“坐飛機最危險的是起飛和降落，因為地面效應包括建築、風對飛機的激擾，所以，飛機設計的難點在起和降的過程。而高速列車始終在地面上高速運行，從空氣動力學車與空氣相互的作用角度，既要考慮地面對列車的強激擾，也要考慮到高速運行狀況下氣流激擾。波音737的巡航阻力系數約在0.028左右，6輛編組試驗列車整車阻力系數約為0.48左右，所以說更高速列車比飛機在天上巡航時的技術難點要複雜得多。”楊國偉說。
民用飛機每小時飛行距離800－850公里，中國研製的更高速試驗列車設計速度在每小時500公里以上，與目前在線上以每小時380公里最高時速運行的CRH380A相比，技術的邊界條件必須清晰。
“空氣動力學性能的受軌道不平順影響，振動激擾響應不斷加大，如何保證列車高速運行的安全性；如何保證舒適的乘車環境；比提高速度更重要的是能夠很好的停下來。” 試驗現場指揮梁建英說。
列車運行的阻力，包括車輪與軌道摩擦的機械阻力和車輛受到的空氣阻力。高速下制約速度的抗衡者是空氣，“當列車以每小時200公里行駛的時候，空氣阻力占總阻力的70%左右，和諧號CRH380A在京滬高鐵跑出時速486.1公里時，氣動阻力超過了總阻力的92%，如果跑到500公里以上，95%以上都是氣動阻力了”，李兵說。空氣阻力和列車運行速度的平方成近似正比關係，速度提高2倍，空氣阻力將增至4倍。正是這個平方關係，讓設計師絞盡腦汁。
空氣阻力受三大因素影響，一是車頭迎風受到正壓力，與車尾受到的負壓力間產生的壓差阻力；二是由於空氣黏性作用於車體表面的摩擦阻力；三是列車底架以及列車表面凹凸結構引起的干擾阻力。
工程師們為降低空氣阻力，應用仿生學和空氣動力學理論，創作了100多種頭型概念，優選構建了80餘種三維數字模型，開展了初步空氣動力學仿真，比選出20個氣動性能較優的頭型，進一步進行氣動優化，製作出1：20實物模型，根據仿真數據和美觀效果，最終製作五款1：8頭型分別做了風洞力學試驗和氣動噪聲試驗，名為“箭”的頭型被選中，其氣動噪聲、氣動阻力參數最優。“從氣動性能來講，”箭“與民航客機是可以PK的。”李兵說。
|
