“复兴号”：带着“中国心”跑出新速度

9月21日,“复兴号”中国标准动车组在京沪高铁实现时速350公里运营,标志着我国成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。

“复兴号”都蕴藏了哪些黑科技?9月25日,科技日报记者来到中车四方股份公司,细探究竟。

雕刻中国面孔:往返一趟京沪省电5000度

CR400AF动车组一亮相,其修长的流线型车头“飞龙”可谓颜值爆表。

为什么是 “飞龙”?“车头造型不仅是为了好看,更关键的是要降低空气阻力。” 中车四方股份公司副总工程师丁叁叁告诉记者,当动车组在时速350公里的高速状态下运行时,90%左右的阻力来自空气,动车组的动力输出几乎都消耗在与空气的对抗上了。

与既有动车组相比,“复兴号”的外形有了很大改变。CR400AF动车组的车体高度从3.7米增高到了4.05米,车体断面积增大了7.3%。

增长的“身材”必须提升车头的气动性能,使设计难度大大攀升。

“为攻克头型技术难题,研发团队最初设计了46种头型概念方案,围绕气动性能开展了海量的仿真计算、风洞试验以及动模型试验,反复评估头型的技术指标和文化特性,才最终敲定‘飞龙’方案。”丁叁叁说。

头型的制造是另一大挑战。“‘飞龙’车头棱线曲面造型复杂,由80多块蒙皮拼接而成,对成型精度的要求极高。”中车四方股份公司技术工程部部长张志毅说,80多块蒙皮形状各异,共有3000多条焊缝,加起来长达600多米,如此高的焊接密度,几乎囊括了平焊、横焊、仰焊等所有高难度的焊接姿势。

果然,“飞龙”不负重望,表现优异。整车运行阻力降低12%,人均百公里能耗下降17%,当它以时速350公里运行时人均百公里能耗仅3.8度电。

“往返一趟京沪节省5000多度电。” 丁叁叁计算出这样一个数字。

聪明“中国脑”:1秒钟记录100万个数据

“复兴号”有一颗更加聪明的“大脑”,可在1秒钟内记录100万个数据。

看看“复兴号”聪明在什么地方。

“复兴号”建立了大量的传感系统,整车检测点达2500多个,比以前动车组多了500多个。“这些大大小小的传感器,最大的高62.8厘米,最小的直径仅5毫米。” 中车四方股份公司技术中心副主任陶桂东解释说,这些传感器能采集1500多项车辆状态信息,就像动车组的眼睛一样,时时刻刻对列车振动、轴承温度、牵引制动系统状态、车厢环境等进行监测。

列车的智能化传感系统,将所有数据采集到网络系统中,信息采集精度高,在重要监控点,数据记录精度最高达到微秒级。“这也使‘复兴号’达到了1秒钟记录100万个数据的惊人能力。” 陶桂东说。

“复兴号”从北京到上海跑一趟,单程1318公里,记录的数据达300多兆。相比之下,73万字的《红楼梦》所占数据空间仅有1.7兆。

值得一提的是,“复兴号”的网络控制系统首次引入了高速以太网数据传输和维护网络,传输带宽由1兆级提升到了100兆级。如果说以前是“乡间小道”,现在则是宽敞的“高速公路”,借助以太网,车辆大容量数据得以高速实时传输,列车的故障诊断和检修维护更加安全可靠、智能。最令人骄傲的是,“复兴号”网络控制系统,硬件和软件都是自主研发,实现了完全自主化的突破。

安静客室外加一把“安全锁”

乘坐“复兴号”更放心,这是因为除具备失稳检测、烟火报警、轴温监控、受电弓视频监视等安全防护功能外,“复兴号”动车组加装了一把 “安全锁”。

“‘复兴号’首次应用被动安全技术,即通过增设碰撞吸能装置,提高动车组的被动防护能力。”丁叁叁说。

被动安全防护,也就是当列车发生碰撞时,碰撞吸能单元通过有序变形吸收碰撞能量,保障乘客区域不变形,冲击减速度可控,为乘员提供安全保障。这相当于为列车加了一把“安全锁”。

丁叁叁告诉记者,“复兴号”的碰撞防护系统,设计吸能容量达6.8兆焦,这一指标达到国际领先水平。

在世界高速列车领域,被动安全防护是一项技术“制高点”。碰撞防护系统结构极为复杂,设计难度大。中车四方股份公司研发团队经过两年的攻关,自主开发了碰撞防护系统。

乘坐“复兴号”,你还会发现相互间说话不用提高嗓门了,这是因为“复兴号”有一个非常优良的降噪指标。根据测试,当“复兴号”以时速350公里高速运行时,客室噪声最大仅为65分贝,远远优于70分贝的“优”等线。

“设计初期,研发团队给自身定了一个苛刻的目标,即客室噪声比国内外既有动车组降低3分贝以上。”陶桂东告诉记者。

优化动车组的结构,包括新型流线型车头、平顺化的车顶受电弓、全包型式的车端风挡等,以此降低气动噪声;应用新型隔声材料;进行降噪控制。试验期间光牵引软件就进行了80多个版本的降噪优化,最终实车试验时,车内噪声最多降低了4—6分贝,比研发团队的预期目标更优。

一个安静的客室环境就这样营造出来了。