运营时速可达400公里，运行能耗、车内噪声、制动距离等主要指标国际领先——
本报记者 李心萍
2024年12月30日08:16 来源：人民网－人民日报
来了！全球跑得最快的高铁。
12月29日，CR450动车组样车在北京正式发布，该动车组试验速度可达450公里/小时，运营速度可达400公里/小时。
CR450动车组，蕴含着哪些高科技？将带来怎样的新体验？高铁技术领跑全球，中国铁路如何做到？
时速提高，但制动距离、能耗、噪声不变
时速提升50公里，CR450动车组靠什么？
动力更强——
众所周知，高铁跑得快，靠的是将电能转化为机械能。为了提升能量转换的效率，CR450动车组采用永磁牵引电机，转换效率较CR400动车组异步牵引电机提升3%以上。
阻力更小——
高速飞驰的列车，气动阻力随速度的平方增长，提速至时速400公里，阻力会增加30%。可以说，牵引电机产生的能量大部分都消耗在与空气的“对抗”中。通过优化设计，CR450动车组实现整车运行阻力降低22%。
体重更轻——
高铁行驶，轻装上阵很关键。采用碳纤维复合材料、镁合金等新型材料，应用拓扑优化技术，CR450动车组整车较以往减重10%以上。
性能更优——
对动车组列车而言，跑得快，还得停得下。从时速400公里到速度为0，CR450动车组只需要6500米。这一数字，与CR400动车组制动距离一致，做到了运营速度提升，制动距离不变。
正是凭借这些优异的性能，CR450动车组可以做到时速提升50公里，能耗不变。8编组的CR450动车组列车，在时速400公里运行工况下每公里只耗电22至23千瓦时，保证了其投入商业运营的经济性、绿色性。
CR450动车组还有许多让人眼前一亮的设计：
更智能。CR450动车组配有智能监测、智能诊断系统，全列4000多个监测点实时收集轴温、压力等数据，做到自感知、自诊断、自决策。
不仅如此，CR450动车组创新采用了时间敏感网传输信号，实时传输性能提升10倍。“时间敏感网的使用，让动车组列车各系统间的信息交互更及时、控制精准度更高。”铁科院集团公司首席研究员赵红卫说。
更静音。噪声直接关乎乘坐舒适度。理论计算显示，时速提升50公里，通常会给列车带来2至3分贝的噪声增量。但CR450动车组实现客室内噪声降低2分贝，整体噪声水平与既有动车组时速350公里运行时相当。
更舒适。仔细观察CR450动车组，为了“瘦身”，它身高从4.05米下降到3.85米，但步入车厢内部，客室高度却不变。通过集成化、小型化设计，CR450动车组旅客使用面积增加4%，大件行李存放区域增加一倍。
更多样。灯光，可随着室外环境自动调节亮度；无接触式卫生间，可“空中按键”；新增加家庭包间、多功能间等多样选择……“我们致力于为旅客提供多样化、便利化、个性化服务，让乘坐体验更好。”国铁集团机辆部技术处副处长任广强说。
首次建立运营时速400公里动车组列车标准体系
CR450动车组列车的研制，是一次实实在在的“无人区”探索。
——这考验的是原始创新的能力。
CR450动车组列车应该是什么样的？技术指标应该如何确定？各关键部件应该达到怎样的水平？如何保障安全？
2018年国铁集团启动了运营时速400公里高铁基础理论和关键技术研究；2021年正式开始研发；2022年发布总体技术条件，开展大量仿真计算和地面台架试验，在郑万、济郑高铁开展技术条件参数试验，在弥蒙、福厦高铁开展新技术部件换装试验；2024年正式启动样车生产……
“在此过程中，我们建立和完善了试验探索与迭代研发相结合的攻关机制。”国铁集团科技和信息化部装备技术处处长李永恒介绍，20余万公里的线路试验积累了大量数据，再加上千余项仿真计算、千余项地面台架试验，共同支撑CR450动车组设计方案的完成。
——这考验的是对边界极限的探索。
“CR450动车组项目在世界上首次通过实际线路试验来确定边界条件并验证顶层指标，从需求出发制定项目的技术条件。”铁科院集团公司机辆所所长张波介绍。
研发团队先后完成100多项试验，探知列车速度提升相关参数变化规律，获取了不同速度条件及桥梁、隧道、曲线等不同工况环境下的数据特征，为CR450动车组研制打下坚实基础。
——这考验的是多学科、多领域的协同能力。
在CR450动车组的研制过程中，技术指标间存在着许多约束，例如跑得快与停得住。多重技术指标约束，每一个细节方案的确定都必须优中选优。
以减重为例，速度更快，动车组的“筋骨”就必须更强壮，才能保证安全。但为了降低能耗、减少制动距离，动车组又必须尽量瘦身？
怎么办？承力部位，加强；不承力部位，减重。“为了减重，小到电缆线，大到车体、转向架，所有的部件都要称重，达标才能组装。”中车四方副总工程师陶桂东说。
牵引系统，在保证功率提升的基础上，减重15%；制动系统，在满足更高制动要求基础上，减重10%；车体减重10%……最终，CR450实现了整体减重10%、“瘦身”50吨的目标。
首次使用转向架包覆结构、首次使用时间敏感网、首次使用永磁牵引电机……通过CR450动车组样车的研制，中国在全球范围内首次建立起商业运营时速400公里动车组的标准体系。
横跨产学研，深度融合、协同创新
一列高速动车组列车，零部件超4万个。
“CR450动车组是我国科技创新和高端装备制造实力的综合展现。”李永恒说。
这是新型举国体制强大优势的最佳体现。
CR450动车组的研发团队是一个横跨产学研的创新联合体。
国铁集团牵头，中国中车、中国通号等众多企业，铁科院、中国科学院等研究机构，北京交通大学、中南大学、同济大学等高校，各机构深度融合、协同创新。
就拿降噪的研发来说，中国科学院声学所研究员隋富生分析，噪声既有气动噪声，也有轮轨振动噪声，频率范围广，速度的提升和轻量化的设计给噪声控制带来很大挑战。
不同的噪声，需要不同的解决方案。中车四方联合船舶研究所，解决低频振动噪声问题；中车长客联合西南交大，在整车级声学实验室开展了10余次试验……
最终，花了1年半时间进行新材料新结构噪声试验，测试了300余种降噪方案，研发团队通过分车、分区、分频的降噪方案，让CR450动车组客室内噪声降低2分贝。
这是产业体系配套完整供给优势的最好例证。
一列动车组列车，从研发、制造到运维服务，设计生产动车组零部件的主要企业超100家、参与企业超2100家。“仅仅是牵引系统，就有近40家配套企业参与研发，涉及材料、制造、试验等产业链各环节企业。”中国中车首席科学家冯江华说。
减重，用到了碳纤维复合材料、镁合金等新型材料；降噪，用到了地板减振器、声学超材料共振单元、声学超构吸声间壁、高阻尼内饰板等新材料新结构；牵引电机，使用了高水平国产化绝缘材料……
这是拥有大量高素质劳动者人才优势的最好证明。
研发过程中，一大批科研工作者矢志创新，攻克一个又一个难关。
全身降阻，深入挖潜。到底哪里最能降低空气阻力？研发人员通过大量仿真和试验，分析车辆不同部位受到的空气阻力，探索各个部位减阻的理论极限值。
“最终，我们发现转向架区域还有很大的减阻潜力。”中车长客副总工程师朱彦介绍，可是转向架是动车组列车的腿，承担着负重、牵引、制动、减振等任务，减阻如何进行？
通过无数个日夜的仿真试验，研发人员终于逐步掌握转向架区域复杂流场的运行规律，创新提出包覆结构。“包覆结构相当于给转向架穿上了‘裤子’，既要考虑减阻效果，又要兼顾散热、强度和刚度等多重目标，设计上是个很大挑战。”北京交通大学教授王文静介绍。
制造过程中，大国工匠们精益求精，匠心筑梦。
“CR450样车车体采用了更轻量化的长大薄壁铝合金型材，车身更轻，强度要求更高，对车体的焊接制造提出了极大挑战。”中车四方首席工艺师韩晓辉说，为此，产线首次引入激光电弧复合焊接技术，使车体连接强度提高20%，平面度提高3到5倍。
国铁集团有关负责人介绍，下一步将安排CR450动车组样车开展一系列线路试验和考核，进一步检验各项性能指标，争取早日投入商业运营。
（相关报道见第八版）
《 人民日报 》（ 2024年12月30日 02 版）
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