為了一列列高速列車安全馳騁在祖國大地,在田紅旗院士的帶領下,中南大學軌道交通空氣動力與碰撞安全技術創新團隊立下了汗馬功勞。
這是一支歷經20多年發展的團隊,目標始終如一。為對接國家發展高速鐵路重大需求,解決空氣動力制約高鐵發展、大風危及行車安全、列車碰撞安全等難題,1994年成立高速列車研究中心團隊在國內率先開展研究,成為我國該領域的技術發源地和研究基地。
至今,團隊研究成果已全部應用于全國各鐵路設計院所、所有高速列車制造廠、全部鐵路運營公司,為我國既有鐵路6次大提速、高速、青藏、城軌等重大鐵路工程建設和發展作出了重要貢獻。
慧眼識別空氣動力變化,提前應對降耗保平安
發展高速軌道交通,空氣動力學是繞不開的基礎學科。高速列車在行駛時,空氣阻力占總阻力的85%以上。減少阻力才能降低能耗,而且軌道交通特有的高速交會、高速穿越隧道、列車風等誘發的空氣動力效應嚴重危及行車安全。可以說,高速列車行駛的每時每刻,列車及周圍看不見的空氣動力都在變化中,需要設計者慧眼識變,提前應對。
團隊創建了高速列車氣動外形結構設計理論與方法,從我國第一列已運營高速列車外形結構設計開始,至今完成了已投入運營的39種流線型列車外形設計、試驗及體系化評估。建成的國際領先的500km/h列車氣動性能動模試驗系統,接納了我國所有高速列車動模型試驗。
除了氣動阻力,隧道也是高速列車的一道坎。當高速列車進入隧道時,前方的空氣會受到擠壓,這種擠壓狀態能夠以聲速傳播到隧道出口,然后驟然膨脹釋放出強烈的氣壓爆波,產生瞬間的沖擊壓力,影響乘客舒適性。同時,這種氣壓爆波對隧道周圍的設施和建筑物等都會有影響,會產生一個很大的爆破聲。
通過研究實驗,團隊創立了高速鐵路隧道空氣動力學安全理論及技術,解決了不同外形列車、各型隧道瞬態沖擊壓力抑制技術難題,完成包括京滬、京廣在內的各種典型高鐵隧道氣動優化,使氣壓爆波減小50%、瞬變壓力降低10%~35%,實現高速列車350km/h不減速穿越長大隧道。
不期而至的大風,還可能掀翻列車特別是高速列車。團隊創建大風環境下行車安全保障系統,解決了大風環境下列車是否停輪、限速或正常運行科學決策難題。
建成世界唯一的軌道車輛實車撞擊測力全研究鏈試驗系統
列車碰撞常常帶來嚴重后果。由于碰撞是一個巨復雜強非線性過程,試驗是開展耐撞性研究的必備手段。
團隊發明了耐沖擊吸能安全列車設計、試驗及評估技術,研建國際唯一的實際運營軌道車輛撞擊測力全研究鏈試驗系統,獲得CNAS認可資質和國際權威機構認可。
據介紹,在這個試驗系統的支撐下,團隊制訂了填補我國空白的列車耐撞性設計與試驗標準。到目前,完成了我國和出口城軌列車、“復興號”等高速列車吸能設計研究,支撐我國地鐵列車制造企業在有德、法、日等發達國家參與的國際競爭中成功中標。