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他让“迷你”高铁跑得快刹得住

来源:科技日报2019-09-26 10:20

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  “3、2、1!”随着最后一声指令,在中国科学院力学研究所(以下简称力学所)怀柔实验基地264米长的铁轨上,一辆缩比1∶8的列车模型飞驰而过,掀起一阵疾风。参观者惊呼:好快!

  这是世界上规模最大、实验速度最高的双向运行高速列车动模型实验平台。“该实验平台可以把100千克的列车实验模型从静止基本匀加速至时速最大500千米,并能基本以匀减速将其停住。”该平台项目主持者、力学所研究员杨国伟说。

  以此为基础,我国高速列车空气动力学研究体系逐渐完善。不论是“复兴号”还是“和谐号”,亦或是其他高速列车,研制期间都要在这里“跑一跑”,再根据实验结果调整各项参数,像一件工艺品一样精雕细琢,直至“出炉”运营。

  可以说,这里是高铁的摇篮,而它的主持研究者杨国伟最初却是“航空圈”的。

  1996年,从西北工业大学飞机工程系空气动力学专业博士毕业后,29岁的杨国伟决定继续深造,先后在日本、德国的高校和科研机构交流、工作。这期间,他主攻空气动力学方向,获得过含金量较高的洪堡研究奖,参研过空客A380的相关设计。

  不论行走有多远,总难忘祖国泥土的芬芳。2003年,36岁的杨国伟放弃了月入近3万元人民币的高薪,举家回国,来到力学所工作。工资虽然缩水了近10倍,但杨国伟却干劲十足,逐渐组建起一支攻关能力强、吃苦耐劳的研发队伍。在国产大飞机C919、中俄合作研发的大飞机CR929、新支线客机ARJ21等近年来我国的“明星”飞机的研发过程中都活跃着杨国伟团队的身影。

  为何要从“天上”回到“地上”?“1985年春节,我坐火车从娄底到邵阳,100公里的路途用了24个小时。1997年,我在日本坐新干线列车,感觉太震撼了。日本列车的速度怎么能这么快呢?”从那一刻起,杨国伟就在想,“什么时候我们国家能有这么快的列车就好了。”

  2008年,“跨界”的机会来了。科技部与原铁道部共同签署《中国高速列车自主创新联合行动计划》,鼓励我国高速铁路技术发展创新和更多的人才投身其中。

  同样是高速场景、考虑空气动力及阻力,飞机和高铁在空气动力学领域的研究是相通的,于是杨国伟团队紧握机会,投身到中国高速列车气动外型设计的行列中。

  研制高速列车动模型实验平台需要解决一系列难以克服的技术问题,这些问题几乎每天都让杨国伟崩溃。

  如何在短时间里将列车模型的速度提升起来?无论是传统的管道内压缩空气加速,还是常用的滑轮倍增加速,以及航天用的捆绑类火箭喷气加速,实验的结果都是失败。

  杨国伟急出了一嘴火泡。那阵子,他吃饭时在想、工作时在想,甚至睡觉做梦都在想。他带领团队成员一点点磨、一遍遍论证、一步步接近答案。最终,通过反复实验,一种压缩空气间接加速技术终于成功地让“迷你”高铁“飞”起来了。

  加速问题迎刃而解,刹车问题又随之而来。“列车模型太快了,以往的直接接触刹车技术并不奏效,想过很多方案,但最终刹车的结果几乎都是列车出轨撞墙,墙上的玻璃都被震碎了,满地都是玻璃碴子和模型碎片。”杨国伟说。

  一个偶然的机会,杨国伟路过石景山游乐园。高速翻滚的过山车瞬间刹车的一幕,让他印象深刻。于是他带领团队驻足在过山车下,游客在翻滚的过山车上尖叫,这群科研人员就在过山车下“强势围观”,并且一看就是几个小时。

  很快,受过山车启发的瞬间刹车方案诞生了——运用磁铁产生非接触阻尼力,飞奔的“迷你”高铁列车终于停下来了。

  随后,杨国伟团队势如破竹,相继解决了高铁列车动模型加减速自动控制,模型复位及测量技术等一系列难题。此后,杨国伟团队又参加多项有关高速列车、以及国家重点研发计划先进轨道交通重点专项的项目研发,在高铁自主研发的路上一直默默耕耘。

  多年的努力结成硕果——杨国伟带领团队获得国家科技进步特等奖、中国力学科技进步一等奖以及十几项发明专利……日前,时速600公里的动模型改造方案已经实验成功,该平台将为时速600公里高速磁悬浮列车研制提供实验数据。

  “我还有很多设想,想去验证;我还有很多小目标,想去实现!”杨国伟远眺窗外,“未来,还会有更多、更快、更安全的高速列车和飞机驰骋在这片天地间。”(记者 于紫月)

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