來(lái)了！全球跑得最快的高鐵。

2024年12月29日，CR450動(dòng)車組樣車在北京正式發(fā)布，該動(dòng)車組試驗(yàn)速度可達(dá)450千米/時(shí)，運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)400千米/時(shí)。

時(shí)速提高，但制動(dòng)距離、能耗、噪聲不變

時(shí)速提升5 0千米，CR4 5 0動(dòng)車組靠什么？

動(dòng)力更強(qiáng)——眾所周知，高鐵跑得快，靠的是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。為了提升能量轉(zhuǎn)換的效率，CR4 5 0動(dòng)車組采用永磁牽引電機(jī)，轉(zhuǎn)換效率較CR4 0 0動(dòng)車組異步牽引電機(jī)提升3% 以上。

阻力更小——高速飛馳的列車，氣動(dòng)阻力隨速度的平方增長(zhǎng)，時(shí)速提升至4 0 0千米，阻力會(huì)增加3 0%?？梢哉f(shuō)，牽引電機(jī)產(chǎn)生的能量大部分都消耗在與空氣的“對(duì)抗”中。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，CR4 5 0動(dòng)車組整車運(yùn)行阻力降低了22%。

體重更輕——高鐵行駛，輕裝上陣很關(guān)鍵。CR4 5 0動(dòng)車組采用碳纖維復(fù)合材料、鎂合金等新型材料，應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，整車較以往減重1 0% 以上。

性能更優(yōu)——對(duì)動(dòng)車組列車而言，跑得快，還得停得下。從時(shí)速4 0 0千米到速度為0，CR4 5 0動(dòng)車組只需要6 5 0 0米。這一數(shù)字，與CR4 0 0動(dòng)車組制動(dòng)距離一致，做到了運(yùn)營(yíng)速度提升，制動(dòng)距離不變。

正是憑借這些優(yōu)異的性能，CR4 5 0動(dòng)車組可以做到時(shí)速提升5 0千米，能耗不變。8編組的CR4 5 0動(dòng)車組列車，在時(shí)速4 0 0千米運(yùn)行工況下每千米只耗電2 2～2 3千瓦時(shí)，保證了其投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性、綠色性。

CR4 5 0動(dòng)車組還有許多讓人眼前一亮的設(shè)計(jì)。

更智能。CR4 5 0動(dòng)車組配有智能監(jiān)測(cè)、智能診斷系統(tǒng)，全列4 0 0 0多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)收集軸溫、壓力等數(shù)據(jù)，能做到自感知、自診斷、自決策。不僅如此，CR4 5 0動(dòng)車組創(chuàng)新采用了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)，實(shí)時(shí)傳輸性能提升1 0倍。“時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的使用，讓動(dòng)車組列車各系統(tǒng)間的信息交互更及時(shí)、控制精準(zhǔn)度更高?！敝袊?guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“鐵科院集團(tuán)公司”）首席研究員趙紅衛(wèi)說(shuō)。

更靜音。噪聲直接關(guān)乎乘坐舒適度。理論計(jì)算顯示，時(shí)速提升5 0千米，通常會(huì)給列車帶來(lái)2～3分貝的噪聲增量。但CR4 5 0動(dòng)車組實(shí)現(xiàn)客室內(nèi)噪聲降低2分貝，整體噪聲水平與既有動(dòng)車組時(shí)速3 5 0千米運(yùn)行時(shí)相當(dāng)。

更舒適。仔細(xì)觀察CR4 5 0動(dòng)車組，為了“瘦身”，它的車身高度從4.0 5米下降到3.8 5米，但步入車廂內(nèi)部，客室高度卻不變。通過(guò)集成化、小型化設(shè)計(jì)，CR4 5 0動(dòng)車組旅客使用面積增加4%，大件行李存放區(qū)域面積增加一倍。

更多樣。燈光，可隨著室外環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度；無(wú)接觸式衛(wèi)生間，可“空中按鍵”；新增加家庭包間、多功能間等多樣選擇……“我們致力為旅客提供多樣化、便利化、個(gè)性化服務(wù)，讓乘坐體驗(yàn)更好?！敝袊?guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)鐵集團(tuán)”）機(jī)輛部技術(shù)處副處長(zhǎng)任廣強(qiáng)說(shuō)。

首次建立運(yùn)營(yíng)時(shí)速400千米動(dòng)車組列車標(biāo)準(zhǔn)體系

CR4 5 0動(dòng)車組列車的研制，是一次實(shí)實(shí)在在的“無(wú)人區(qū)”探索。

——這考驗(yàn)的是原始創(chuàng)新的能力。

CR4 5 0動(dòng)車組列車應(yīng)該是什么樣的？技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該如何確定？各關(guān)鍵部件應(yīng)該達(dá)到怎樣的水平？如何保障安全？

2 0 1 8年，國(guó)鐵集團(tuán)啟動(dòng)了運(yùn)營(yíng)時(shí)速4 0 0千米高鐵基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究；2 0 2 1年正式開始研發(fā)；2 0 2 2年發(fā)布總體技術(shù)條件，開展大量仿真計(jì)算和地面臺(tái)架試驗(yàn)，在鄭萬(wàn)、濟(jì)鄭高鐵開展技術(shù)條件參數(shù)試驗(yàn)，在彌蒙、福廈高鐵開展新技術(shù)部件換裝試驗(yàn)；2 0 2 4年正式啟動(dòng)樣車生產(chǎn)……

“在此過(guò)程中，我們建立和完善了試驗(yàn)探索與迭代研發(fā)相結(jié)合的攻關(guān)機(jī)制?！眹?guó)鐵集團(tuán)科技和信息化部裝備技術(shù)處處長(zhǎng)李永恒介紹，2 0余萬(wàn)千米的線路試驗(yàn)積累了大量數(shù)據(jù)，再加上千余項(xiàng)仿真計(jì)算、千余項(xiàng)地面臺(tái)架試驗(yàn)，共同支撐著CR4 5 0動(dòng)車組設(shè)計(jì)方案的完成。

——這考驗(yàn)的是對(duì)邊界極限的探索。

“CR4 5 0動(dòng)車組項(xiàng)目在世界上首次通過(guò)實(shí)際線路試驗(yàn)來(lái)確定邊界條件并驗(yàn)證頂層指標(biāo)，從需求出發(fā)制定項(xiàng)目的技術(shù)條件?！辫F科院集團(tuán)公司機(jī)輛所所長(zhǎng)張波介紹。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后完成1 0 0多項(xiàng)試驗(yàn)，探知列車速度提升相關(guān)參數(shù)變化規(guī)律，獲取了不同速度條件及橋梁、隧道、曲線等不同工況環(huán)境下的數(shù)據(jù)特征，為CR4 5 0動(dòng)車組的研制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

——這考驗(yàn)的是多學(xué)科、多領(lǐng)域的協(xié)同能力。

在CR4 5 0動(dòng)車組的研制過(guò)程中，技術(shù)指標(biāo)間存在著許多約束，例如跑得快與停得住。多重技術(shù)指標(biāo)約束，使得每一個(gè)細(xì)節(jié)方案的確定都必須優(yōu)中選優(yōu)。

以減重為例，想速度更快，動(dòng)車組的“筋骨”就必須更強(qiáng)壯，這樣才能保證安全。但為了降低能耗、減少制動(dòng)距離，動(dòng)車組又必須盡量瘦身。

怎么辦？承力部位加強(qiáng)，不承力部位減重?！盀榱藴p重，小到電纜線，大到車體、轉(zhuǎn)向架，所有的部件都要稱重，達(dá)標(biāo)才能組裝?！敝熊嚽鄭u四方機(jī)車車輛股份有限公司（簡(jiǎn)稱“中車四方”）副總工程師陶桂東說(shuō)。

牽引系統(tǒng)，在保證功率提升的基礎(chǔ)上減重1 5%；制動(dòng)系統(tǒng)，在滿足更高制動(dòng)要求基礎(chǔ)上減重1 0%；車體減重1 0%……最終，CR4 5 0實(shí)現(xiàn)了整體減重10%、“瘦身”50噸的目標(biāo)。

首次使用轉(zhuǎn)向架包覆結(jié)構(gòu)、首次使用時(shí)間敏感網(wǎng)、首次使用永磁牽引電機(jī)……通過(guò)CR4 5 0動(dòng)車組樣車的研制，中國(guó)在全球范圍內(nèi)首次建立起商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)速4 0 0千米動(dòng)車組的標(biāo)準(zhǔn)體系。

橫跨產(chǎn)學(xué)研，深度融合、協(xié)同創(chuàng)新

一列高速動(dòng)車組列車，零部件超4萬(wàn)個(gè)。“CR4 5 0動(dòng)車組是我國(guó)科技創(chuàng)新和高端裝備制造實(shí)力的綜合展現(xiàn)?！崩钣篮阏f(shuō)。

這是新型舉國(guó)體制強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)的最佳體現(xiàn)。

CR4 5 0動(dòng)車組的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是一個(gè)橫跨產(chǎn)學(xué)研的創(chuàng)新聯(lián)合體。國(guó)鐵集團(tuán)牽頭，中國(guó)中車股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)中車”）、中國(guó)鐵路通信信號(hào)股份有限公司等眾多企業(yè)，鐵科院集團(tuán)公司、中國(guó)科學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)，北京交通大學(xué)、中南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校，各機(jī)構(gòu)深度融合、協(xié)同創(chuàng)新。

就拿降噪的研發(fā)來(lái)說(shuō)，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)所研究員隋富生分析，噪聲既有氣動(dòng)噪聲，也有輪軌振動(dòng)噪聲，頻率范圍廣，速度的提升和輕量化的設(shè)計(jì)給噪聲控制帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

不同的噪聲，需要不同的解決方案。中車四方聯(lián)合船舶研究所，解決低頻振動(dòng)噪聲問(wèn)題；中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中車長(zhǎng)客”）聯(lián)合西南交大，在整車級(jí)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展了1 0余次試驗(yàn)……

團(tuán)隊(duì)花了1年半時(shí)間進(jìn)行新材料新結(jié)構(gòu)噪聲試驗(yàn)，測(cè)試了3 0 0余種降噪方案，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)分車、分區(qū)、分頻的降噪方案，最終讓CR4 5 0動(dòng)車組客室內(nèi)噪聲降低2分貝。

這是產(chǎn)業(yè)體系配套完整供給優(yōu)勢(shì)的最好例證。

一列動(dòng)車組從研發(fā)、制造到運(yùn)維服務(wù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)動(dòng)車組零部件的主要企業(yè)超1 0 0家、參與企業(yè)超2 1 0 0家?！皟H僅是牽引系統(tǒng)，就有近4 0家配套企業(yè)參與研發(fā)，涉及材料、制造、試驗(yàn)等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)?！敝袊?guó)中車首席科學(xué)家馮江華說(shuō)。

減重，用到了碳纖維復(fù)合材料、鎂合金等新型材料；降噪，用到了地板減振器、聲學(xué)超材料共振單元、聲學(xué)超構(gòu)吸聲間壁、高阻尼內(nèi)飾板等新材料新結(jié)構(gòu)；牽引電機(jī)，使用了高水平國(guó)產(chǎn)化絕緣材料……

這是擁有大量高素質(zhì)勞動(dòng)者人才優(yōu)勢(shì)的最好證明。

研發(fā)過(guò)程中，一大批科研工作者矢志創(chuàng)新，攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)。全身降阻，深入挖潛。到底哪里最能降低空氣阻力？研發(fā)人員通過(guò)大量仿真試驗(yàn)，分析車輛不同部位受到的空氣阻力，探索各個(gè)部位減阻的理論極限值。

“最終，我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架區(qū)域還有很大的減阻潛力?！敝熊囬L(zhǎng)客副總工程師朱彥介紹?？墒寝D(zhuǎn)向架是動(dòng)車組列車的“腿”，承擔(dān)著負(fù)重、牽引、制動(dòng)、減振等任務(wù)，減阻如何進(jìn)行？

通過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)日夜的仿真試驗(yàn)，研發(fā)人員終于逐步掌握轉(zhuǎn)向架區(qū)域復(fù)雜流場(chǎng)的運(yùn)行規(guī)律，創(chuàng)新提出包覆結(jié)構(gòu)?！鞍步Y(jié)構(gòu)相當(dāng)于給轉(zhuǎn)向架穿上了‘褲子’，既要考慮減阻效果，又要兼顧散熱、強(qiáng)度和剛度等多重目標(biāo)，設(shè)計(jì)上是個(gè)很大的挑戰(zhàn)?！北本┙煌ù髮W(xué)教授王文靜介紹。

制造過(guò)程中，大國(guó)工匠們精益求精，匠心筑夢(mèng)?！癈R4 5 0樣車車體采用了更輕量的長(zhǎng)大薄壁鋁合金型材，車身更輕，強(qiáng)度要求更高，對(duì)車體的焊接制造提出了極大挑戰(zhàn)。”中車四方首席工藝師韓曉輝說(shuō)，為此，產(chǎn)線首次引入激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)，使車體連接強(qiáng)度提高2 0%，平面度提高3～5倍。

國(guó)鐵集團(tuán)有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，下一步將安排CR4 5 0動(dòng)車組樣車開展一系列線路試驗(yàn)和考核，進(jìn)一步檢驗(yàn)各項(xiàng)性能指標(biāo)，爭(zhēng)取早日投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。