原標題：CR450科技創新工程關鍵系統研發和試驗青年團隊——
協力攻關，讓動車組跑出「中國速度」（講述·弘揚科學家精神·打造大國重器）
CR450動車組二等座車廂。
圖為中新社記者賈天勇攝
數據來源：中國鐵道科學研究院集團
CR450動車組司機室。
圖為中新社記者賈天勇攝
數據來源：中國鐵道科學研究院集團
CR450青年團隊成員在試驗列車上研討技術細節。
圖為中國鐵道科學研究院集團提供
試驗列車行駛在湄洲灣跨海大橋上。
圖為中國鐵道科學研究院集團提供
核心閱讀
日前，CR450動車組樣車正式亮相。商業營運時速400公裏，試驗時速450公裏，中國高鐵再次領跑全球。
CR450動車組研發有何難點，實作了哪些技術突破，背後有怎樣的故事？日前，本報記者走近CR450科技創新工程關鍵系統研發和試驗青年團隊，看他們如何助力CR450動車組「貼地飛行」。
廣袤大地，列車飛馳。
商業營運時速400公裏，從時速400公裏到時速0、制軔距離只需要6500公尺，標準動車組每公裏能耗只需22至23千瓦時……CR450動車組的研制，匯聚著眾多科研工作者的智慧與艱辛，見證著中國高鐵新的輝煌與榮光。
時間撥回到2021年。這一年，「CR450科技創新工程」正式實施，由國鐵集團牽頭，聯合國內科研院所、高校、企業等科研力量組成創新聯合體，開展協同攻關。其中，中國鐵道科學研究院集團作為技術牽頭單位，組建了一支參與人數達210人、橫跨七大專業的CR450科技創新工程關鍵系統研發和試驗青年團隊（以下簡稱「CR450青年團隊」）。
與時間賽跑，這項耗時多年的計畫讓中國在全球範圍內首次建立起商業營運時速400公裏動車組的標準體系，為更快的「中國速度」寫下生動註腳。
既要起步快更要停得穩，如何實作
研發新材料，升級響應系統，提升制軔效能
「在沒有任何經驗可供借鑒的情況下，為CR450動車組確定頂層技術指標像是在‘無人區’裏進行探索，一切必須慎之又慎。」CR450青年團隊負責人許聰說。
為了探索出新的技術路徑，許聰帶領團隊先後實地開展50余次調查研究和訪談咨詢，開展100余項仿真試驗和70余項地面試驗，以確保總體技術條件的先進性和可行性。最終，透過不同系統成員協同攻關，包括速度、安全、能耗、雜訊等在內的指標被確定下來。
「放眼全球，商業營運時速400公裏確屬首次。」許聰說，雖然國內外曾有過類似嘗試，但都是試驗列車，「商業營運考驗的是列車長期穩定安全執行的能力。」
長期穩定安全執行，意味著動車既要起步快，更要停得穩。時速提高50公裏，但要與CR400動車組在時速350公裏時的緊急制軔距離基本一致，如何做到？
數據測算顯示，在時速400公裏背景下，如果使用CR400動車組的制軔系統，緊急制軔距離需要8500至9000公尺，與6500公尺的目標相差甚遠。
「列車的制軔過程，需要將機械能轉化為熱能，在6500公尺內將時速從400公裏降到0，所釋放的能量能在2分鐘內將6.8噸水從零攝氏度加熱到100攝氏度。」鐵科院集團機輛所副研究員韓曉東說，CR400動車組制軔系統所使用的材料已無法滿足新工況要求，亟須研發新材料。
為此，以CR450青年團隊為主力的攻關小組正式成立，專門研發耐高溫、抗變形、耐疲勞的新材料。「光是尋找最佳材料‘配方’，我們就花了半年時間。後續，又用了一年時間驗證工藝過程、材料效能。」韓曉東說。
材料的研發有條不紊，制軔響應系統的升級也在進行。「響應時間越短，留給真正制軔的時間就越多。」CR450青年團隊成員、鐵科院集團機輛所副研究員邵林介紹，CR450動車組透過創新采用時間敏感網（TSN）傳輸訊號，即時傳輸效能提升10倍，制軔響應時間從CR400動車組的2.3秒減少到1.7秒。
從制軔系統、牽引動力、網路控制到安全監測，團隊為每個關鍵系統都設計了專屬數位模型，透過精密計算和反復試驗，實作制軔效能提升20%以上。最終，在執行時速提高50公裏情況下，CR450動車組制軔距離與CR400動車組基本一致。
跑得更快能耗不變，怎樣達成
包覆轉向架腔，降低執行阻力，套用輕質材料，實作「瘦身健體」
實作動車組商業營運，要在安全的基礎上保證經濟性。因此，能否讓列車跑得更快、能耗不變便成為研發團隊面臨的又一道難題。
「降阻、減重是關鍵。」許聰介紹，高速飛馳的列車，氣動阻力隨速度的平方增長，列車95%的執行阻力來自空氣。理論測算顯示，時速提高50公裏，阻力將增加30%，牽引能耗主要在與空氣阻力「對抗」。
降低空氣阻力，哪裏是突破口？研發團隊透過大量仿真和試驗，分析車輛不同部位受到的空氣阻力，探索各個部位減阻的理論極限值。最終，研發團隊發現轉向架區域還有較大的減阻潛力。
「對此，我們提出在轉向架區域包覆結構上下功夫，透過采取類似裙板下拉環抱的方式，將整個轉向架腔包覆起來，有效降低了整車執行阻力。」CR450青年團隊成員、鐵科院集團機輛所副研究員陳璨說。
然而，轉向架是動車組列車的「腿」，承擔著負重、牽引、制軔、減振等任務，包覆後轉向架區域的散熱、後期檢修又該如何進行？
「要直面問題、解決問題，用創新的思維提出最佳化方案。」陳璨說，團隊從設計方案最佳化、仿真分析校核，再到地面試驗和實車試驗驗證，一遍遍測試、一次次修正方案，最終讓包覆結構既實作減阻效果，又兼顧散熱、強度和剛度等多重目標。
最終，研發團隊實作動車組整車執行阻力降低22%。再加上采用碳纖維復合材料、鋁鎂合金等輕質高強度材料，以及套用拓撲最佳化技術，將動車組減重10%，實作CR450與CR400能耗相當的目標。「所有的努力都是值得的。」陳璨說。
真實場景下的可靠性，如何檢驗
創新測試方法，開展20余萬公裏路線試驗
動車組的研制，僅靠仿真計算和台架試驗是遠遠不夠的，還需要在真實場景下檢驗關鍵部件的效能。2023年6月至7月，一場列車交會試驗在福廈高鐵路線上展開。
精準交會有多難？彼時，試驗列車的試驗速度已達到450公裏每小時，列車每1秒就要跑出約125公尺。「要想實作測試需求、縮小交會誤差，以秒為單位調整發車時間差已經滿足不了精度要求。」CR450青年團隊試驗指揮劉磊說。
「可以把倒計時裝置改成專業秒表，以半秒為單位控制發車時間差。」隨著一場場討論反復進行，一系列配套的調整也逐漸清晰。
交會試驗如期開展。這頭，劉磊手拿對講機、兩塊秒表，整裝待發；那頭，另一列試驗列車上，試驗指揮李元平屏息靜氣、時刻準備。
三、二、一，發車！首列試驗列車發出，1.5秒後，對開列車發車……「時速450公裏，交會誤差5公尺以內！」劉磊回憶。
在CR450動車組的研制過程中，像這樣的試驗有很多。研發團隊先後在鄭萬、濟鄭、彌蒙和福廈高鐵開展了20余萬公裏的路線試驗，同時創造了多項歷史：在福廈高鐵湄洲灣跨海大橋，搭載新技術部件的試驗列車以相對交會最高時速891公裏執行；在福廈高鐵海尾隧道，試驗列車以相對交會最高時速840公裏執行，分別創造高鐵動車組明線、隧道交會速度世界紀錄。
試驗，除了要在列車上監測數據，還需要大量的地面測試。地面測試團隊需要提前在路面布置傳感器，即時將數據傳輸回實驗室。「我們在福建莆田靈川鎮的橋頭村待了2個月。」地面測試團隊成員、鐵科院集團鐵建所副研究員李泰灃說，每天清晨，團隊成員跨過鄉間田壟，在工程現場埋設傳感器，並將接頭與采集儀相連進行偵錯，從而保證試驗的順利進行。「工作雖然單一，但大家堅守工程一線，從不喊苦喊累。」李泰灃說。
為了表彰團隊為CR450樣車研制所作的貢獻，CR450青年團隊獲評第二十八屆「中國青年五四獎章集體」。「榮譽是對我們的鞭策，我們將繼續鼓足幹勁，不斷為高鐵事業的發展貢獻力量。」許聰說。
眼下，雖然CR450樣車已經下線，但研發團隊的工作還沒有結束。他們將為CR450動車組樣車開展一系列路線試驗和考核，進一步檢驗各項效能指標，為CR450動車組早日投入商業營運創造條件。
(來源:人民日報)
