浅谈我国高速列车的技术发展历程以及对未来发展的几点思考

摘 要：我国高铁的大规模运营离不开高速列车的快速发展。本文通过研究分析我国高速列车的发展历程和技术创新成果，阐述我国高速轨道交通具备较强的技术储备，并探索我国高速列车技术未来的发展方向，以期为读者相关研究提供参考。

关键词：高速动车组;磁浮列车;气浮列车;技术创新

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）01-0185-02

我国幅员辽阔、人口众多，人们乘坐高速轨道交通的出行比率高。1997年至2007年，全国铁路实施了六次大提速，极大地缩短了旅客的旅途时间。2008年8月1日开通了我国第一条高铁—京津城际铁路，运行时速350公里。经过10年的发展，我国已经逐步形成了“四纵四横”的高铁网络，高铁运营里程突破2.5万公里。与此同时，我国高速列车技术快速发展，自主研发的“复兴号奔驰在祖国广袤的大地上”;磁浮列车陆续在上海、长沙、北京等地商业运营;超导磁浮列车和气浮列车逐步在开展可行性研究和试验，为我国高速轨道交通的多样性发展提供技术储备。

1 高速动车组的技术发展

1.1 发展历程

20世纪90年，我国就开始自主研发高速动车组，先后诞生了“神州号”、“先锋号”、“蓝箭号”、“中华之星”等多款性能各异的国产动车组，其中“中华之星”在秦沈客专高铁试验中跑出了321.5公里/小时的中国第一速。

2004年6月开始，为满足全国铁路第六次大提速和高铁陆续运营的用车需求，原铁道部通过全面引进加拿大庞巴迪、日本川崎重工、德国西门子、法国阿尔斯通动车组设计制造技术，在国内逐步建立BST、四方、长客/唐山、长客四个技术平台，2007年-2008年，生产制造的CRH1A型、CRH2A型、CRH3C型和CRH5A型动车组陆续投入使用，其中CRH1A型、CRH2A型和CRH5A型动车组最高运营速度达到250公里/小时，CRH3C型动车组最高运营速度达到350公里/小时。

四个平台在消化吸收的基础上实施再创新，自主研发并制造CRH380D型、CRH380A型、CRH380B型和CRH380BL型动车组，持续运营时速达到350公里，从2010年开始陆续投入使用。

为全面提升中国高速铁路动车组设计、软件开发、制造技术水平，建成以核心技术自主化、配套技术产业化、基础理论系列化、技术标准体系化为主要标志的中国高速动车组技术体系，促进动车组由中国制造到中国创造的跨越，2012年以来，在原铁道部和中国铁路总公司主导下，由中国铁道科学研究院技术牵头，集合中车集团及相关企业的力量，开展中国标准动车组设计研制工作。2017年6月25日，中国标准动车组被正式命名为“复兴号”，26日“复兴号”在京沪高铁正式双向首发。

1.2 技术创新

我国高速动车组在以下11项技术方面取得了创新成果。

一是车体头型。通过“增加长细比、调整截面变化率和改善头型表面平顺化”等对策，降低气动阻力、气动升力、侧向力和气动噪声，确保安全高速地通过隧道、桥梁、站场等复杂工况。

二是车体的密封性。通过“优化车体断面降低交会压力波与侧向力、优化车体结构和连接方式提高车体刚度和气密性”，增强车体的气密承载能力。

三是车体振动模态。通过优化整体刚度与质量的分布、改进车体结构以及优化车体局部与内部部件连接刚度，合理匹配车体局部与整体模态参数，降低局部震动。

四是高速转向架。通过系统优化动力学参数和转向架结构强度设计、降低簧下质量等，增强列车运行平稳性，降低轮轨磨耗。

五是牵引系统。通过优化控制策略提升牵引控制特性，通过提高器件性能和材料特性来提高冷却能力、降低单位功率损耗。

六是制动系统。通过优化制动控制策略、提高再生制动能力和基础制动系统热容量，改善防滑性能，提高节能效率，降低基础制动负荷，缩短了紧急制动距离。

七是弓网受流技术。通过采用具有主动控制功能的新型受电弓以及流线型设计，降低气流扰动影响，保证了时速380公里时实现稳定受流。

八是乘客界面和体验。通过采取减震降噪措施、改善车体座位的设计、调整车型配置、改进服务质量，实现车厢内WIFI网络全覆盖，满足旅客多样化、个性化的需求以及长距离运行的要求，为乘客提供更良好的乘坐体验。

九是安全保障和智能化感知。通过应用物联网和传感网技术对高速列车的关键零部件实现动态监控，通过应用网络传输与数据处理技术实现对高速列车的远程监控，感知系统更加智能化，实现了高速列车的自检测、自诊断和自动化处理。

十是研发新型车辆如高寒动车组、防风沙动车组、城际动车组和货运动车组以满足不同需求，并陆续交付使用。

十一是逐步构建起体系完整、结构合理、先进科学的“复兴号”中国标准动车组技术标准体系，形成中国标准动车组品牌。并从互联互通、动力配置方式、网络控制系统、车体轮廓与结构、转向架、司机操纵界面、制动系统、辅助供电系统、高压电气系统、牵引系统等十个方面完成动车组统型，统一维修部件和维修周期，实现动车组的互联互通。

2 磁浮列车的发展历程

磁浮列车运用“磁性悬浮”，摆脱轮轨关系的限制，以电为动力，无接触运行，无轮轨走行线和受电弓，机械阻力和空气阻力小，具有速度快、相对能耗低、选线灵活、噪音小、无污染、维修少、安全性舒適度高等特点，是世界交通强国竞争制高点之一，也是目前我国轨道交通大力研究和未来发展的重要方向。

20世纪70年代开始，中国科学院电工所、国防科技大学、西南交通大学和铁道科学研究院对磁浮列车逐步开展了探讨研究。

目前，在中低速磁浮技术方面，我国已掌握了中低速磁浮交通核心技术、实验论证技术和系统集成技术，逐步建立起中低速磁浮交通工程的基础、通用和专用等三类标准体系，并实现了工程化应用。当前国内已有两条具有完全自主知识产权的中低速磁浮项目投入商业运营：长沙磁浮快线使用中车株洲电力机车有限公司自主研发生产的中低速磁浮列车“追风者”号，设计最高速度为100千米/小时;北京磁浮S1线使用中车唐山公司研制的“玲龙”号中低速磁浮列车，设计时速100公里。

在高速磁浮技术方面，2000年6月30日，中德两国政府签署双方合作开展上海磁浮列车示范运营线项目可行性研究的协议，上海磁浮列车示范运营线全面引进德国TR技术，于2006年4月27日开通运营，为中国首条磁浮铁路。2000年，西南交通大学超导技术研究所研制成功了世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”，成为世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车，证明了高温超导磁悬浮车在原理上的可行性。2014年，西南交通大学建成了全球首个真空管道超高速磁悬浮列车原型测试平台。目前中国版的“管道超级高铁”完成第一阶段调试，设计时速达到600-1000公里。

3 气浮列车的发展历程

气浮列车的原理是，利用功率很强的航空发动机向轨道上喷射压缩空气，使列车的车底和轨道之间形成一层几毫米厚的空气垫，从而将整个列车托起，悬浮在轨道面上，再用其他的动力发动机推动列车前进。气浮列车与磁浮列车最大区别为前者用气，后者用磁来悬浮。

2002年10月，我国航天飞行器专家成功地进行了气悬浮车的模型试验，悬浮高度为3毫米;近年来，我国航空航天部已经在开展气浮列车的可行性研究。

4 对未来发展的几点思考

對高速列车的性能评价主要依据速度、安全、舒适、节能、环保等指标，未来技术也将朝着促进这几项指标的逐步提升和优化的方向发展。

（1）高速动车组作为目前我国使用率最高的高速列车，依靠其成熟的技术、灵活的速度配比和相对较低的工程造价，在未来很长一段时间内，仍将是高速列车的主力军。高速动车组未来的技术创新和科技攻关主要体现在以下几个方面：一是运用大数据、云计算、物联网、工业机器人以及北斗卫星定位等现代技术手段开展智能化研究，包括自动驾驶技术、网络控车技术、智能化运营技术、车辆内部的智能化控制技术以及智能化诊断技术，进一步提高列车的安全性能和智能化水平，改善旅客的乘车体验感受。二是开展动车组轴承、受电弓、减震器等关键技术自主创新攻关，进一步提升“复兴号”自主化水平。三是开展动车组永磁电机和牵引系统的科技攻关，提升核心技术水平;四是继续探索和开展新材料研究，通过提高材料的强度、韧性、硬度、弹性等机械性能，实现动车组整体性能的提高，达到提高速度、降低能耗、安全环保的目的。

（2）超导磁浮利用超导磁体实现磁悬浮，与普通磁浮比较具有很多优点：悬浮的间隙大，速度高，可同时实现悬浮、导向和推进，推进直线同步电机效率高达70%-80%，重量轻，能耗少等。随着高温超导材料和低温制冷技术的不断迅速发展，应用磁场强、体积小、重量轻的超导磁体研制高温超导磁浮列车并实现工程运用成为可能，将来这样的列车各方面的性能将大为提高，时速将达600～1000km，足以取代飞机。

（3）作为最节能最环保的气浮列车，目前仍处于可行性研究阶段，从理论上说，有了气垫船的应用实例，有了先进的航空飞机发动机技术，气浮列车的研制完全是有可能实现的。如何保持气垫在列车高速运行下的稳定性以及如何安全可靠地完成高速列车的紧急制动是下一步研究和创新的重点。

（4）随着速度指标的越来越提升，空气阻力在运行阻力中所占的比例越来越高（空气阻力与速度的平方成正比的关系），高速动车组在驶入隧道和交会时产生的微气压波越来越强，气动噪声也越来越大，空气动力学已经成为高速轨道列车的研究重点。按照低速空气动力学和高速空气动力学大致以400千米/小时作为分水岭，也就意味着我国高速轨道列车再发展就跨入了高速空气动力学的范畴。在低速空气动力学中，介质密度变化很小，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。而在高速空气动力学中，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化，对应于的流动称为可压缩流动。车头的设计如何选取最适合速度匹配的长细比、截面变化率以及流线型的平顺度成为未来研究的重点。

（5）西南交通大学教授、两院院士沈志云提出“真空管道列车”新型高铁模式，简单的说，就是在现有的条件较好的高铁线路上加罩，构建密封管道并抽成真空，实现动车时速600公里的超高速运行。这个方案的优点是与我国现有的高铁网络兼容，同一列高速列车，在真空管道的区段超高速运行，在非真空管道的区段仍按普通高速运行。随着技术的不断发展和经济水平的不断提高，在不久的将来“真空管道列车”也很有可能变成现实。

参考文献

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[2] 中国铁路总公司.高速动车组概论[M].中国铁道出版社，2015.

[3] 吴祥明.磁浮列车[M].上海科学技术出版社，2003.

[4] 杨吉忠等.气悬浮列车走行机构概念设计[J].铁道工程学报，2014（10）：94-97.