跑得最快的高鐵，CR450來了！（經濟新方位）
本報記者 李心萍
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佈，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，蘊含着哪些高科技？將帶來怎樣的新體驗？高鐵技術領跑全球，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動車組靠什麼？
動力更強——
衆所周知，高鐵跑得快，靠的是將電能轉化爲機械能。爲了提升能量轉換的效率，CR450動車組採用永磁牽引電機，轉換效率較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，提速至時速400公里，阻力會增加30%。可以說，牽引電機產生的能量大部分都消耗在與空氣的“對抗”中。通過優化設計，CR450動車組實現整車運行阻力降低22%。
體重更輕——
高鐵行駛，輕裝上陣很關鍵。採用碳纖維複合材料、鎂合金等新型材料，應用拓撲優化技術，CR450動車組整車較以往減重10%以上。
性能更優——
對動車組列車而言，跑得快，還得停得下。從時速400公里到速度爲0，CR450動車組只需要6500米。這一數字，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。
正是憑藉這些優異的性能，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，保證了其投入商業運營的經濟性、綠色性。
CR450動車組還有許多讓人眼前一亮的設計：
更智能。CR450動車組配有智能監測、智能診斷系統，全列4000多個監測點實時收集軸溫、壓力等數據，做到自感知、自診斷、自決策。
不僅如此，CR450動車組創新採用了時間敏感網傳輸信號，實時傳輸性能提升10倍。“時間敏感網的使用，讓動車組列車各系統間的信息交互更及時、控制精準度更高。”鐵科院集團公司首席研究員趙紅衛說。
更靜音。噪聲直接關乎乘坐舒適度。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動車組實現客室內噪聲降低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。
更舒適。仔細觀察CR450動車組，爲了“瘦身”，它身高從4.05米下降到3.85米，但步入車廂內部，客室高度卻不變。通過集成化、小型化設計，CR450動車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，可隨着室外環境自動調節亮度；無接觸式衛生間，可“空中按鍵”；新增加家庭包間、多功能間等多樣選擇……“我們致力於爲旅客提供多樣化、便利化、個性化服務，讓乘坐體驗更好。”國鐵集團機輛部技術處副處長任廣強說。
首次建立運營時速400公里動車組列車標準體系
CR450動車組列車的研製，是一次實實在在的“無人區”探索。
——這考驗的是原始創新的能力。
CR450動車組列車應該是什麼樣的？技術指標應該如何確定？各關鍵部件應該達到怎樣的水平？如何保障安全？
2018年國鐵集團啓動了運營時速400公里高鐵基礎理論和關鍵技術研究；2021年正式開始研發；2022年發佈總體技術條件，開展大量仿真計算和地面臺架試驗，在鄭萬、濟鄭高鐵開展技術條件參數試驗，在彌矇、福廈高鐵開展新技術部件換裝試驗；2024年正式啓動樣車生產……
“在此過程中，我們建立和完善了試驗探索與迭代研發相結合的攻關機制。”國鐵集團科技和信息化部裝備技術處處長李永恆介紹，20餘萬公里的線路試驗積累了大量數據，再加上千餘項仿真計算、千餘項地面臺架試驗，共同支撐CR450動車組設計方案的完成。
——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並驗證頂層指標，從需求出發制定項目的技術條件。”鐵科院集團公司機輛所所長張波介紹。
研發團隊先後完成100多項試驗，探知列車速度提升相關參數變化規律，獲取了不同速度條件及橋樑、隧道、曲線等不同工況環境下的數據特徵，爲CR450動車組研製打下堅實基礎。
——這考驗的是多學科、多領域的協同能力。
在CR450動車組的研製過程中，技術指標間存在着許多約束，例如跑得快與停得住。多重技術指標約束，每一個細節方案的確定都必須優中選優。
以減重爲例，速度更快，動車組的“筋骨”就必須更強壯，才能保證安全。但爲了降低能耗、減少制動距離，動車組又必須儘量瘦身？
怎麼辦？承力部位，加強；不承力部位，減重。“爲了減重，小到電纜線，大到車體、轉向架，所有的部件都要稱重，達標才能組裝。”中車四方副總工程師陶桂東說。
牽引系統，在保證功率提升的基礎上，減重15%；制動系統，在滿足更高制動要求基礎上，減重10%；車體減重10%……最終，CR450實現了整體減重10%、“瘦身”50噸的目標。
首次使用轉向架包覆結構、首次使用時間敏感網、首次使用永磁牽引電機……通過CR450動車組樣車的研製，中國在全球範圍內首次建立起商業運營時速400公里動車組的標準體系。
橫跨產學研，深度融合、協同創新
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新和高端裝備製造實力的綜合展現。”李永恆說。
這是新型舉國體制強大優勢的最佳體現。
CR450動車組的研發團隊是一個橫跨產學研的創新聯合體。
國鐵集團牽頭，中國中車、中國通號等衆多企業，鐵科院、中國科學院等研究機構，北京交通大學、中南大學、同濟大學等高校，各機構深度融合、協同創新。
就拿降噪的研發來說，中國科學院聲學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，頻率範圍廣，速度的提升和輕量化的設計給噪聲控制帶來很大挑戰。
不同的噪聲，需要不同的解決方案。中車四方聯合船舶研究所，解決低頻振動噪聲問題；中車長客聯合西南交大，在整車級聲學實驗室開展了10餘次試驗……
最終，花了1年半時間進行新材料新結構噪聲試驗，測試了300餘種降噪方案，研發團隊通過分車、分區、分頻的降噪方案，讓CR450動車組客室內噪聲降低2分貝。
這是產業體系配套完整供給優勢的最好例證。
一列動車組列車，從研發、製造到運維服務，設計生產動車組零部件的主要企業超100家、參與企業超2100家。“僅僅是牽引系統，就有近40家配套企業參與研發，涉及材料、製造、試驗等產業鏈各環節企業。”中國中車首席科學家馮江華說。
減重，用到了碳纖維複合材料、鎂合金等新型材料；降噪，用到了地板減振器、聲學超材料共振單元、聲學超構吸聲間壁、高阻尼內飾板等新材料新結構；牽引電機，使用了高水平國產化絕緣材料……
這是擁有大量高素質勞動者人才優勢的最好證明。
研發過程中，一大批科研工作者矢志創新，攻克一個又一個難關。
全身降阻，深入挖潛。到底哪裡最能降低空氣阻力？研發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，我們發現轉向架區域還有很大的減阻潛力。”中車長客副總工程師朱彥介紹，可是轉向架是動車組列車的腿，承擔着負重、牽引、制動、減振等任務，減阻如何進行？
通過無數個日夜的仿真試驗，研發人員終於逐步掌握轉向架區域複雜流場的運行規律，創新提出包覆結構。“包覆結構相當於給轉向架穿上了‘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，設計上是個很大挑戰。”北京交通大學教授王文靜介紹。
製造過程中，大國工匠們精益求精，匠心築夢。
“CR450樣車車體採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，對車體的焊接製造提出了極大挑戰。”中車四方首席工藝師韓曉輝說，爲此，產線首次引入激光電弧複合焊接技術，使車體連接強度提高20%，平面度提高3到5倍。
國鐵集團有關負責人介紹，下一步將安排CR450動車組樣車開展一系列線路試驗和考覈，進一步檢驗各項性能指標，爭取早日投入商業運營。
(相關報道見第八版)
《 人民日報 》( 2024年12月30日 02 版)