7月9日在国家铁道试验中心展区拍摄的CR450BF动车组。新华社记者 才扬摄
7月9日，第十二届世界高速铁路大会期间，位于北京朝阳的国家铁道试验中心，成为国内外参会嘉宾关注的焦点。这里，大家争相试乘体验世界首款试验运行时速450公里、商业运营时速400公里的新一代高速动车组——CR450。
当前，CR450动车组已完成样车下线、型式试验、互联互通调试等一系列研发工作，正在开展考核试验和性能验证，为正线试运行做各项准备。
“这意味着中国铁路已进入高铁科技创新‘无人区’。”复兴号动车组总体技术专家、中国铁道科学研究院集团有限公司（以下简称“铁科院”）首席研究员赵红卫告诉科技日报记者，为了将商业运营时速再提升50公里，国铁集团牵头组建创新联合体，先后攻克永磁牵引、气动减阻、短距离制动等难题，在全球范围内首次创建时速400公里动车组技术体系。
1.6倍功率提升
提高列车速度，首先要考虑提升动力牵引系统性能。
为增强牵引性能，研发人员决定将具有自主知识产权的大功率永磁牵引系统搬上CR450动车组，标志着我国高铁开启了“永磁时代”。
“装车难度很大！”赵红卫介绍，“永磁系统有一大隐患，即电机在发生匝间或相间短路时，因永磁体缘故，并不会停止转动，可能导致电机损坏，影响行车安全。”
为排除这一隐患，研发团队一头扎进实验室三个多月，从优化电机设计参数和控制策略入手，反复进行方案对比、试验研究和实证验证。
“我们创造出了‘三相主动短路防护技术’。”铁科院机辆所研究员殷振环解释，“这项技术就像一个精密的‘安全阀’，能在0.2秒内快速识别短路故障，并自动将故障相绕组切换成闭环回路，阻止电机进一步损坏。”
技术成型后，部件可靠性还需在线路上“实战”验证。
2023年6月至7月，一场列车交会试验在福厦高铁线路上展开。经测算，要完成时速450公里冲高达速任务，列车功率需提升至额定功率的1.6倍。
试验前夕，殷振环组织团队连夜召开技术论证会，系统评估实施方案、明确工作分工。牵引动力系统部件适用性评估、软件变更测试、地面模拟试验……尽管各项工作都已有序完成，殷振环心中仍在打鼓，“冲高真能实现？”
“发车！”6月28日，福厦高铁湄洲湾跨海大桥，首列试验列车率先启动，1.5秒后对开列车跟进。经测算，搭载新技术部件的试验列车以单列最高时速453公里、双向两列相对交会最高时速891公里运行。新的世界纪录诞生了！
“我们先后在郑万、济郑、弥蒙和福厦高铁开展20余万公里的线路试验，验证了永磁牵引系统不但动力十足，而且安全可靠。”殷振环说。
22%气动减阻
“高速飞驰的列车，95%的运行阻力来自空气。”铁科院机辆所研究员邵军告诉记者，理论测算表明，时速提高50公里，阻力增加30%，能耗也随之增加。
想要提速，又要节约能耗，“减阻”势在必行。突破口在哪里？
此前研制“复兴号”动车组时，科研人员已将车头的“平顺化”做到了极致。大家觉得，通过调整外形进一步降阻的空间有限。
但研发人员并未懈怠。他们在自然界中寻找灵感，基于仿生学原理探索新方案。百余种设计方案经过大量模拟仿真和风洞试验层层筛选，最终，以高速飞翔的鹰隼和箭矢为原型的方案脱颖而出。仿真测试表明，新头型可将运行阻力降低约2.6%。
“这与整体减阻20%以上的目标仍有很大差距。”赵红卫说。面对挑战，团队继续深入研究气动仿真与测试，分析列车各部件的阻力分布，探寻减阻的理论极限。
突破口出现了！“我们发现，此前被忽视的列车下部转向架区域，蕴藏着较大的减阻潜力。”邵军介绍，有成员提出了一个大胆设想——能否用包覆结构将转向架裸露区域覆盖起来，从而形成更完整的气动外形，以降低阻力？
这个被称为“穿裤子”的思路带来了意外之喜。“没想到效果如此显著。”殷振环笑道，经过反复研究确认，该方案确实能大幅减阻。
团队随即集中力量，重点攻关包覆结构的最优形状与位置，同时解决包覆后可能出现的检修难题。
一遍遍仿真、一次次方案修正……终于，一个既能有效减阻，又能兼顾结构强度、刚度以及检修需求的方案诞生了。
“在此基础上，结合流线型车头、低阻力受电弓等多项措施，列车运行阻力可有效降低22%。”邵军说，这意味着CR450动车组在时速提升50公里后，能耗水平仍与CR400动车组相当。
6500米制动停稳
CR450动车组不仅要“跑得快”，更要“停得稳”。研发伊始，团队就设定了一个极具挑战的目标——提速后，制动距离与CR400动车组相同。即在6500米内，实现400公里时速降至零。
这意味着巨大的制动能量要平衡。铁科院机辆所副研究员蔡田形象地比喻：这一过程释放的能量，足以在2分钟内将6.8吨水从冰点加热至沸点。
显然，CR400动车组使用的制动材料已无法满足要求，必须研发性能更强的新材料。为此，团队成立了专项小组，攻坚具备耐高温、抗变形、耐疲劳等特性的新型制动材料。“仅确定材料的‘配方’就经历了上百次试验。”蔡田回忆，“后续的材料性能和工艺验证又持续了一年多。”
挑战不止于材料。此前，为降低空气阻力，将头车和尾车转向架包覆起来的方案，此时却造成了制动散热难题。
为平衡空气阻力与散热这对矛盾，研发团队又从系统耦合入手，提出结构性调整方案：减少头车和尾车的制动盘数量，将削减的制动力改由其他系统分担。蔡田介绍，这一调整不仅解决了散热问题，更深化了大家对整车系统间相互作用的认知。
制动过程中，制动力能否有效转化为减速力，关键在于车轮与钢轨间的黏着特性。CR450采用多阶黏着制动技术，即刹车时逐级增强制动力。蔡田解释：“如同‘雪天行车避免急刹防滑’的道理，关键在于精准把控黏着力的极限点。”
然而，全球范围内，高铁高速制动黏着特性的研究均止步于时速350公里。400公里时速下的黏着特性曲线是未知领域。团队为此进行了数千次制动性能测试，精准计算出大功率盘形制动摩擦副，在短时间内不同时间点上应施加的压力值。
最终，他们成功绘制出时速350公里至400公里制动工况下的黏着特性曲线。这一重要成果填补了国际空白，为CR450的精准高效制动奠定了坚实的理论基础。
样车下线只是起点，运营交付才是目标。科研团队正紧锣密鼓地进行最后的试验和验证，全力打通迈向商业运营的“最后一公里”，让这列时速400公里的“国之重器”驰骋神州。
7月9日在国家铁道试验中心展区拍摄的CR450BF动车组。新华社记者 才扬摄
7月9日，第十二届世界高速铁路大会期间，位于北京朝阳的国家铁道试验中心，成为国内外参会嘉宾关注的焦点。这里，大家争相试乘体验世界首款试验运行时速450公里、商业运营时速400公里的新一代高速动车组——CR450。
当前，CR450动车组已完成样车下线、型式试验、互联互通调试等一系列研发工作，正在开展考核试验和性能验证，为正线试运行做各项准备。
“这意味着中国铁路已进入高铁科技创新‘无人区’。”复兴号动车组总体技术专家、中国铁道科学研究院集团有限公司（以下简称“铁科院”）首席研究员赵红卫告诉科技日报记者，为了将商业运营时速再提升50公里，国铁集团牵头组建创新联合体，先后攻克永磁牵引、气动减阻、短距离制动等难题，在全球范围内首次创建时速400公里动车组技术体系。
1.6倍功率提升
提高列车速度，首先要考虑提升动力牵引系统性能。
为增强牵引性能，研发人员决定将具有自主知识产权的大功率永磁牵引系统搬上CR450动车组，标志着我国高铁开启了“永磁时代”。
“装车难度很大！”赵红卫介绍，“永磁系统有一大隐患，即电机在发生匝间或相间短路时，因永磁体缘故，并不会停止转动，可能导致电机损坏，影响行车安全。”
为排除这一隐患，研发团队一头扎进实验室三个多月，从优化电机设计参数和控制策略入手，反复进行方案对比、试验研究和实证验证。
“我们创造出了‘三相主动短路防护技术’。”铁科院机辆所研究员殷振环解释，“这项技术就像一个精密的‘安全阀’，能在0.2秒内快速识别短路故障，并自动将故障相绕组切换成闭环回路，阻止电机进一步损坏。”
技术成型后，部件可靠性还需在线路上“实战”验证。
2023年6月至7月，一场列车交会试验在福厦高铁线路上展开。经测算，要完成时速450公里冲高达速任务，列车功率需提升至额定功率的1.6倍。
试验前夕，殷振环组织团队连夜召开技术论证会，系统评估实施方案、明确工作分工。牵引动力系统部件适用性评估、软件变更测试、地面模拟试验……尽管各项工作都已有序完成，殷振环心中仍在打鼓，“冲高真能实现？”
“发车！”6月28日，福厦高铁湄洲湾跨海大桥，首列试验列车率先启动，1.5秒后对开列车跟进。经测算，搭载新技术部件的试验列车以单列最高时速453公里、双向两列相对交会最高时速891公里运行。新的世界纪录诞生了！
“我们先后在郑万、济郑、弥蒙和福厦高铁开展20余万公里的线路试验，验证了永磁牵引系统不但动力十足，而且安全可靠。”殷振环说。
22%气动减阻
“高速飞驰的列车，95%的运行阻力来自空气。”铁科院机辆所研究员邵军告诉记者，理论测算表明，时速提高50公里，阻力增加30%，能耗也随之增加。
想要提速，又要节约能耗，“减阻”势在必行。突破口在哪里？
此前研制“复兴号”动车组时，科研人员已将车头的“平顺化”做到了极致。大家觉得，通过调整外形进一步降阻的空间有限。
但研发人员并未懈怠。他们在自然界中寻找灵感，基于仿生学原理探索新方案。百余种设计方案经过大量模拟仿真和风洞试验层层筛选，最终，以高速飞翔的鹰隼和箭矢为原型的方案脱颖而出。仿真测试表明，新头型可将运行阻力降低约2.6%。
“这与整体减阻20%以上的目标仍有很大差距。”赵红卫说。面对挑战，团队继续深入研究气动仿真与测试，分析列车各部件的阻力分布，探寻减阻的理论极限。
突破口出现了！“我们发现，此前被忽视的列车下部转向架区域，蕴藏着较大的减阻潜力。”邵军介绍，有成员提出了一个大胆设想——能否用包覆结构将转向架裸露区域覆盖起来，从而形成更完整的气动外形，以降低阻力？
这个被称为“穿裤子”的思路带来了意外之喜。“没想到效果如此显著。”殷振环笑道，经过反复研究确认，该方案确实能大幅减阻。
团队随即集中力量，重点攻关包覆结构的最优形状与位置，同时解决包覆后可能出现的检修难题。
一遍遍仿真、一次次方案修正……终于，一个既能有效减阻，又能兼顾结构强度、刚度以及检修需求的方案诞生了。
“在此基础上，结合流线型车头、低阻力受电弓等多项措施，列车运行阻力可有效降低22%。”邵军说，这意味着CR450动车组在时速提升50公里后，能耗水平仍与CR400动车组相当。
6500米制动停稳
CR450动车组不仅要“跑得快”，更要“停得稳”。研发伊始，团队就设定了一个极具挑战的目标——提速后，制动距离与CR400动车组相同。即在6500米内，实现400公里时速降至零。
这意味着巨大的制动能量要平衡。铁科院机辆所副研究员蔡田形象地比喻：这一过程释放的能量，足以在2分钟内将6.8吨水从冰点加热至沸点。
显然，CR400动车组使用的制动材料已无法满足要求，必须研发性能更强的新材料。为此，团队成立了专项小组，攻坚具备耐高温、抗变形、耐疲劳等特性的新型制动材料。“仅确定材料的‘配方’就经历了上百次试验。”蔡田回忆，“后续的材料性能和工艺验证又持续了一年多。”
挑战不止于材料。此前，为降低空气阻力，将头车和尾车转向架包覆起来的方案，此时却造成了制动散热难题。
为平衡空气阻力与散热这对矛盾，研发团队又从系统耦合入手，提出结构性调整方案：减少头车和尾车的制动盘数量，将削减的制动力改由其他系统分担。蔡田介绍，这一调整不仅解决了散热问题，更深化了大家对整车系统间相互作用的认知。
制动过程中，制动力能否有效转化为减速力，关键在于车轮与钢轨间的黏着特性。CR450采用多阶黏着制动技术，即刹车时逐级增强制动力。蔡田解释：“如同‘雪天行车避免急刹防滑’的道理，关键在于精准把控黏着力的极限点。”
然而，全球范围内，高铁高速制动黏着特性的研究均止步于时速350公里。400公里时速下的黏着特性曲线是未知领域。团队为此进行了数千次制动性能测试，精准计算出大功率盘形制动摩擦副，在短时间内不同时间点上应施加的压力值。
最终，他们成功绘制出时速350公里至400公里制动工况下的黏着特性曲线。这一重要成果填补了国际空白，为CR450的精准高效制动奠定了坚实的理论基础。
样车下线只是起点，运营交付才是目标。科研团队正紧锣密鼓地进行最后的试验和验证，全力打通迈向商业运营的“最后一公里”，让这列时速400公里的“国之重器”驰骋神州。
人体免疫系统中的小过滤器淋巴结有了新妙用。近日，浙江大学药学院、金华研究院教授顾臻团队联合多位科研人员，在国际上首次提出利用冷冻干燥的淋巴结组织提升抗肿瘤药物疗效的方法。相关论文发 记者19日从西北大学获悉，该校地质学系、大陆动力学国家重点实验室刘鹏副教授与中国地质大学（北京）李国武教授团队申请的两种新矿物，近日经国际矿物学学会新矿物命名与分类专业委员会审查、投票，均 从手机到手表再到电动汽车，锂离子充电电池为众多设备提供动力。但随着消费者丢弃电子产品的增加，越来越多的锂可能会进入环境。研究人员在美国化学会2024年春季会议上展示的一项研究成果，描述了 近日有消息称，huaweiMate60已经停产。作为huawei于2023年8月末发布的最新旗舰机型，huaweiMate60的停产意味着huawei新款旗舰或即将上市，接替Mate60。2023年8月29日，huaweiMate60 Pro、huaweiMate60等 记者从中国科学院新疆天文台获悉，近期南山26米射电望远镜在参与欧洲VLBI网组织的联测中，首次成功运用4Gbps宽带、高码率VLBI技术获得干涉条纹。相较于2Gbps观测，该技术理论上可将图像信噪比提升 3月25日6时左右将迎来水星东大距。这是水星今年第二次大距、首次东大距，也是公众尝试观测水星的好机会。届时，水星位于太阳东边，与太阳张角约为18.7度。以北京地区为例，在日落时，水星地平高度约为 。本文链接：时速400公里，中国高铁驶入“无人区”http://www.sushuapos.com/show-2-13219-0.html
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。
上一篇： 聚焦硬科技 培育科创“新势力”
下一篇： 给房子穿上发电“外衣”