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450公里/小時，運營速度可達400公里/小時。

CR450動車組，蘊含著哪些高科技？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——

眾所周知，高鐵跑得快，靠的是將電能轉(zhuǎn)化為機械能。為了提升能量轉(zhuǎn)換的效率，CR450動車組采用永磁牽引電機，轉(zhuǎn)換效率較CR400動車組異步牽引電機提升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%?？梢哉f，牽引電機產(chǎn)生的能量大部分都消耗在與空氣的“對抗”中。通過優(yōu)化設(shè)計，CR450動車組實現(xiàn)整車運行阻力降低22%。

體重更輕——

高鐵行駛，輕裝上陣很關(guān)鍵。采用碳纖維復(fù)合材料、鎂合金等新型材料，應(yīng)用拓撲優(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)運營的經(jīng)濟性、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)測點實時收集軸溫、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、控制精準度更高?！辫F科院集團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公里運行時相當(dāng)。

更舒適。仔細觀察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?！眹F集團機輛部技術(shù)處副處長任廣強說。

首次建立運營時速400公里動車組列車標準體系

CR450動車組列車的研制，是一次實實在在的“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)指標應(yīng)該如何確定？各關(guān)鍵部件應(yīng)該達到怎樣的水平？如何保障安全？

2018年國鐵集團啟動了運營時速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)機制?！眹F集團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際線路試驗來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張波介紹。

研發(fā)團隊先后完成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)指標間存在著許多約束，例如跑得快與停得住。多重技術(shù)指標約束，每一個細節(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；不承力部位，減重?！盀榱藴p重，小到電纜線，大到車體、轉(zhuǎn)向架，所有的部件都要稱重，達標才能組裝?！敝熊囁姆礁笨偣こ處熖展饢|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實現(xiàn)了整體減重10%、“瘦身”50噸的目標。

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……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)運營時速400公里動車組的標準體系。

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力的綜合展現(xiàn)?！崩钣篮阏f。

這是新型舉國體制強大優(yōu)勢的最佳體現(xiàn)。

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

國鐵集團牽頭，中國中車、中國通號等眾多企業(yè)，鐵科院、中國科學(xué)院等研究機構(gòu)，北京交通大學(xué)、中南大學(xué)、同濟大學(xué)等高校，各機構(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)實驗室開展了10余次試驗……

最終，花了1年半時間進行新材料新結(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?！皟H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)?！敝袊熊囀紫茖W(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，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?！敝熊囬L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)著負重、牽引、制動、減振等任務(wù)，減阻如何進行？

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)雜流場的運行規(guī)律，創(chuàng)新提出包覆結(jié)構(gòu)?！鞍步Y(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、強度和剛度等多重目標，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，強度要求更高，對車體的焊接制造提出了極大挑戰(zhàn)?！敝熊囁姆绞紫に噹燀n曉輝說，為此，產(chǎn)線首次引入激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)，使車體連接強度提高20%，平面度提高3到5倍。

國鐵集團有關(guān)負責(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，進一步檢驗各項性能指標，爭取早日投入商業(yè)運營。

（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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