中科院微博晒高铁模型 引网友关注

12月8日，中国科学院官方微博上传了一组高铁模型的照片。这些照片拍自中科院力学所的实验室，图中的模型都是科研人员制作的高铁模型。研究人员通过不断设计列车外形优化高铁的空气动力学设计，成功的在原有基础上再把风阻降低了7%-8%。风阻是车辆行驶时来自空气的阻力，风阻系数愈大，则空气阻力愈大，风阻系数的大小多取决于列车的外形。降低风阻，可以使列车在同等速度下更省电，节约能耗。照片中，高铁模型整齐摆在架子上，让不少网友想起了儿时的一部动画片——铁胆火车侠。
 
 
 
“高铁就像一架飞机在不停地起降”，中科院力学所杨国伟研究员这样说。杨国伟创立了跨声速非线性气动弹性研究，为中国高铁与大飞机研制提供空气动力与气动弹性的技术支撑。
 
“坐飞机最危险的是起飞和降落，因为地面效应包括建筑、风对飞机的激扰，所以，飞机设计的难点在起和降的过程。而高速列车始终在地面上高速运行，从空气动力学车与空气相互的作用角度，既要考虑地面对列车的强激扰，也要考虑到高速运行状况下气流激扰。波音737的巡航阻力系数约在0.028左右，6辆编组试验列车整车阻力系数约为0.48左右，所以说更高速列车比飞机在天上巡航时的技术难点要复杂得多。”杨国伟说。
 
列车运行的阻力，包括车轮与轨道摩擦的机械阻力和车辆受到的空气阻力。高速下制约速度的抗衡者是空气，“当列车以每小时200公里行驶的时候，空气阻力占总阻力的70%左右，和谐号CRH380A在京沪高铁跑出时速486.1公里时，气动阻力超过了总阻力的92%，如果跑到500公里以上，95%以上都是气动阻力了”，相关工作人员介绍。空气阻力和列车运行速度的平方成近似正比关系，速度提高2倍，空气阻力将增至4倍。正是这个平方关系，让设计师绞尽脑汁。
 
空气阻力受三大因素影响，一是车头迎风受到正压力，与车尾受到的负压力间产生的压差阻力；二是由于空气黏性作用于车体表面的摩擦阻力；三是列车底架以及列车表面凹凸结构引起的干扰阻力。
 
工程师们为降低空气阻力，应用仿生学和空气动力学理论，不断改进列车车型，创作了100多种头型概念，优选构建了80余种三维数字模型，开展了初步空气动力学仿真，比选出20个气动性能较优的头型，进一步进行气动优化，制作出1:20实物模型，根据仿真数据和美观效果，最终制作五款1:8头型分别做了风洞力学试验和气动噪声试验。工程师们通过对列车头型进行改进，进一步降低风阻，节省电能。