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中国南车试验更高速列车 高铁时速有望翻倍

2014/1/17 中国图纸交易网 MaiTu.CC 【字体:

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中国高铁的速度有看再翻倍。
  南车青岛四方机车车辆股分有限公司厂区内,一列银灰色超速实验列车停放在厂区的铁轨上,这列台架实验速度每小时达到605千米的列车,被定名为更高速度的实验列车。
  实际上,这项实验早在两年多前就已开端,为了此次实验,南车四方公司颠末七次方案会商会。
  插手实验的电气开辟部部长焦京海比来回想说:“100-200千米时一点担忧都没有,车速上了550千米以上表情开端冲动,到600千米时就开端有点严重了。”实验止步于605千米,是因为拟定的实验方针为600千米,“实验台扶植时是按600千米设计的,再往上冲速度,担忧对实验台不好”, 高级主任设计师李兵诠释说。
  那时速晋升到605千米的时辰,实验没有顿时遏制,保持速度运行了10分钟,这相当于在地面上行驶了100.8千米。
  手艺难度比飞机高
  “高铁就像一架飞机在不断地起降”,中科院力学所杨国伟研究员如许说。杨国伟创建了跨声速非线性气动弹性研究,为中国高铁与大年夜飞机研制供给空气动力与气动弹性的手艺撑持。
  “坐飞机最危险的是起飞和降落,因为地面效应包含建筑、风对飞机的激扰,所以,飞机设计的难点在起和降的过程。而高速列车始终在地面上高速运行,从空气动力学车与空气彼此的感化角度,既要考虑地面对列车的强激扰,也要考虑到高速运行状况下气流激扰。波音737的巡航阻力系数约在0.028摆布,6辆编组实验列车整车阻力系数约为0.48摆布,所以说更高速列车比飞机在天上巡航时的手艺难点要复杂良多。”杨国伟说。
  平易近用飞机每小时飞翔距离800-850千米,中国研制的更高速实验列车设计速度在每小时500千米以上,与今朝在线上以每小时380千米最高时速运行的CRH380A比拟,手艺的鸿沟前提必需清晰。
  “空气动力学机能的受轨道不服顺影响,振动激扰响应不竭加大年夜,若何包管列车高速运行的安然性;若何包管舒适的乘车环境;比进步速度更首要的是可以或许很好的停下来。” 实验现场批示梁建英说。
  列车运行的阻力,包含车轮与轨道摩擦的机械阻力和车辆遭到的空气阻力。高速下制约速度的对抗者是空气,“当列车以每小时200千米行驶的时辰,空气阻力占总阻力的70%摆布,***号CRH380A在京沪高铁跑出时速486.1千米时,气动阻力超越了总阻力的92%,假定跑到500千米以上,95%以上都是气动阻力了”,李兵说。空气阻力和列车运行速度的平方成近似正比关系,速度进步2倍,空气阻力将增至4倍。恰是这个平方关系,让设计师绞尽脑汁。
  空气阻力受三大年夜身分影响,一是车头迎风遭到正压力,与车尾遭到的负压力间产生的压差阻力;二是因为空气黏性感化于车体概况的摩擦阻力;三是列车底架和列车概况凹凸布局引发的干扰阻力。
  工程师们为降落空气阻力,利用仿生学和空气动力学理论,创作了100多种头型概念,优选构建了80余种三维数字模型,展开了初步空气动力学仿真,比选出20个气动机能较优的头型,进一步进行气动优化,建造出1:20什物模型,按照仿真数据和美不雅结果,最终建造五款1:8头型别离做了风洞力学实验和蔼动噪声实验,名为“箭”的头型被选中,其气动噪声、气动阻力参数最优。“从气动机能来讲,"箭"与平易近航客机是可以PK的。”李兵说。
  让数百吨重的更高速列车在线路上飞跑,除削减气动阻力外,加大年夜牵引能力是另外一个关头。“六辆编组更高速实验列车牵引总功率可达到21120千瓦。恰是有了我们自立开辟的大年夜功率牵引系统,才有高速实验列车实现台架实验605千米/小时的可能。”焦京海说。
  大年夜功率的牵引传动系统的手艺研发,具有强大年夜的手艺分散效应,除列车以外可利用在其他制造范畴。“大年夜功率的牵引传动系统手艺具有很好的外延性,除轨道交通范畴以外,大年夜功率的牵引传动系统在良多财产传动范畴都有很遍及的利用,好比轧钢系统、船舶推动系统、石油钻井、电力系统等等。”南车期间电气手艺中间主任荣智林说。
  高速列车运行依托电能,是由受电弓与接触网接触完成的,这个过程被称为“受流”环节。这项手艺也是迄今为止手艺专家们最存眷的手艺之一。“双弓受流”手艺曾是困扰工程手艺人员的一个手艺难点,“此刻看来这个也不太像手艺难点了”,梁建英说。“车辆在高速运行时,前弓在取电滑过接触网时,会构成一个激扰波,导致后弓的离线可能性加大年夜,影响车辆的牵引机能。若何包管后弓受流的不变性,这是手艺上的难点。可是此刻看来,已不存在了”。
  寻求更快速度
  速度是手艺成长的综合实力。犹如中国“两弹一星”的研制,举全国之力,近万名科研手艺人员介入了高速列车的手艺立异。“实验列车的速度还只是尝试室内的数据,实际的线路数据还有待于进一步验证,我们希看有个高的速度值,让全球都能进一步体味中国的高铁手艺和产品程度,此中的过程需要踏结结实往做,而决不克不及急于求成。”梁建英说。
  “时速605千米是实验台上跑出的,不是在线路上的数据,实际的线路实验还需要一系列的查核。”李兵说。2007年4月3日,法国TGV在线路上创作发现574.8千米/小时实验最高速度,今朝为止还没有有新的记实刷新。2010年12月京沪先导段实验蚌埠-枣庄,CRH380A达到最高时速486.1千米,这个速度虽然是运营实验速度,它有别于法国TGV的纯粹实验速度。就运营实验的速度值来讲它是世界上最高的。
  2011年,“7·23”甬温线出格重大年夜铁路交通变乱后,中国高铁开端了对更高质量方针的寻求,此中包含安然性、靠得住性、舒适性等。事实上变乱其实不是缘于车的质量,可是此次变乱却对中国高铁的成长带来了极大年夜的影响。所有的铁路人,包含南车四方的手艺人员都在反思,那就是若何更好、更稳健地推动国度的高速铁路事业。实验列车的研制是一个很是艰辛的过程。它以CRH380A新一代动车组手艺立异功能为根本,遵守安然靠得住的运行方针,针对系统集成、车体、转向架、牵引、收集节制、制动系统进行了诸多手艺立异,实现了碳纤维材料、镁铝合金、纳米材料、风阻制动系统等一系列新手艺、新材料的装车实验验证。全部列车的研制历经了两年多的时候。
  实验列车完成在尝试室的测试后,在厂区内一条3.7千米的环形实验线长进行了一个月靠得住性实验,运行里程约1000千米。受线路前提限制最高速度不得超越期速30千米,“对整车、系统及部件完成了初步靠得住性验证”,工程师奉告记者。
  多项新手艺有待验证
  高铁,是中国计谋性新兴财产之一,而更高速列车则是中国立异能力的又一标记性作品。工程师与科学家渴看上线实验跟尾实验台的验证成果,加倍深进地摸索超高速列车三大年夜核心手艺理论,即轮轨手艺、空气动力学机能与弓网关系。
  对工程师而言,诸多项设计是没法在台架实验中完成的,更高速列车的三项核心手艺有两项没法验证,即空气动力学机能与弓网关系。
  好比,台架实验在室内完成,贫乏了风,则没法完成空气动力的实验。“更高速列车首要的验证是车的阻力特点,牵扯到能耗;其次是升力特点,触及到脱轨系数;第三是脉动力的大年夜小,触及到列车的安然性。还有就是交汇瞬时风的阻力,和安然的遁藏距离。从理论上讲,今朝已有的公式对400千米与500千米的车应当是合用的,就研究和印证来讲,这些都是需要经由过程线上实验进一步验证。”杨国伟说。别的,即便是双向动弹实验台,也没法完成受电弓与接触网的受流实验。
  对做根本理论研究的科学家而言,他们希看验证共性关头手艺的根本理论机理。以脱轨系数为例,车辆运行时,在线路状况、应用前提、车辆布局参数和装载等身分最晦气的组合前提下可能导致车轮脱轨,评定避免车轮脱轨不变性的指标叫脱轨系数,这个系数越大年夜越等闲脱轨。
  按照国际尺度,0.8作为脱轨安然性的指标。“可是我们对高速列车实验时发现,列车在线上以480千米的速度,脱轨系数只有0.1-0.2摆布,远远小于0.8。假定以每小时550千米的速度,实际运行时的脱轨系数是多少?它触及到高速根本力学的研究。全球范围的科学家们一向希看穿摆脱轨系数之谜。”转向架高级工程师马利军说。
  带动行业成长
  本世纪是高铁的期间。美国总统奥巴马在2011年国情咨文中暗示,“没有来由让欧洲和中国具有最快的铁路”,奥巴马强烈意想到,高铁将是重塑美国全球竞争力的手艺制高点。“手艺上必然是要抢占制高点,谁有抢占手艺的制高点的能力,谁就有带动行业成长的能力。以手艺的进步前辈性驱动市场的需求,这是全球市场经济竞争的规律。”梁建英说。
  2007年法国TGV创作发现“全球第一速”,以对抗德国磁悬浮列车抢占市场的挑战。“法国恰是因为在路上跑了570多千米,给世界各国明白的旌旗灯号,我的手艺是可行的。从此以后,世界高铁市场法国成为佼佼者。”杨国伟说。中国高铁驶向世界的脚步正在提速,申明高速仍然是趋势。摸索500千米以上超高速列车的手艺,既是一项前瞻性的研究,也是拓展国际市场的手艺储蓄。
  手艺的成熟需要积淀,而市场的拓展则是刹时的外延。中国高铁从2004年开端,颠末9年的时候,从引进、消化、接收到此刻手艺的周全领先,更高速实验列车的研制是手艺纵向成长的制高点,只有掌控手艺的制高点,才可以或许使手艺纵向与横向彼此传递,笼盖市场的面积递增。“这个实验列车它的根本是在CRH380A手艺向上拓展的,而城际列车则是向下的拓展。高铁这么多年的手艺立异,其手艺进步前辈性已向上下流产品传递。”梁建英说。
  对手艺的寻求并未遏制。为了更好地舆解空气动力学的感化关系,南车四方股分公司正在打算筹建一个小范围的风洞尝试室。“当然我们是一个工程单位,可是我们需要本身往冲破,掌控和积淀一些新手艺,想为今后留下点甚么。”梁建英对记者说。
  对更高速实验列车的线路验证,国度有关方面赐与了充分的存眷,列车的上线实验工作已在周全展开,列车的各项手艺机能将在线路实验中获得进一步验证。全部过程将分阶段实施,会一步步获得各类手艺参数。“我们期盼它有很是好的表示,让全球都进一步体味中国高铁手艺。”工程师们说。
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