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时速400公里高铁明年投用,广州到北京仅需5小时?

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2017年9月起,复兴号中国标准动车组CR400型列车在京沪高铁上线运营,以时速350公里,打造了世界高铁运营速度的新标杆。现在,时速400公里的CR450动车组,正加紧研制,样车计划在年内下线。

今年1月9日,国铁集团在工作会议中指出,我国高铁CR450科技创新工程取得重大突破,2024年将完成CR450样车制造并开展型式试验,预计2025年投入使用。

这意味着,CR450高速动车的实验运行时速达到450公里,商业运行时速将达到400公里,有望成为世界上最快的高速列车。


【技术攻关】

跑得快:试验列车达到单列时速453公里

CR450科技创新工程自2021年启动以来,先后完成了17项新技术部件样机研制,搭载CR400综合检测列车开展57项科研试验,创造了动车组明线单列时速453公里、相对交会时速891公里和隧道交会时速840公里新纪录。

国铁集团科技和信息化部主任张大勇介绍,目前,时速400公里铁路基础设施技术创新和更高速度综合试验段建设取得重要进展。CR450动车组已完成顶层指标和总体方案制定,进入施工设计和样车研制阶段,样车将在年内下线,并将开展一系列试验。


停得稳:搭建数字模型,精量计算每个环节

从时速350公里到400公里,最关键的技术,不是能不能跑起来,而是能不能停得住、停得稳、停得准。

中国铁道科学研究院首席研究员赵红卫介绍,最重要的是制动系统,它要能够停得下来。顶层技术指标要求,制动距离要达到与CR400时速350公里时保持一致,同样是6500米,这就需要提升整个列车的制动能力。

记者注意到,正在试验的制动盘在仿真极端工况下,逐渐由黑变红,再由红变黑,温差可以超过700℃。而变化过程中积累的数据都会存入“智慧大脑”,搭建数字模型,对每一个环节进行精量计算。


功率升:减体重,比现有的CR400复兴号少12%

不只是制动系统,从牵引动力、网络控制到安全监测,每个关键系统都有自己的专属数字模型。通过精准计算,找到让列车跑得快、停得稳、能耗低的关键,那就是让它的“体力”更强、“体重”更轻。

中国铁道科学研究院首席研究员赵红卫介绍,要想达到时速400公里,还要提升效率。CR400的牵引功率是9600千瓦,在CR450上功率达到了11000千瓦,为此,研究人员减轻了列车的重量。

根据已知的试验数据,CR450车体的重量大约10吨,比既有的CR400复兴号列车减少12%左右;同时运行阻力、能耗指标各降低20%;制动性能和牵引效率分别提升20%和3%,让列车在制动距离、噪声、能耗指标不变的情况下,实现运营时速提高50公里,达到时速400公里。


材料新:应用大量轻质新材料,永磁电机首次使用

按照设计要求,CR450动车组在时速提高50公里的同时,噪声和能耗等环保指标都不超过CR400复兴号列车。这得益于轻质高效的新材料、新技术的应用,这些新材料新技术也带动了高铁产业链不断提质升级。

CR450牵引系统的永磁电机,是第一次应用在我国商业运营的高铁列车上。工作状态下,它的带电在两千伏以上,转数每秒一百转,功率提高14.5%。

不只是含有稀有金属的永磁材料,CR450动车组采用了大量碳纤维复合材料,这种材料相比传统材料密度更低,拥有轻量化、高强度、耐高温、抗疲劳等一系列技术指标优势,为高速列车轻量化提供了优选方案,有利于车辆减重、提速和降低能耗。

从时速300公里、350公里到400公里,高铁列车越跑越快,不仅是材料越换越新,也带动整个高铁产业链不断提质升级。目前,我国已经在吉林长春、山东青岛、湖南株洲等地建成了与高铁密切关联的特色产业集群。

【问答】

相对交会时速891公里什么概念?

答:仅用0.86秒时长,就与同等时速相会列车擦身而过。

2023年6月28日至29日,国铁集团在福厦高铁福清至泉州区段,对一系列新技术部件,在更高运行速度下的性能进行了验证。

在湄洲湾跨海大桥,试验列车以单列时速453公里、相对交会时速891公里运行;在海尾隧道,试验列车以单列时速420公里、相对交会时速840公里运行。此次验证,共完成57项科研试验,各项指标表现良好。

此前,由我国自主研发的新型复兴号高速综合检测列车,已于2022年4月21日,在济南至郑州高铁濮阳至郑州段,实现明线上单列时速435公里、相对交会时速870公里试验验证。2022年4月12日,在郑州至重庆高速铁路巴东至万州段,两列车还实现了隧道内单列时速403公里、相对交会时速806公里试验验证。

“相对交会时速870公里,形象描述就是,乘客坐在车厢里,仅用0.86秒时长,就与同等时速相会列车擦身而过。”国铁集团人士解释,动车组在实际载客运营中,都要遇到车辆相会问题。

高速运营的动车组相会,车外瞬间风压可达5-10千帕,风压产生的空气吸引力,会让列车剧烈震动,从而影响乘坐舒适度,甚至带来安全问题,所以,中国高速动车组一直在做最高交会速度试验,以求更高的运营安全性。


CR450上线后,广州到北京仅需5小时?

答:专家表示,每一条高铁修建时,都会有对应的设计最高时速。目前来看,我国大部分高铁不具备运行CR450条件。

CR450高速列车在实验中跑出超过450公里的超高时速,有媒体据此解读称,CR450投用后,广州北京之间的直达时间将大幅缩短,5个多小时即可完成单程,比现在缩短约2个小时。

也有人表示质疑:即使高铁时速达到450公里,并且全程不停站,也无法在5小时内完成旅行。对此,有专家解释称,每一条高铁修建时,都会有对应的设计最高时速,在设计和建设时的材料选用、配套设施也有差别。目前来看,我国大部分高铁并不具备运行CR450的条件。

目前,广州到北京的高铁全长2298公里,按商业运营时速350公里计算,两地最快速度为7小时。虽然CR450的最高设计时速为450公里,但在实际运营中,受多重因素影响,如线路条件、列车性能等,实际运行速度可能会有所降低。

CR450上线后,最有可能在哪里初运行呢?

答:沪渝蓉沿江高速铁路是最有可能首先“上架”的线路。

CR450上线后,最有可能在哪里初运行呢?国铁集团《“十四五”铁路科技创新规划》中明确提出,将依托沪渝蓉沿江高速铁路等工程项目,开展CR450科技创新工程基础设施工程化技术验证。

也就是说,除了CR450已成功试验过的福厦高铁福清至泉州区段外,沪渝蓉沿江高速铁路是最有可能首先“上架”的线路。

作为中国最长的高铁之一,沪渝蓉沿江高铁起自上海宝山站,途经江苏、安徽、湖北、重庆,止于四川成都站,由多条高铁通道组成,线路总长约2100公里,其中仅有成渝中线高铁预留了部分时速400公里的提速空间。

专家指出,作为世界领先的高铁技术,即使在已确定留有提速空间的成渝中线高铁沿线,也仅选取了部分符合条件的路段,在长达千余公里的京沪高铁率先全程运用,显然不太现实。


【“数”说高铁】

即将在年内下线的CR450动车组,将促进我国高速铁路动车组、基础设施系统技术创新,填补时速400公里高铁技术标准体系空白。

我国现有复兴号家族主要包括CR400(时速350公里)、CR300(时速250公里)、CR200(时速160公里),适应于高速铁路(高铁)、快速铁路(快铁)、城际铁路(城铁)。正在研制的CR450高速动车组,持续时速为400公里。

中国高铁已经形成全球最大的运营网络,投入运用的复兴号高速列车近1200组,国内通车里程超过4.5万公里,复兴号通达31个省区市,超过22亿人次乘坐复兴号旅行。

【知多D】

时速600公里磁浮列车也越来越近

除高铁外,高速磁浮列车是世界轨道交通技术的又一制高点。

科技部在去年底《对十四届全国人大一次会议第2199号建议的答复》中提到,科技部将依托“十四五”国家重点研发计划积极支持磁悬浮动力技术基础研究。研究形成时速600公里高速磁浮试验线方案和商业运营成套解决方案。

有了高铁,为什么还要研制高速磁浮列车?有专家介绍,目前,高铁最高运营时速为350公里,飞机巡航时速为800至900公里,时速600公里的高速磁浮列车,可以填补高铁和航空运输之间的速度空白,是构建综合立体交通网的重要一环。

此前,我国时速600公里高速磁浮交通系统,已于2021年在青岛成功下线。

一小时能跑1000公里,高速飞车“贴地飞”

我国高铁速度已经超过350公里/小时,新一代450公里时速的列车也在研发中,未来还有600公里时速的磁悬浮列车,更高级的则是试验中的高速飞车技术,速度可达1000公里/小时。

今年1月底,我国首条“高速飞车”全尺寸超导电动悬浮在山西大同试验成功。该试验线全长2公里,是全球最长、最快的超高速低真空管道磁浮试验线。这意味着我国1000公里的高铁可能也要来了。

时速1000公里,到底是什么概念呢?目前广州到北京的高铁2298公里,按时速350公里计算,需六七个小时。如果时速1000公里,广州到北京仅2个多小时。

高速飞车山西省实验室主任、高速飞车项目总设计师毛凯介绍,高速飞车全称“低真空管道磁悬浮高速飞车”,是将磁悬浮技术与低真空技术相结合,实现超高速运行的运输系统。

简单来说,就是利用超导磁悬浮技术,与地面脱离接触,以消除摩擦阻力,利用内部接近真空的管道线路,大幅减少空气阻力,从而实现时速1000千米以上的“低空飞行”,具有更快速、便捷、安全和经济可控的特点。

整合:易福红

来源:央视 新华社 鲁中晨报 科技日报等

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