CR450动车组二等车厢。图为中新网记者贾天勇摄数据来源：中国铁道科学研究院集团
CR450动车组驾驶室。图为中新网记者贾天勇摄数据来源：中国铁道科学研究院集团
CR450青年队员讨论试验列车的技术细节。图片由中国铁道科学研究院集团提供
试验列车在湄洲湾跨海大桥上行驶。图片由中国铁道科学研究院集团提供
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近日，CR450动车组样车正式亮相。商业运营时速400公里、试验时速450公里，中国高铁再次领跑世界。
CR450动车组的研发遇到了哪些困难，取得了哪些技术突破，背后有哪些故事？日前，本报记者走访了CR450科创项目关键系统开发与测试青年团队，看看他们如何助力CR450动车组“贴地飞行”。
火车在广阔的土地上飞驰。
商业运营速度为每小时400公里。时速400公里至0速制动距离仅6500米。标准动车组的能耗仅为每公里22至23千瓦时……CR450动车组的研制聚集了众多科研人员。智慧和艰辛见证了中国高铁新的辉煌和辉煌。
将时间拨回到2021年，这一年，“CR450科技创新工程”正式实施。以中国中铁集团牵头，联合国内科研院所、大学、企业等科研力量，组成创新联合体，开展协同攻关。其中，中国铁科院集团作为牵头技术单位，组建了CR450科技创新工程关键系统研发与测试青年团队，共有210人，横跨七个专业（以下简称“CR450青年团队”） ）。
与时间赛跑，这个历时多年的工程，让我国在全球首次建立了时速400公里动车组商业运营的标准体系，为更快的“中国速度”写下了生动的注脚。
既要快速启动，又要平稳停止。如何实现这一目标？
开发新材料，升级响应系统，提高制动性能
“在没有经验可借鉴的情况下，确定CR450动车组的顶级技术指标就像在‘无人区’探险，一切都必须谨慎行事。”CR450青年队队长徐聪说。
为探索新的技术路径，徐聪带领团队进行了50余次实地勘察、采访咨询，开展了100余次模拟试验、70余次地面试验，确保了整体技术条件的先进性和可行性。 。最终，通过不同系统成员的协同研究，确定了包括速度、安全、能耗、噪声等指标。
“放眼全球，商业运营达到时速400公里确实是第一次。”许聪表示，虽然国内外也有过类似的尝试，但都是试验列车。 “商业运营考验着列车长期稳定、安全运行的能力。”
列车长期稳定、安全运行，意味着列车必须快速启动、平稳停车。速度提高了50公里/小时，但CR400动车组在时速350公里时的紧急制动距离基本相同。如何实现这一目标？
数据计算显示，在时速400公里的情况下，如果采用CR400动车组的制动系统，紧急制动距离需要8500米至9000米，距离6500米的目标还很远。
“列车制动过程需要将机械能转化为热能，在6500米内将时速从400公里降到0。释放的能量可以在2分钟内将6.8吨水从零摄氏度加热到100摄氏度。 ”院集团机车车辆研究所铁科副研究员韩晓东表示，CR400动车组制动系统使用的材料已不能满足新工况的要求，迫切需要开发新材料。
为此，以CR450青年团队为首的研究团队正式成立，致力于开发耐高温、耐变形、耐疲劳的新材料。 “光是找到最好的材料‘配方’，我们就花了半年的时间。随后又花了一年的时间来验证工艺和材料性能。”韩晓东说道。
材料开发进展顺利，制动响应系统的升级也在进行中。 “响应时间越短，留给实际制动的时间就越多。” CR450青年团队成员、铁道科学院机车车辆研究所副研究员邵林介绍，CR450动车组采用创新的时间敏感网络（TSN）传输信号，实时传输性能提升10倍，制动响应时间由CR400动车组的2.3秒缩短至1.7秒。
从制动系统、牵引动力、网络控制到安全监控，团队为每个关键系统设计了专属的数字模型。经过精密计算和反复试验，制动性能提升20%以上。最后，当运行速度提高50公里/小时时，CR450动车组的制动距离与CR400动车组基本相同。
如何在相同的能耗下实现更快的跑步？
覆盖转向架腔体减少运行阻力，应用轻质材料实现“瘦身健身”
实现动车组商业化运营，必须在安全的基础上保证经济性。因此，能否在能耗不变的情况下让列车跑得更快，成为研发团队面临的另一个问题。
“减少阻力和重量是关键。”徐聪表示，对于高速列车来说，空气动力阻力随着速度的平方而增加。火车95%的运行阻力来自空气。理论计算表明，时速提高50公里时，阻力将增加30%，牵引能耗主要是与空气阻力“对抗”。
降低空气阻力的突破口在哪里？研发团队通过大量的模拟和实验，分析了车辆不同部位所经历的空气阻力，探索了各部位减阻的理论极限。最终，研发团队发现转向架区域仍然具有更大的减阻潜力。
“对此，我们提出对转向架区域的涂层结构进行研究，采用类似裙板下拉抱抱的方式覆盖整个转向架腔体，有效降低整车的运行阻力。” CR450青年组成员铁恩说，中科院集团机械车辆研究所副研究员陈灿说。
然而转向架却是动车组列车的“腿”，担负着承载、牵引、制动、减振等任务。转向架区域覆盖后如何散热及后期维护？
“我们要正视问题、解决问题，用创新思维提出优化方案。”陈灿表示，团队从设计方案优化、仿真分析验证，到地面测试和实车测试验证，一次又一次地测试和修改方案。 ，最终让覆层结构实现减阻，同时兼顾散热、强度和刚度等多重目标。
最终，研发团队实现了整个动车组运行阻力降低22%。此外，碳纤维复合材料、铝镁合金等轻质高强材料的使用，以及拓扑优化技术的应用，可使动车组重量减轻10%，实现等效的目标能耗介于CR450和CR400之间。 “所有的努力都是值得的。”陈灿说。
如何在实际场景中测试可靠性
创新测试方法，开展超过20万公里线路测试
在动车组的研制中，仅靠仿真计算和台架试验是远远不够的。还需要在实际场景中测试关键部件的性能。 2023年6月至7月，福厦高铁线路开展列车交叉试验。
准确的约会有多困难？当时，试验列车的测试速度已达到每小时450公里，列车每秒运行约125米。 “为了满足测试要求，减少交会误差，以秒为单位调整出发时间差已经不能满足精度要求。” CR450青年队测试总监刘雷说道。
“倒计时装置可以改成专业秒表，启动时间差可以控制在半秒单位。”随着反复讨论，一系列配套调整逐渐清晰。
交会测试如期进行。这一头，刘磊拿着对讲机和两个秒表，准备出发；另一端，另一列试验列车上，试验列车员李元平屏住呼吸，时刻准备着。
三、二、一，出发！第一列测试列车出发，1.5秒后，对面列车出发……“时速450公里，交叉口误差5米以内！”刘磊回忆道。
在CR450动车组的研制过程中，类似这样的测试还有很多。研发团队先后在郑万、集正、密蒙、福厦高铁上进行了超过20万公里的线路试验，创造了多项历史：湄洲湾跨海高速铁路新技术部件试验福厦高铁海上大桥列车运行最高相对交叉速度891公里/小时；在福厦高铁海卫隧道，试验列车以每小时840公里的最高相对交叉速度运行，分别创下高铁动车组明线和隧道交叉速度的世界纪录。
此次测试，除了列车上的监测数据外，还需要进行大量的地面测试。地面测试团队需要提前在道路上部署传感器，并将数据实时传回实验室。 “我们在福建莆田灵川镇桥头村呆了两个月。”地面测试组成员、铁科院集团铁道建设研究所副研究员李泰峰说，每天早上，队员们都会穿越乡村，在项目现场埋设传感器。 ，并将连接器连接至采集器进行调试，保证测试顺利进行。 “工作虽然单调，但大家都坚守在项目第一线，从不抱怨苦、累。”李泰峰说道。
为表彰该团队对CR450样车研制做出的贡献，CR450青年团队被授予第28届“中国青年五四奖章集体”。 “荣誉是对我们的鞭策，我们将继续努力，继续为高铁事业的发展做出贡献。”徐聪说道。
目前，虽然CR450样车已经下线，但研发团队的工作还没有结束。他们将对CR450动车组样车进行一系列线路测试和评估，进一步检验各项性能指标，为CR450动车组尽快投入商业运营创造条件。
《人民日报》（2025年1月9日第06页）
