问题描述

1.如何实现400km/h动车组运行阻力和能耗降低？

2.如何实现400km/h动车组紧急制动距离缩短?

3.如何实现400km/h运行时动车组内外部噪声降低？

问题背景

高速铁路自诞生以来，最高运营速度一直是世界各国为了提高市场竞争力和企业盈利能力致力于追求的目标。列车运营速度是衡量一个国家铁路发展水平的重要指标之一，而更先进更高速度等级的高速动车组装备则是高速铁路的最重要的标志。

我国在更高速度级高速列车研制方面的脚步一直没有停歇，复兴号动车组在京沪线率先实现350km/h世界最高商业运营速度；2016年复兴号动车组在郑徐高速铁路完成明线交会试验，最高试验速度达到421.8km/h。为持续引领世界高速铁路发展，实现交通强国、铁路先行的历史使命，亟须加快更高速度级高速铁路技术的研发。

高速列车速度提升面临诸多工程技术难题，涉及轮轨耦合关系、气动耦合关系、车辆结构强度以及黏着利用等。随着动车组最高运营速度提升至400km/h后，轮轨之间的作用加剧，轮轨耦合关系变化，随之影响车体模态、车内振动与噪声产生的机理和传递方式，以致对动车组的整体性能产生劣化的影响；速度的提升也会对轮轨之间的黏着作用机理、黏着系数分布特征、大蠕滑黏着极限规律产生重要的影响。

基于现有技术的350km/h速度等级动车组，如果以时速400km/h运行，其制动距离将增加约60%，能耗增加约30%，噪声能量增加约100%（增加约3分贝）。研发更安全、更环保、更节能、更智能的CR450高速动车组平台，保持世界领先水平，需要实现更高运营速度，动车组重量减少10%，制动性能提升30%，能耗降低15%，噪声降低1～3分贝。

最新进展（截止问题发布年度）

1.如何实现高速运行条件下动车组运行阻力和能耗降低15%

随着高速动车组运行速度的提升，运行阻力加大、能耗进一步加大。动车组以400km/h运行时总阻力95%是气动阻力，新一代动车组目标为在时速350公里动车组基础上减阻15%，能耗约为23kWh/km，与时速350公里运行时阻力与能耗相当。

动车组的头型设计、车体断面及风挡、转向架区域和受电弓区域的阻力，都将影响运行阻力和能耗，应研究进一步降低高速动车组运行阻力、减少转向架区域运行阻力、减少车顶空气流场对受电弓动态性能的影响及空气阻力等相关技术，以达到减阻降耗的目标要求。开展400km/h高速车线耦合空气动力学减阻技术和基于新材料新器件的高效率牵引技术研究。研究牵引系统永磁电机、碳化硅大功率器件、高效变压器、新型受电弓提升牵引系统效率，降低运行阻力和能耗。

2.如何实现400km/h动车组紧急制动距离缩短，制动性能提升30%?

随着运行速度的提升，列车动能、制动能量、制动距离均大幅度增加，400km/h紧急制动设计时，摩擦热负荷成为主要限制。若保持目前时速350公里动车组紧急制动距离不增加，目前的技术还无法实现，必须从新技术、新材料、新结构等多个方面采取措施，其中动车组列车重量对制动距离、能耗均有较大影响，如何大幅度降低动车组轴重，如何优化黏着利用，提高摩擦副热负荷能力，成为时速400公里动车组需要攻关的难点问题，轻量化技术和黏着利用是下一代时速400公里复兴号动车组非常关键的技术之一。

需开展基于新技术新材料新结构的高速列车轻量化技术及高速条件下轮轨黏着高效利用和精确制动控制技术研究；研究多因素条件下的更高速度动车组轮轨黏着作用机理；基于我国实际线路研究更高速度动车组黏着系数分布特征并提出黏着利用曲线；研究牵引工况高黏着利用与防空转策略，提出优化黏着控制方法；研究车轮制动时大蠕滑黏着极限特性规律，探明大蠕滑造成的轮轨接触面损伤边界，实现高速制动时粘着优化利用。

3.如何实现高速动车组400km/h运行时内外部噪声降低1～3分贝？

随着高速动车组运行速度的提升，车体振动更加明显，司机室和客室噪声提高、舒适性降低，另外对车外环境造成影响。例如，随着速度提升，车内端部噪声受轮轨振动噪声、受电弓噪声以及车体表面气动噪声的影响。综合采用隔断噪声传递路径和优化噪声源两方面减振降噪。首先从传递路径上，考虑采用复合吸隔声结构或材料等，优化车间风挡的结构、密封连接，提高风挡或内端墙隔声性能等技术；车外采用降低气动噪声技术；在车体结构上采用复合约束阻尼结构，以及提高内部装饰材料的吸声性能等，降低司机室和客室区域噪声。从噪声源减降方面，从轮轨区域、受电弓区域以及车表面区域等方面研究减少车外噪声的相关技术。

需开展400km/h高速运行工况振动噪声传递理论与噪声控制高频振动抑制技术研究；考虑高频振动的控制、轮轨动态作用力控制、车辆结构振动的控制；从轮轨表面状态控制，悬挂参数优化、车体与构架的连接方式、车体结构设计等方面，研究线路—簧下质量—构架—车体的中高频振动传递规律，以及抑制车体结构振动等相关技术。

国铁集团已组织铁科院、中国中车等相关企业和科研院所，初步论证提出新一代时速400公里动车组关键技术指标，并开展了指标分解及论证分析，启动了部分关键技术攻关研究。

重要意义

列车运行速度的提高有利于提升高铁市场竞争力，能够有效缩短列车运行时间，提升经济和社会效益。以上工程技术难题的突破，将对完成CR450高速度等级中国标准动车组重大技术装备研制起到技术支撑作用。项目有利于我国全面掌握400km/h高速列车成套技术标准体系，推进我国铁路科技自立自强，助推创新驱动发展战略实施，使我国高速铁路安全、能耗、噪声、振动等重要指标领先世界，有利于推动我国铁路高质量发展，服务和构建新发展格局，同时在国际铁路竞争中赢得主动，努力保持和扩大我国高铁的领先优势。