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你期待嗎?時速400公里高鐵,或將呼嘯而來
2022-08-04 09:35:07 來源:華西都市報 編輯:

我國已布局研制更高時速新型高速列車、建設預留更高時速運行條件線路。在專家看來,未來中國高鐵將更高速、更智能。

時速350公里,是目前我國高速鐵路最高設計標準。

高速鐵路最高運營速度到底多少合適?這是世人普遍關心的問題,中國科學家正在給出答案。

“設計時速400公里,曲線參數可行。”7月20日,在西南交通大學牽引動力國家重點實驗室內,中國科學院院士、美國國家工程院外籍院士、西南交通大學首席教授翟婉明正帶領團隊,用“翟模型”對時速400公里線路設計參數進行仿真驗算。

“翟模型”,是翟婉明首創(chuàng)的“車輛-軌道耦合動力學”全新理論體系。其核心模型“車-軌耦合”,已成為國內外軌道交通動力學研究的基本方法,也是中國高鐵速度不斷提升的重要理論支撐。

“車-軌耦合”

博士生創(chuàng)建全新模型

1990年夏,年僅27歲的西南交通大學在讀博士生翟婉明,首創(chuàng)一種快速顯式數值積分方法,用以求解復雜大系統(tǒng)動力學問題,并成功解決了長大重載列車縱向動力學快速模擬問題。這一方法,后來被國際同行譽為“翟方法”。

那年,適逢國家啟動“八五”重點科技攻關項目,翟婉明有了更大的科研舞臺。

“列車要重載,還要減輕對線路的破壞。”作為攻關項目“減輕重載列車與線路相互作用研究”的具體執(zhí)行人,翟婉明深感棘手。

在鐵路工程領域,車輛、軌道一直是兩個獨立的研究系統(tǒng),分屬經典的車輛動力學、軌道動力學理論體系。然而,這兩個理論都難以解決攻關中的問題。

“車輛在軌道上行駛,二者相互影響、相互耦合,構成了一個相互依存的動力學系統(tǒng)。”歷經反復思索,翟婉明靈光乍現,可否將“車-軌”耦合起來,構建統(tǒng)一模型?

石破天驚的想法,猶如投進湖中的石子,激起層層漣漪。

在吸納車輛、軌道動力學成果基礎上,翟婉明創(chuàng)建了“車-軌”統(tǒng)一模型。由此產生的龐大規(guī)模動力學計算難題,又恰好被“翟方法”解決了。

科研之路,蜿蜒曲折。

隨后的調試程序給了翟婉明當頭一棒——因為計算結果與實際不符,仿真計算中,在軌道上行駛的車輛,竟然飛離了軌道。

“翟婉明,你把火車都開上天了!”質疑、奚落聲一片。

震驚之余,翟婉明沒有泄氣。他反復思考,確信研究方向正確??磥?,是計算程序出了錯。

逐一排查成千上萬條編程語句,20多天后的一個深夜,翟婉明終于找到編程語句中的一個參數錯誤。

1992年,“翟模型”破繭而出,為減輕重載列車與線路相互作用研究提供了理論方法,保證了國家重點科技攻關項目的順利完成。

缺少標準

“翟模型”算出最優(yōu)方案

2004年,中國高鐵開始起步。沒有設計標準,工程建設面臨一系列挑戰(zhàn)。

“到底哪個設計方案可行?”2005年的一天,拿著廣深港(廣州—深圳—香港)高鐵穿越獅子洋的4種選線設計方案,設計單位技術負責人忐忑不安。

廣深港高鐵是中國高鐵網主骨架之一,需跨越珠江口內水域的獅子洋,地形條件復雜。

經過一年多勘測,設計單位提出了4種選線方案,并首次涉及30‰以上大坡度縱斷面。

高速列車以時速300公里通過如此大的縱坡,能否安全平穩(wěn)?這道重大工程技術難題,在世界高速鐵路線路設計史上,前所未遇。

設計負責人找到了翟婉明。

4種選線方案參數被逐一輸入“翟模型”,經過計算機模擬分析,再加上動力學安全評估,翟婉明找出了其中的最優(yōu)者:途經沙仔島的長大隧道設計方案——這一方案最終被設計單位采納。

2011年12月,廣深港高鐵廣深段正式開通運營。至今超過10年的運營實踐表明,高速動車組在獅子洋段行車安全平穩(wěn)。

在理論—試驗—應用—理論的螺旋式進程中,“翟模型”不斷豐富與完善,被成功應用于中國高鐵一個個工程現場,解決了一系列實際難題。

現場試驗

理論與實踐相互促進

“過去現場試驗機會很少,但伴隨著中國鐵路6次大提速以及隨后的高鐵大發(fā)展,這樣的機會越來越多。”翟婉明說,理論再好,不到實踐中接受檢驗,也只能是紙上談兵。

為驗證自己的研究,翟婉明常常跟著鐵路安全員一根軌枕、一根軌枕地走,到現場尋找答案,在現場開展試驗。

2008年,中國首條高鐵——京津城際鐵路開通前夕,翟婉明興奮不已:終于能采集高鐵測試數據了!這對豐富“翟模型”的理論研究實在太重要了。

為采集一座特大橋上的高速行車動力學性能指標,他帶著測試團隊,在現場一待就是35天。

“每一趟車通過的數據都很寶貴。”翟婉明記得,列車通過的最高速度曾達到390公里/小時,這是當時中國鐵路跑出的最高速度。

2011年初,在京滬高鐵某段線路測試現場,列車跑出了超過430公里時速。翟婉明團隊測取了軌道動力學與周邊地面振動特性。據此發(fā)表的研究論文至今仍為世界獨家,被國際同行廣泛引用。

京津城際鐵路、京滬高鐵、成渝鐵路、大秦重載鐵路……通過現場調研與反復試驗,在解決工程難題的同時,翟婉明也獲得了大量的第一手珍貴數據。計算、仿真、試驗彼此印證,“翟模型”不斷得到豐富和完善,推動中國鐵路技術逐步攻克高速行車振動難題、走向世界前沿。

我國已布局研制更高時速新型高速列車、建設預留更高時速運行條件線路。在翟婉明看來,未來中國高鐵將更高速、更智能。

時速400公里高鐵,或將呼嘯而來。

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