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如何让高铁时速变快?
发布时间:2025-07-22
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第十二届世界高速铁路大会期间,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。这意味着中国铁路已进入高铁科技创新‘无人区’。为了将商业运营时速再提升50公里,工程师先后攻克永磁牵引、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
  要提高列车速度,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!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说,“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!
科学家先后在郑万、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。

22% 气动减阻
  高速飞驰的列车,95%的运行阻力来自空气。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。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。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。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%。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。