“復(fù)興號(hào)”：帶著“中國(guó)心”跑出新速度

9月21日,“復(fù)興號(hào)”中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組在京滬高鐵實(shí)現(xiàn)時(shí)速350公里運(yùn)營(yíng),標(biāo)志著我國(guó)成為世界上高鐵商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最高的國(guó)家。

“復(fù)興號(hào)”都蘊(yùn)藏了哪些黑科技?9月25日,科技日?qǐng)?bào)記者來(lái)到中車四方股份公司,細(xì)探究竟。

雕刻中國(guó)面孔:往返一趟京滬省電5000度

CR400AF動(dòng)車組一亮相,其修長(zhǎng)的流線型車頭“飛龍”可謂顏值爆表。

為什么是 “飛龍”?“車頭造型不僅是為了好看,更關(guān)鍵的是要降低空氣阻力。” 中車四方股份公司副總工程師丁叁叁告訴記者,當(dāng)動(dòng)車組在時(shí)速350公里的高速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),90%左右的阻力來(lái)自空氣,動(dòng)車組的動(dòng)力輸出幾乎都消耗在與空氣的對(duì)抗上了。

與既有動(dòng)車組相比,“復(fù)興號(hào)”的外形有了很大改變。CR400AF動(dòng)車組的車體高度從3.7米增高到了4.05米,車體斷面積增大了7.3%。

增長(zhǎng)的“身材”必須提升車頭的氣動(dòng)性能,使設(shè)計(jì)難度大大攀升。

“為攻克頭型技術(shù)難題,研發(fā)團(tuán)隊(duì)最初設(shè)計(jì)了46種頭型概念方案,圍繞氣動(dòng)性能開展了海量的仿真計(jì)算、風(fēng)洞試驗(yàn)以及動(dòng)模型試驗(yàn),反復(fù)評(píng)估頭型的技術(shù)指標(biāo)和文化特性,才最終敲定‘飛龍’方案。”丁叁叁說(shuō)。

頭型的制造是另一大挑戰(zhàn)。“‘飛龍’車頭棱線曲面造型復(fù)雜,由80多塊蒙皮拼接而成,對(duì)成型精度的要求極高。”中車四方股份公司技術(shù)工程部部長(zhǎng)張志毅說(shuō),80多塊蒙皮形狀各異,共有3000多條焊縫,加起來(lái)長(zhǎng)達(dá)600多米,如此高的焊接密度,幾乎囊括了平焊、橫焊、仰焊等所有高難度的焊接姿勢(shì)。

果然,“飛龍”不負(fù)重望,表現(xiàn)優(yōu)異。整車運(yùn)行阻力降低12%,人均百公里能耗下降17%,當(dāng)它以時(shí)速350公里運(yùn)行時(shí)人均百公里能耗僅3.8度電。

“往返一趟京滬節(jié)省5000多度電。” 丁叁叁計(jì)算出這樣一個(gè)數(shù)字。

聰明“中國(guó)腦”:1秒鐘記錄100萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)

“復(fù)興號(hào)”有一顆更加聰明的“大腦”,可在1秒鐘內(nèi)記錄100萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)。

看看“復(fù)興號(hào)”聰明在什么地方。

“復(fù)興號(hào)”建立了大量的傳感系統(tǒng),整車檢測(cè)點(diǎn)達(dá)2500多個(gè),比以前動(dòng)車組多了500多個(gè)。“這些大大小小的傳感器,最大的高62.8厘米,最小的直徑僅5毫米。” 中車四方股份公司技術(shù)中心副主任陶桂東解釋說(shuō),這些傳感器能采集1500多項(xiàng)車輛狀態(tài)信息,就像動(dòng)車組的眼睛一樣,時(shí)時(shí)刻刻對(duì)列車振動(dòng)、軸承溫度、牽引制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)、車廂環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

列車的智能化傳感系統(tǒng),將所有數(shù)據(jù)采集到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,信息采集精度高,在重要監(jiān)控點(diǎn),數(shù)據(jù)記錄精度最高達(dá)到微秒級(jí)。“這也使‘復(fù)興號(hào)’達(dá)到了1秒鐘記錄100萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)的驚人能力。” 陶桂東說(shuō)。

“復(fù)興號(hào)”從北京到上海跑一趟,單程1318公里,記錄的數(shù)據(jù)達(dá)300多兆。相比之下,73萬(wàn)字的《紅樓夢(mèng)》所占數(shù)據(jù)空間僅有1.7兆。

值得一提的是,“復(fù)興號(hào)”的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)首次引入了高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和維護(hù)網(wǎng)絡(luò),傳輸帶寬由1兆級(jí)提升到了100兆級(jí)。如果說(shuō)以前是“鄉(xiāng)間小道”,現(xiàn)在則是寬敞的“高速公路”,借助以太網(wǎng),車輛大容量數(shù)據(jù)得以高速實(shí)時(shí)傳輸,列車的故障診斷和檢修維護(hù)更加安全可靠、智能。最令人驕傲的是,“復(fù)興號(hào)”網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),硬件和軟件都是自主研發(fā),實(shí)現(xiàn)了完全自主化的突破。

安靜客室外加一把“安全鎖”

乘坐“復(fù)興號(hào)”更放心,這是因?yàn)槌邆涫Х€(wěn)檢測(cè)、煙火報(bào)警、軸溫監(jiān)控、受電弓視頻監(jiān)視等安全防護(hù)功能外,“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組加裝了一把 “安全鎖”。

“‘復(fù)興號(hào)’首次應(yīng)用被動(dòng)安全技術(shù),即通過(guò)增設(shè)碰撞吸能裝置,提高動(dòng)車組的被動(dòng)防護(hù)能力。”丁叁叁說(shuō)。

被動(dòng)安全防護(hù),也就是當(dāng)列車發(fā)生碰撞時(shí),碰撞吸能單元通過(guò)有序變形吸收碰撞能量,保障乘客區(qū)域不變形,沖擊減速度可控,為乘員提供安全保障。這相當(dāng)于為列車加了一把“安全鎖”。

丁叁叁告訴記者,“復(fù)興號(hào)”的碰撞防護(hù)系統(tǒng),設(shè)計(jì)吸能容量達(dá)6.8兆焦,這一指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

在世界高速列車領(lǐng)域,被動(dòng)安全防護(hù)是一項(xiàng)技術(shù)“制高點(diǎn)”。碰撞防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,設(shè)計(jì)難度大。中車四方股份公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)兩年的攻關(guān),自主開發(fā)了碰撞防護(hù)系統(tǒng)。

乘坐“復(fù)興號(hào)”,你還會(huì)發(fā)現(xiàn)相互間說(shuō)話不用提高嗓門了,這是因?yàn)?ldquo;復(fù)興號(hào)”有一個(gè)非常優(yōu)良的降噪指標(biāo)。根據(jù)測(cè)試,當(dāng)“復(fù)興號(hào)”以時(shí)速350公里高速運(yùn)行時(shí),客室噪聲最大僅為65分貝,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于70分貝的“優(yōu)”等線。

“設(shè)計(jì)初期,研發(fā)團(tuán)隊(duì)給自身定了一個(gè)苛刻的目標(biāo),即客室噪聲比國(guó)內(nèi)外既有動(dòng)車組降低3分貝以上。”陶桂東告訴記者。

優(yōu)化動(dòng)車組的結(jié)構(gòu),包括新型流線型車頭、平順化的車頂受電弓、全包型式的車端風(fēng)擋等,以此降低氣動(dòng)噪聲;應(yīng)用新型隔聲材料;進(jìn)行降噪控制。試驗(yàn)期間光牽引軟件就進(jìn)行了80多個(gè)版本的降噪優(yōu)化,最終實(shí)車試驗(yàn)時(shí),車內(nèi)噪聲最多降低了4—6分貝,比研發(fā)團(tuán)隊(duì)的預(yù)期目標(biāo)更優(yōu)。

一個(gè)安靜的客室環(huán)境就這樣營(yíng)造出來(lái)了。