期待！高鐵最高速度在中國

一輛銀灰色超高速試驗列車臥在南車青島四方機車車輛股份有限公司四方車體分廠的鐵軌上，這輛臺架試驗時速達到605公里的列車，在這裡靜靜等待了兩年，採訪時，它甚至還沒有一個名字。

超高速試驗列車

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時速605公里超高速列車臺上試驗

山東，2011年4月18日，6節編組的超高速試驗列車，被兩臺50噸的龍門吊“放置”在巨大的滾動試驗檯上，依靠滾動臺的輪軌帶動車輛的運行。這個試驗檯不僅具有當時世界最高滾動速度——時速600公里，而且可實現雙向式滾動。6節超高速試驗列車由地面2500伏高壓供電系統代替高速列車的受電弓接觸網輸送電力靜態行駛。伴隨著轟鳴聲，超高速列車啟動，經過不到2個小時，最後衝到了時速605公里的超高速。

佩戴降噪耳機的30多位工程技術人員聚集在二層觀察室，注視著滾動臺上方大屏幕上變換的曲線。按照設定的程序，輪軸的時速從啟動開始穩步上升，100公里，200公里，……直到580公里之後改變了提升速度的節奏，輪軸時速繼續上升：585公里，590公里，595公里，600公里，602公里，604公里，605公里！當時速上升到605公里的時候，試驗沒有馬上停止，列車保持該速度運行了10分鐘，相當於在地面上行駛了100.8公里。

技術人員目不轉睛地注視著眼前的操作檯、控制檯和監視臺，收集67個加速傳感器、16個溫度傳感器、7個位移傳感器，以及電流、電壓、噪聲、電磁傳感器發回的數據。“輪軸溫度正常！”他們其中的一個人說道。有人指著屏幕回應：“粘著係數只有0.1！”“輪軸姿態平穩！真是太完美了！”只有36歲的現場指揮梁建英顯得有些激動：“我們成功了！”周圍一群比她更年輕的設計師、工程師情不自禁地相互擁抱。

為了這次試驗，公司組織召開了七次方案討論會。參加試驗的電氣開發部部長焦京海回憶說：“100～200公里時一點擔心都沒有，時速上了550公里以上心情開始激動，到600公里時就開始有點緊張了。”試驗止步於605公里，是因為制定的試驗目標為600公里。“試驗檯改建時，是按600公里設計的，速度再往上衝，擔心對試驗檯不好。”主任設計師李兵解釋說。

坐落在青島四方機車車輛股份有限公司廠區內的高速列車系統集成國家工程實驗室，耗資4.14億元，總佔地面積4萬平方米。這輛由4萬多個零件組成的超高速試驗列車，經過150多項的仿真試驗後，在2011年3月2日到11月20日的8個多月的時間，完成了包括系統集成、結構強度、舒適度和動力學4個領域的15個方面的所有專業測試。工程技術人員獲得了超高速列車不同速度下的動力學性能、電氣牽引性能以及車輛控制性能的數據。

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高鐵就像一架飛機在不停地起降

“高鐵就像一架飛機在不停地起降。”中科院力學所楊國偉研究員這樣說。楊國偉開創了跨聲速非線性氣動彈性研究，為中國高鐵與大飛機研製提供空氣動力與氣動彈性方面的技術支撐。“坐飛機最危險的是起飛和降落，因為會有地面效應，包括建築、風對飛機的激擾，所以飛機設計的難點在起和降的過程。而

民用飛機每小時飛行距離800～900公里，中國研製的超高速列車每小時運行距離在500公里以上。與曾在線上以每小時380公里最高時速運行的CRH380A相比，時速500公里以上高速列車的技術邊界條件必須清晰：“空氣動力學性能的表徵是什麼？安全性保障的動力學特點有哪些？受軌道不平順影響，對振動激擾的響應不斷加大，如何保證舒適的乘車環境？比提高速度更重要的是，能不能很好地停下來？”四方機車技術中心設計主審梁建英說。

在列車高速行駛中，行駛速度的主要抗衡者竟是空氣。列車在運行中需要克服的基本阻力包括車輪與軌道摩擦的機械阻力和空氣阻力。“當列車以每小時200公里的速度行駛的時候，空氣阻力佔總阻力的70%左右，“和諧號”CRH380A在京滬高鐵跑出486.1公里的時速時，空氣阻力超過了總阻力的92%，如果跑到500公里以上，總阻力的95%以上是空氣阻力。”主任設計師李兵說。

空氣阻力的三大影響因素，

一是車頭迎風受到的正面壓力，以及車尾受空氣尾流影響的後拉力；

二是由於空氣黏性作用於車體表面的摩擦阻力；

三是列車底架以及列車表面凹凸結構引起的干擾阻力。

工程師們為降低空氣阻力,以列車頭型減阻為研究的開端。工程師們在對200多種模型進行優化的基礎上，做出20個與實際尺寸比例為1∶20的頭型模型，再通過計算機仿真分析，最終把篩選出的五款車頭模型送到綿陽29基地作風洞試驗，名為“箭”的頭型被選定，其氣動噪聲、氣動阻力參數最優。“從氣動性能來講，‘箭’與民航客機是可以媲美的。”李兵說。

讓數百噸重的超高速列車在線路上飛跑，除了減少空氣阻力外，加大機車的牽引能力是另一個關鍵。

大功率牽引傳動系統的技術研發，具有強大的技術擴散效應，除列車之外還可應用在其他製造領域。“大功率牽引傳動系統的技術具有很好的外延性。除軌道交通領域以外，大功率牽引傳動系統在許多工業傳動領域都有廣泛的應用，比如軋鋼系統、船舶推進系統、石油鑽井系統、電力系統等。”時任南車時代電氣技術中心主任榮智林說。

高速列車運行依靠電能，電力輸送是由受電弓與接觸網接觸完成的，這個過程被稱為“受流”環節。這項技術也是迄今為止技術專家們最關注的技術之一。“雙弓受流”技術曾經是困擾工程技術人員的一個技術難點。“現在看來這個也不太像技術難點了。”梁建英說，“車輛在高速運行時，前弓在取電滑過接觸網時，會形成激擾，產生一個波，造成弓網之間的拉弧，導致下一個受電弓離線的可能性加大，影響車輛的牽引性能。

03

希望最高速度出現在中國

“超高速列車在試驗檯跑到時速605公里，創造了新的速度紀錄，但它不被業界承認，因為不是在線路上跑出來的數據。”李兵說。2007年4月3日，法國TGV在線路上創造了574.8公里/小時的最高試驗速度，目前為止尚未有新的紀錄出現。2010年12月，京滬高鐵棗莊至蚌埠間的先導段聯調聯試和綜合試驗中，CRH380A達到最高時速486.1公里，沒有超過法國的紀錄。中國超高速列車超越全球第一速，條件已經具備，只欠東風——上線試驗。

按照原來的計劃，2011年4月完成超高速列車臺架綜合性能試驗後，將在京滬高鐵棗莊經徐州至蚌埠的路軌上進行線路試驗。100多公里的路軌按照時速500公里以上超高速列車運行需求建設成功，鐵道部為此有明確的試驗方案。

2011年，“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故後，“速度”變成一個高度敏感詞彙，從那時起不再被提起，而是轉為對質量的追求，包括安全性、可靠性、舒適性。事實上，該事故並不是緣於機車的質量問題。而在此前後，原鐵道部部長劉志軍等官員因經濟問題落馬，對中國高鐵發展造成更大的陰影：兩年來，沒有新的線路開通，生產企業沒有獲得新的國內訂單。因為這意想不到的外部衝擊，超高速列車的線上試驗計劃從那時起被擱置了整整兩年。

超高速試驗列車從它離開試驗平臺後，面臨著不可能再有線路試驗的尷尬：隨著上線試驗計劃被擱置以及京滬線的開通，路軌重新按照適合380公里/小時的速度做了調整。一列超高速試驗列車沒有地方可以上線做試驗了。新車試驗需要一條新的線路，而在新線建成之後、開通之前必須進行聯合試驗，包括線路狀態檢測、信號系統檢測、車輛系統入網匹配。空車在線上進行達通試驗，要持續數月。

圍繞四方廠區，有一條3.7公里的閉合環形試驗鐵路。這輛有可能創造世界最高時速的列車，在這條線上以每小時不超過30公里的速度不停地跑，它跑了一個月，總里程約1000公里。之後，超高速列車就在那條鐵軌上靜臥等待，難免使人有“蛟龍無水困沙灘”“只盼伯樂識良馬”的感慨。工程師告訴記者：“我們只能做諸如部件可靠性的驗證。”

04

多項創新技術等待上線驗證

速度代表技術發展的綜合實力。如同中國“兩彈一星”的研製，超高速列車的研製也可謂舉全國之力，有2萬名科研人員、5萬名工程技術人員參與超高速列車的研製。“我們當然希望最高速度能夠出現在中國，由我們國家的車輛突破法國570多公里的時速值，讓全世界認可中國的高鐵技術。”梁建英說。“一旦給我們機會上線路試，不一定非要高速，哪怕就跑到350公里/小時，我們也可以驗證新技術的應用情況，包括大功率牽引系統、網絡系統以及控制系統。觀察狀態，獲得參數，這對我們很重要。”李兵說。

高鐵是中國戰略性新興產業之一，而超高速列車則是中國體現原創能力的標誌性作品。工程師與科學家們渴望上線試驗驗證試驗檯的試驗結果，更加深入地探索中國超高速列車三大核心技術，即輪軌技術、空氣動力學性能與弓網關係。

對工程師而言，多項設計的驗證是無法在臺架試驗中完成的，超高速列車的三項核心技術有兩項無法驗證，即空氣動力學性能與弓網關係。比如，臺架試驗在室內完成，缺少了風，則無法完成與空氣動力相關的試驗。“超高速列車需要驗證的首先是車的阻力特性，這牽涉到能耗；其次是升力特性，這涉及脫軌係數；再次是脈動力的大小，這涉及列車的安全性；最後是交匯瞬時風的阻力，以及安全的避讓距離。

對做基礎理論研究的科學家而言，他們希望驗證共性關鍵技術的基礎理論和機理。以脫軌係數為例，車輛運行時，在線路狀況、運用條件、車輛結構參數和裝載等因素最不利的組合條件下可能導致車輪脫軌，評定防止車輪脫軌穩定性的指標叫脫軌係數，這個係數越大越容易脫軌。根據國際標準，脫軌安全性的標準是0.8。“但是我們對高速列車做試驗時發現，列車在線上每小時480公里的速度，脫軌係數只有0.1～0.2，遠遠小於0.8。如果每小時550公里的速度，實際運行時的脫軌係數是多少？為什麼速度越快脫軌係數越小？它涉及高速基礎力學的研究。全球範圍的科學家們一直希望破解脫軌係數之謎。”轉向架高級工程師馬利軍說。

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搶佔技術制高點，帶動行業發展

本世紀是高鐵的世紀。美國前總統奧巴馬在2011年國情諮文中表示：“沒有理由讓歐洲和中國擁有最快的鐵路。”奧巴馬強烈意識到，高鐵將是重塑美國全球競爭力的技術制高點。“技術上一定要搶佔制高點，誰有搶佔技術制高點的能力，誰就有帶動行業發展的能力。以技術的先進性驅動市場的需求，這是全球市場經濟競爭的規律。”梁建英說。

2007年法國TGV創造“全球第一速”，以應對德國磁懸浮列車搶佔市場的挑戰。“法國TGV的列車在線路上跑出了570多公里/小時，正是這一點給世界各國發出明確的信號——‘我的技術是可行的’。從此之後，世界高鐵市場中法國高鐵賣得最好。”楊國偉說。中國高鐵駛向世界的車輪正在提速，說明高速仍舊是趨勢。探索時速500公里以上超高速列車的技術，既是一項前瞻性的研究，也是拓展國際市場的技術儲備。

技術的成熟需要積澱，而市場的拓展則是瞬間的延伸。中國高鐵2004年引進日本川崎E2-1000原車，經過9年的時間，從引進、消化、吸收到如今技術全面領先，超高速試驗列車的研製是技術縱向發展的制高點。只有掌握技術的制高點，才能夠實現技術縱向與橫向相互傳遞，不斷拓寬市場覆蓋面。“實際上500公里以上超高速列車的研發，是在CRH380A的技術基礎上向上的拓展，而城際列車則是向下的拓展。高鐵行業這麼多年積累的技術創新，已經傳遞給地鐵製造。”梁建英說。

高鐵人對技術的追求並未停止。為了更好地理解空氣動力學的作用關係，四方機車正在計劃籌建一個小規模的風洞實驗室。“雖然我們是一個工程單位，但是我們需要自己去突破、掌握和積澱一些新技術，我們想為後人留下點什麼。”梁建英對記者說。

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