9月21日,“復興號”中國標準動車組在京滬高鐵實現時速350公里運營,標志著我國成為世界上高鐵商業運營速度最高的國家。

“復興號”都蘊藏了哪些黑科技?9月25日,科技日報記者來到中車四方股份公司,細探究竟。

雕刻中國面孔:往返一趟京滬省電5000度

CR400AF動車組一亮相,其修長的流線型車頭“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,當動車組在時速350公里的高速狀態下運行時,90%左右的阻力來自空氣,動車組的動力輸出幾乎都消耗在與空氣的對抗上了。

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

增長的“身材”必須提升車頭的氣動性能,使設計難度大大攀升。

“為攻克頭型技術難題,研發團隊最初設計了46種頭型概念方案,圍繞氣動性能開展了海量的仿真計算、風洞試驗以及動模型試驗,反復評估頭型的技術指標和文化特性,才最終敲定‘飛龍’方案。”丁叁叁說。

頭型的制造是另一大挑戰。“‘飛龍’車頭棱線曲面造型復雜,由80多塊蒙皮拼接而成,對成型精度的要求極高。”中車四方股份公司技術工程部部長張志毅說,80多塊蒙皮形狀各異,共有3000多條焊縫,加起來長達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。

果然,“飛龍”不負重望,表現優異。整車運行阻力降低12%,人均百公里能耗下降17%,當它以時速350公里運行時人均百公里能耗僅3.8度電。

“往返一趟京滬節省5000多度電。” 丁叁叁計算出這樣一個數字。

聰明“中國腦”:1秒鐘記錄100萬個數據

“復興號”有一顆更加聰明的“大腦”,可在1秒鐘內記錄100萬個數據。

看看“復興號”聰明在什么地方。

“復興號”建立了大量的傳感系統,整車檢測點達2500多個,比以前動車組多了500多個。“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中心副主任陶桂東解釋說,這些傳感器能采集1500多項車輛狀態信息,就像動車組的眼睛一樣,時時刻刻對列車振動、軸承溫度、牽引制動系統狀態、車廂環境等進行監測。

列車的智能化傳感系統,將所有數據采集到網絡系統中,信息采集精度高,在重要監控點,數據記錄精度最高達到微秒級。“這也使‘復興號’達到了1秒鐘記錄100萬個數據的驚人能力。” 陶桂東說。

“復興號”從北京到上海跑一趟,單程1318公里,記錄的數據達300多兆。相比之下,73萬字的《紅樓夢》所占數據空間僅有1.7兆。

值得一提的是,“復興號”的網絡控制系統首次引入了高速以太網數據傳輸和維護網絡,傳輸帶寬由1兆級提升到了100兆級。如果說以前是“鄉間小道”,現在則是寬敞的“高速公路”,借助以太網,車輛大容量數據得以高速實時傳輸,列車的故障診斷和檢修維護更加安全可靠、智能。最令人驕傲的是,“復興號”網絡控制系統,硬件和軟件都是自主研發,實現了完全自主化的突破。

安靜客室外加一把“安全鎖”

乘坐“復興號”更放心,這是因為除具備失穩檢測、煙火報警、軸溫監控、受電弓視頻監視等安全防護功能外,“復興號”動車組加裝了一把 “安全鎖”。

“‘復興號’首次應用被動安全技術,即通過增設碰撞吸能裝置,提高動車組的被動防護能力。”丁叁叁說。

被動安全防護,也就是當列車發生碰撞時,碰撞吸能單元通過有序變形吸收碰撞能量,保障乘客區域不變形,沖擊減速度可控,為乘員提供安全保障。這相當于為列車加了一把“安全鎖”。

丁叁叁告訴記者,“復興號”的碰撞防護系統,設計吸能容量達6.8兆焦,這一指標達到國際領先水平。

在世界高速列車領域,被動安全防護是一項技術“制高點”。碰撞防護系統結構極為復雜,設計難度大。中車四方股份公司研發團隊經過兩年的攻關,自主開發了碰撞防護系統。

乘坐“復興號”,你還會發現相互間說話不用提高嗓門了,這是因為“復興號”有一個非常優良的降噪指標。根據測試,當“復興號”以時速350公里高速運行時,客室噪聲最大僅為65分貝,遠遠優于70分貝的“優”等線。

“設計初期,研發團隊給自身定了一個苛刻的目標,即客室噪聲比國內外既有動車組降低3分貝以上。”陶桂東告訴記者。

優化動車組的結構,包括新型流線型車頭、平順化的車頂受電弓、全包型式的車端風擋等,以此降低氣動噪聲;應用新型隔聲材料;進行降噪控制。試驗期間光牽引軟件就進行了80多個版本的降噪優化,最終實車試驗時,車內噪聲最多降低了4—6分貝,比研發團隊的預期目標更優。

一個安靜的客室環境就這樣營造出來了。