中国高铁：找一块速度与安全的平衡木

现代人想把一切事物都变得极简。

使用轻量化材料，进行轻量化设计，是让人们脑海中的“极简”变现的方法。

电影《速度与激情》中，想要法拉利跑车实现漂移、高速驰骋，汽车设计师就要运用空气动力学等知识对汽车性能进行优化，尽量减少汽车的起动和运行的阻力。

这也是中国中车有限公司资深专家李明博士做的事情，只不过他面对的不是汽车，而是高铁。参与并完成车头流线型外观设计、概念设计、工程化设计、仿真计算、风洞实验等一系列设计工作，这就是李明博士所在的部门——技术研究中心的主责。

要速度，也要安全。在经济飞速发展的中国里，这一点尤其体现在高铁身上。新材料在线^®专访中国中车李明博士，试图寻找一块速度与安全的平衡木。

轻量化是一个全面提高车能效的技术

新材料在线^®：高速列车轻量化设计主要涉及哪几方面？

李明博士：假设我和朋友的体重均为150斤。当我们两个人坐在一辆小轿车里时，车体的承重已经超过了300斤，载重增加的同时也增加了制动距离。如若想让这台车实现有效制动，制动盘所受负荷就会更大。

这时就会体现轻量化的好处了。轻量等于高速，假如车体再轻一些，小轿车可以更轻松地运行。轻量化不仅是是为了节能，还可以降低车载设备的设计难度。

从最早的碳钢车，到铝合金车，我们实现了材料的轻量化。在我们的400公里项目中，整车需要实现3%到5%的减重，就是说要减掉十几吨。

我们目前做的就是通过新技术、新材料提升车辆的运行品质。比如轻量化、减阻等一系列节能技术，还有一些减振降噪相关的舒适度提升技术，从速度能力、安全性、可靠性、节能环保等等方面，去全方位保障我们的产品。

车速越高，面对的工况就越来越复杂。这就要求结构强度疲劳、振动噪声、防碰撞性能、动力学性能、气密性，甚至是电磁兼容等性能都需要有全方位的提升。

新材料在线^®：您如何看待碳纤维在高速列车行业的应用前景？

李明博士：碳纤维复合材料是碳纤维和其它材料的一个复合，它通过复合可以相互取长补短，同时还可以降低成本，更便于它推广。碳纤维复合轻量化技术，就像一个蝴蝶效应，它就像一个支点，通过它可以撬动所有系统的优化和提升，通过这一点带来整个行业的这个进步。

轻量化是一个全方位的东西，节能也是一个全方位的优化设计。在我的另外一个轨道车辆专项研究中，我准备把轻量化材料与有轨电车新能源系统结合，实现系统性的轻量化，进而与车的轻量化结合，把车做的越来越轻，同时设备也轻了，我可以腾出更多的空间，装更多的储能设备。这样的话，两方面去提升车的动力性能和续驶里程。

新材料在线^®：轻量化还涉及轨道车辆设计的哪些方面？

李明博士：轻量化也与城市建筑、民众生活相关。过多的电网给城市带来很大的影响。高铁供电制式是25千伏，地铁供电制式是1500伏、有轨电车供电制式是750伏。现在越来越多的国家，在现代城市中都在考虑用没有接触网的交通工具——新能源有轨电车，也就是采用超级电容，动力电池或氢燃料电池供电的有轨电车。我公司先后推出了超级电容/动力电池储能式有轨电车、燃料电池和超级电容混合动力有轨电车。它们的一个共同优势就是可以部分或全部取代电网，零排放，与现代城市友好兼容；我们还采用了轻量化设计技术，减少整车重量，同时降低整车运行能耗，也就减少了城市用电负荷。

高铁的速度、安全、经济性

对于高铁，速度与激情可不是玩笑话。怎样平衡速度与安全才是李明工作的重中之重。

几天前的李明在南疆完成了某型车辆的大风安全性试验。刚刚从南疆回到唐山的他，回想起了南疆恶劣的环境和12级以上的大风，这个时候车头越重，则整车安全性越好。“除需要考虑大风等特殊条件的某些特殊线路外，高铁轻量化设计在绝大多数场合都是需要的。”

无论是地铁、高铁还是飞机，都明确禁止饮食、吸烟。乘客对舒适性的要求已不是几年前“绿皮火车吃泡面”的标准。因此对于适用全民出行的高铁而言，寻找速度、安全、舒适度、经济性的平衡，是一件重要的事情。

新材料在线^®：中车在2011年已经设计开发出的CRH380BL动车组已经达到了487.3公里每小时，但我们实际生活中的高铁运行速度好像距离这个最高速还有一段差距，能否给我们简单解释一下这个原因呢？

李明博士：快，不只是单纯追求速度。法国曾推出过一款超音速（上千公里每小时的时速）飞机，但最终没能推广。就是因为它噪声太大，能耗太大，故障太多。

如果要做正常的载客运行，它需要从经济性安全性、舒适性等各方面这种去综合评估，最终得到一个合理的旅行速度。所以我们坐的飞机，实际上是八九百的速度。

从高铁来说，通过轮轨匹配实验，基本都已经具备500多公里每小时的理论运行时速了，但要真正用于载客运营，还有很多验证工作需要完成。

新材料在线^®：高铁的设计还与哪些因素有关？

李明博士：高铁的设计需要注重成本。我们从空气动阻力谈一下，高速列车高速运行的时候，气动阻力占整车阻力的85%以上，如果到400公里可能占到90%。它的阻力是跟速度成正比关系，功率是跟速度成三次方关系。也就是说速度从300到350，实际上运行功耗可能就是350除以300的三次方的功率倍增的关系。如果你从350到400，它增加可能会一两倍以上。这样的话，可能会导致运行能耗的大幅提升，这样很可能会超出普通民众的经济承受范围。

新材料在线^®：也就是说，要让普通民众都坐得起高铁。

李明博士：是的，从这种经济性考虑，我们现在只能逐级去提升，而且还得从基础设施角度考虑。我们现在正在研发跨国联运高速列车，就是要顺应国家走出去的思路，满足各国环境条件，开往全世界。

我认为下一代车辆应该是环境友好的，就是民众接受的，然后高舒适、低干扰度的。这种车辆对环境没有影响，是节能、低排放甚至零排放的，而不只是单纯提高速度这么简单。比如我们一直坚持研究的燃料电池/超级电容混合动力有轨电车。