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那些又潮又酷的高铁“头型”怎样炼成?
永利国际娱乐 2019-02-23

1月5日,超长版时速350公里“复兴号”G9次动车组驶入北京南站。新华社发(陈晓根 摄)

 

  逾3200个动车标准组震撼集结,奔驰在神州大地——2019年春运,高铁动车占铁路开行旅客列车的比例超过七成。在天南海北的站台上、五湖四海的路网间,一个个如待发之箭、似子弹出膛的高铁车头引人瞩目,让归乡的人油然生发出“科技改变生活”的感慨。


  那么,这些“惊艳了时光”、又潮又酷的高铁车头是怎样诞生的?其背后都蕴含着哪些科技含量?在中车长春轨道客车股份有限公司,有关设计人员与制造者为记者讲述了高铁车头里的创新事。


  用技术与多种力“斗法”


  “车头不仅是高铁的‘脸面’,更是高速动车组的关键核心技术之一。”作为车体研发部端部开发室主任,今年37岁的许鹏,已率队为中国高铁打造过许多种靓丽“头型”。在这位身经百战的车头设计师看来,一个出色的“头型”,首先必须具备优异的空气动力学性能。


  原来,疾驰中的高铁会同时受到周围空气多种力的作用,比如空气阻力、气流升力、会车时的交会压力波、侧风带来的侧向力等等,都是阻碍列车安全平稳高速运行的“天敌”。


  其中,空气阻力可谓“头号劲敌”。就像我们在5级大风中逆风而行会感觉寸步难行,高铁速度越快,空气阻力越大。根据空气动力学原理,车头的长细比越大,阻力系数越小。


  加大车头的长细比,还可减少列车会车时的交会压力波和通过隧道时的隧道压力波。


  大家坐火车都有过这种体验:当对面列车疾驰而过时,伴随一声呼啸,车身会瞬间发生横向晃动,这就是因为相对运动的车头挤压空气,使车侧壁上的空气压力产生了很大波动。列车过隧道时,也会引起隧道内空气压力急剧波动,形成一定冲击力。骤然的压力变化,可造成车体侧窗破碎、车辆蛇形运动等可怕后果。


  “比如,我们研发的复兴号CR400BF,其‘头型’就比和谐号长2米左右,车头总长度接近10米,整体形态更加流线,列车因此‘飞’得更快、更稳、更节能。”许鹏说,复兴号的车厢更高更宽。不过,虽然“身材”较和谐号高大,但其运行阻力反而降低了12%。这背后,低阻力流线车头功不可没。


  再来说说升力这一宿敌。当列车高速运行时,气流会带来向上的抬升力,让车头发飘甚至脱轨,为与升力斗法,许鹏介绍,他们在高铁车头的两侧设置有导流槽,通过鼻锥到导流槽的引流形式,引导气流产生向下的压力,如同一双强有力的“手”,牢牢抓住轨道,保障列车贴地飞行。

 

1月5日,G9次超长版“复兴号”动车组列车驶入南京南站。新华社发(苏阳 摄)


  获取“高颜值”路上的艰难跋涉


  每一种高铁车型,都有自己的专属“头型”,以中车长客产品为例,和谐号的圆润鼓溜,看起来灵动可爱,俗称“小海豹”;复兴号CR400BF的轻盈细长,车灯如凤眼,腰线似凤羽,名为“金凤凰”;而正抓紧生产的京张高铁“瑞雪迎春”,其“头型”灵感则源于敏捷有力的“鸟中之王”,唤作“雏鹰”……


  内里高技术+外表高颜值,可以说,高铁车头的设计制造极富挑战性,一个能得高分的“头型”,必定要经过千挑百选、千锤百炼。


  “CR400BF的‘头型’,就是从近百张美工效果图中筛选出来的。我们先从中选出了几十个,再根据空气动力学进行计算与评审,展开第二轮甄选,然后将胜出的做成若干1:8的3D模型进行风洞试验,根据风阻、风动噪声等测试结果,对获胜‘头型’用三维模拟软件进行优化设计。”许鹏说。


  更艰巨的工作还在后面。美工可以“唯美”,艺术设计可以天马行空,工艺却要考虑能否实现,即如何把技术与艺术完美融合到车头上。


  时速350公里的标动CR400BF有两条比较尖锐的棱线贯穿车肩,使车头凸现一种硬朗的棱角美,并更具科技感。但这一艺术之美的落实难度其实非常大,因为高铁铝板材的折角锐度如果不够大,棱线在长长的车头上就几乎看不出来。

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