)距離不變。

　　正是憑借這些優(yōu)異的性能，CR450動(dòng)車(chē)組可以做到時(shí)速提升50公里，能耗不變。8編組的CR450動(dòng)車(chē)組列車(chē)，在時(shí)速400公里運行工況下每公里只耗電22至23千瓦時(shí)，保證了其投入商業(yè)運營(yíng)的經(jīng)濟性、綠色性。

　　CR450動(dòng)車(chē)組還有許多讓人眼前一亮的設計：

　　更智能。CR450動(dòng)車(chē)組配有智能監測、智能診斷系統，全列4000多個(gè)監測點(diǎn)實(shí)時(shí)收集軸溫、壓力等數據，做到自感知、自診斷、自決策。

　　不僅如此，CR450動(dòng)車(chē)組創(chuàng )新采用了時(shí)間敏感網(wǎng)傳輸信號，實(shí)時(shí)傳輸性能提升10倍?！皶r(shí)間敏感網(wǎng)的使用，讓動(dòng)車(chē)組列車(chē)各系統間的信息交互更及時(shí)、控制精準度更高?！辫F科院集團公司首席研究員趙紅衛說(shuō)。

　　更靜音。噪聲直接關(guān)乎乘坐舒適度。理論計算顯示，時(shí)速提升50公里，通常會(huì )給列車(chē)帶來(lái)2至3分貝的噪聲增量。但CR450動(dòng)車(chē)組實(shí)現客室內噪聲降低2分貝，整體噪聲水平與既有動(dòng)車(chē)組時(shí)速350公里運行時(shí)相當。

　　更舒適。仔細觀(guān)察CR450動(dòng)車(chē)組，為了“瘦身”，它身高從4.05米下降到3.85米，但步入車(chē)廂內部，客室高度卻不變。通過(guò)集成化、小型化設計，CR450動(dòng)車(chē)組旅客使用面積增加4%，大件行李存放區域增加一倍。

　　更多樣。燈光，可隨著(zhù)室外環(huán)境自動(dòng)調節亮度；無(wú)接觸式衛生間，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(gè)性化服務(wù)，讓乘坐體驗更好?！眹F集團機輛部技術(shù)處副處長(cháng)任廣強說(shuō)。

　　首次建立運營(yíng)時(shí)速400公里動(dòng)車(chē)組列車(chē)標準體系

　　CR450動(dòng)車(chē)組列車(chē)的研制，是一次實(shí)實(shí)在在的“無(wú)人區”探索。

　　——這考驗的是原始創(chuàng )新的能力。

　　CR450動(dòng)車(chē)組列車(chē)應該是什么樣的？技術(shù)指標應該如何確定？各關(guān)鍵部件應該達到怎樣的水平？如何保障安全？

　　2018年國鐵集團啟動(dòng)了運營(yíng)時(shí)速400公里高鐵基礎理論和關(guān)鍵技術(shù)研究；2021年正式開(kāi)始研發(fā)；2022年發(fā)布總體技術(shù)條件，開(kāi)展大量仿真計算和地面臺架試驗，在鄭萬(wàn)、濟鄭高鐵開(kāi)展技術(shù)條件參數試驗，在彌蒙、福廈高鐵開(kāi)展新技術(shù)部件換裝試驗；2024年正式啟動(dòng)樣車(chē)生產(chǎn)……

　　“在此過(guò)程中，我們建立和完善了試驗探索與迭代研發(fā)相結合的攻關(guān)機制?！眹F集團科技和信息化部裝備技術(shù)處處長(cháng)李永恒介紹，20余萬(wàn)公里的線(xiàn)路試驗積累了大量數據，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(dòng)車(chē)組設計方案的完成。

　　——這考驗的是對邊界極限的探索。

　　“CR450動(dòng)車(chē)組項目在世界上首次通過(guò)實(shí)際線(xiàn)路試驗來(lái)確定邊界條件并驗證頂層指標，從需求出發(fā)制定項目的技術(shù)條件?！辫F科院集團公司機輛所所長(cháng)張波介紹。

　　研發(fā)團隊先后完成100多項試驗，探知列車(chē)速度提升相關(guān)參數變化規律，獲取了不同速度條件及橋梁、隧道、曲線(xiàn)等不同工況環(huán)境下的數據特征，為CR450動(dòng)車(chē)組研制打下堅實(shí)基礎。

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

　　在CR450動(dòng)車(chē)組的研制過(guò)程中，技術(shù)指標間存在著(zhù)許多約束，例如跑得快與停得住。多重技術(shù)指標約束，每一個(gè)細節方案的確定都必須優(yōu)中選優(yōu)。

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

　　怎么辦？承力部位，加強；不承力部位，減重?！盀榱藴p重，小到電纜線(xiàn)，大到車(chē)體、轉向架，所有的部件都要稱(chēng)重，達標才能組裝?！敝熊?chē)四方副總工程師陶桂東說(shuō)。

　　牽引系統，在保證功率提升的基礎上，減重15%；制動(dòng)系統，在滿(mǎn)足更高制動(dòng)要求基礎上，減重10%；車(chē)體減重10%……最終，CR450實(shí)現了整體減重10%、“瘦身”50噸的目標。

　　首次使用轉向架包覆結構、首次使用時(shí)間敏感網(wǎng)、首次使用永磁牽引電機……通過(guò)CR450動(dòng)車(chē)組樣車(chē)的研制，中國在全球范圍內首次建立起商業(yè)運營(yíng)時(shí)速400公里動(dòng)車(chē)組的標準體系。

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

　　一列高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)，零部件超4萬(wàn)個(gè)。

　　“CR450動(dòng)車(chē)組是我國科技創(chuàng )新和高端裝備制造實(shí)力的綜合展現?！崩钣篮阏f(shuō)。

　　這是新型舉國體制強大優(yōu)勢的最佳體現。

　　CR450動(dòng)車(chē)組的研發(fā)團隊是一個(gè)橫跨產(chǎn)學(xué)研的創(chuàng )新聯(lián)合體。

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

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

　　不同的噪聲，需要不同的解決方案。中車(chē)四方聯(lián)合船舶研究所，解決低頻振動(dòng)噪聲問(wèn)題；中車(chē)長(cháng)客聯(lián)合西南交大，在整車(chē)級聲學(xué)實(shí)驗室開(kāi)展了10余次試驗……

　　最終，花了1年半時(shí)間進(jìn)行新材料新結構噪聲試驗，測試了300余種降噪方案，研發(fā)團隊通過(guò)分車(chē)、分區、分頻的降噪方案，讓CR450動(dòng)車(chē)組客室內噪聲降低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(dòng)車(chē)組列車(chē)，從研發(fā)、制造到運維服務(wù)，設計生產(chǎn)動(dòng)車(chē)組零部件的主要企業(yè)超100家、參與企業(yè)超2100家?！皟H僅是牽引系統，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)節企業(yè)?！敝袊熊?chē)首席科學(xué)家馮江華說(shuō)。

　　減重，用到了碳纖維復合材料、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)超構吸聲間壁、高阻尼內飾板等新材料新結構；牽引電機，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(dòng)者人才優(yōu)勢的最好證明。

　　研發(fā)過(guò)程中，一大批科研工作者矢志創(chuàng )新，攻克一個(gè)又一個(gè)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(guò)大量仿真和試驗，分析車(chē)輛不同部位受到的空氣阻力，探索各個(gè)部位減阻的理論極限值。

　　“最終，我們發(fā)現轉向架區域還有很大的減阻潛力?！敝熊?chē)長(cháng)客副總工程師朱彥介紹，可是轉向架是動(dòng)車(chē)組列車(chē)的腿，承擔著(zhù)負重、牽引、制動(dòng)、減振等任務(wù)，減阻如何進(jìn)行？

　　通過(guò)無(wú)數個(gè)日夜的仿真試驗，研發(fā)人員終于逐步掌握轉向架區域復雜流場(chǎng)的運行規律，創(chuàng )新提出包覆結構?！鞍步Y構相當于給轉向架穿上了‘褲子’，既要考慮減阻效果，又要兼顧散熱、強度和剛度等多重目標，設計上是個(gè)很大挑戰?！北本┙煌ù髮W(xué)教授王文靜介紹。

　　制造過(guò)程中，大國工匠們精益求精，匠心筑夢(mèng)。

　　“CR450樣車(chē)車(chē)體采用了更輕量化的長(cháng)大薄壁鋁合金型材，車(chē)身更輕，強度要求更高，對車(chē)體的焊接制造提出了極大挑戰?！敝熊?chē)四方首席工藝師韓曉輝說(shuō)，為此，產(chǎn)線(xiàn)首次引入激光電弧復合焊接技術(shù)，使車(chē)體連接強度提高20%，平面度提高3到5倍。

　　國鐵集團有關(guān)負責人介紹，下一步將安排CR450動(dòng)車(chē)組樣車(chē)開(kāi)展一系列線(xiàn)路試驗和考核，進(jìn)一步檢驗各項性能指標，爭取早日投入商業(yè)運營(yíng)。