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    动车“鲨鱼头”是如何设计出来的

      2016年7月15日,中国标准动车组CRH-0503以每小时420公里的交会速度再次刷新该型列车高速实验记录,这也是世界上首次在实际运行轨道上进行的高速列车会车试验。2017年2月25日,随着G65次列车驶出北京西站,中国自行设计研制、拥有全面自主知识产权的中国标准动车组样车上线运营。被称为“蓝海豚”和“金凤凰”的CRH-0207和CRH-0503两个型号的车型也正式进入大众视野。
      
      CRH380A车头特写
      
      车头灵感来源于仿生学原理
      
      之所以称之为“蓝海豚”和“金凤凰”除了与其车体的颜色有关,更重要的是他们的车头设计。
      
      高铁是“速度”的象征,车头则是高铁最为关键的部分,而车头的灵感则来源于仿生学原理。
      
      “250公里城际动车组”主设计师刘慧军曾介绍说,在设计车头时,会首先收集自然界在速度方面具有优势的动物,深入挖掘其流体动力学方面的关键特征,进行抽象化,再将之提炼成车头造型的主体设计要素。
      
      5个设计方案的数字模型
      
      通过初步筛选,他们挑选出5种动物:海豚、鲨鱼、蛇、豹、鹰,随后做了10个概念设计方案,选出有代表性的5个方案,进行概念模型构建。最后,根据空气动力学模拟计算,反复测验和评估。
      
      降低空气阻力,技术难度比飞机高
      
      高速列车始终在地面上高速运行,制约速度的抗衡者是空气。当列车以每小时200公里行驶的时候,空气阻力占总阻力的70%左右;时速达到486.1公里时,气动阻力超过了总阻力的92%。
      
      “高铁就像一架飞机在不停地起降”,中科院力学所杨国伟研究员这样说。波音737的巡航阻力系数约在0.028左右,6辆编组试验列车整车阻力系数约为0.48左右,所以说更高速列车比飞机在天上巡航时的技术难点要复杂得多。”
      
      工程师们为降低空气阻力,应用仿生学和空气动力学理论,创作了100多种头型概念,优选构建了80余种三维数字模型,开展了初步空气动力学仿真,比选出20个气动性能较优的头型,进一步进行气动优化,制作出1:20实物模型,根据仿真数据和美观效果,最终制作五款1:8头型分别做了风洞力学试验和气动噪声试验,名为“箭”的头型被选中,其气动噪声、气动阻力参数最优。
      
      中国高铁线上最常见的CRH380A动车组,仅车头的气动性能,团队就进行了17项75次仿真计算,做了760种工况的气动力学试验和60个工况的噪声风洞试验,完成了22项多达520个测点的线路测试。中国南车首席技术专家丁叁叁说,最终性能最优的“火箭”头型出炉时,气动性能海量的数据堆了4米多高。
      
      世界上最大的8万吨水压机,车头一次锻压成型
      
      中国高铁的车头是用世界上最大的8万吨水压机一次锻造成型,而日本则用的是传统焊接技术,内部焊接应力无法消除,对整体结构强度会造成较大影响。中国高铁的机车可以在同样功率输出的前提下跑得更快且结构强度更大。
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