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高鐵“破壁人”開啟新征程——記2019中國科學院年度先鋒人物楊國偉

2020-04-28 中國科學報 陳歡歡
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楊國偉參觀中車長春軌道客車股份有限責任公司

  只要說到“高鐵”,中國科學院力學研究所(以下簡稱力學所)研究員楊國偉總是勁頭十足。

  “車輛行駛以滾動摩擦阻力為主,開快了才有氣動阻力,高鐵跑到380公里/小時,空氣就變得像銅墻鐵壁一樣,占整個阻力90%以上?!彼嬖V《中國科學報》。

  正是因為這個原因,航空空氣動力專業的楊國偉“跨界”進入高鐵研究。他的任務是進行高速列車氣動優化設計和評估技術研究,打破“銅墻鐵壁”,讓列車提速。

  從2008年與高鐵結緣,楊國偉便全身心投入軌道交通的研究中。

  “凡是科研人員,都有報國之心,高鐵成功了我很自豪?!庇兄?5年黨齡的老黨員楊國偉如是說。

  “復興號”從這里啟程

  1997年,楊國偉在日本東京大學做訪問學者時,第一次乘坐了新干線,“感覺真是太快了”。他不禁回想起自己1985年坐火車從湖南婁底到邵陽,100公里的路途用了整整24個小時。他心想,什么時候咱們也能有這么快的軌道交通呢?

  沒想到,機會竟然找上門來。

  2008年,中國高速列車自主創新聯合行動計劃項目正式啟動。楊國偉被指派參與高鐵研究,搭建最高速度500公里/小時的動模型實驗平臺,通過數值仿真和優化設計,協助廠家設計性能更好的高速列車外形。

  但是,這么快的實驗平臺前無古人,如何實現呢?

  “像瞎子摸象一樣?!睏顕鴤セ貞?,大家提了很多方案,往往一試就失敗,“這非常正常,因為我們只有低速實驗的直觀經驗,跑到500公里/小時誰都不知道會發生什么?!?/p>

  現實中,一列高速列車從零啟動,達到380公里的時速需要幾十公里的加速距離。楊國偉在力學所懷柔基地一間285米長的廠房里搭建了264米的實驗平臺。也就是說,他的團隊必須在264米之內讓1:8的列車模型加速到500公里/小時,開展氣動實驗,再安全停下來。

  這一難題幾乎讓楊國偉崩潰。3年多的時間里,他們廢寢忘食嘗試了各種方案,進行了上千次實驗,好不容易解決了加速問題,在如何停下的問題上再次卡殼。

  “相當于讓一顆100公斤的子彈安全停下,這是最難的部分?!睏顕鴤セ貞?。

  一次次實驗,一次次失敗……看著一地模型碎片,楊國偉坦言:“碎的是我們的心?!?/p>

  他也想過:假如一直做不出來怎么辦?“那就只能出局了。這個時候必須有恒心、有毅力、有勇氣、守得住?!?/p>

  一個偶然的機會,楊國偉路過石景山游樂園,高速翻滾的過山車瞬間剎車的一幕迷住了他。他拉來同事一起研究。受此啟發的非接觸磁渦流減速方案終于讓列車模型及時停了下來。

  歷時7年,楊國偉團隊成功搭建了世界上規模最大、實驗速度最高、場景最全的雙向運行高速列車動模型實驗平臺。后來,不論是“和諧號”還是“復興號”,我國幾乎所有高速列車的實驗模型都在這里跑過。

  從航空到高鐵

  如果沒有高鐵,楊國偉是標準的航空人。

  1996年,從西北工業大學飛機工程系博士畢業后,楊國偉先后在日本、德國交流工作,參與過空客A380相關設計和超聲速飛機預研項目。

  2003年回國后,楊國偉在力學所組建起一支研發隊伍,參與了一系列國產軍機和ARJ21、C919、CR929等“明星”民用飛機的研發。

  從研究“天上飛”的,到研究“地上跑”的,心里會不會有落差?

  “幾十到幾百噸的東西在天上飛確實很高級,但隨著速度提升,高鐵也是高技術行業?!睏顕鴤フf,飛機60%的事故發生在起飛著陸階段,而高鐵的運行速度比民航客機起飛降落時還要高,許多問題更為復雜,在空氣動力學領域的研究是相通的。

  而且,在他看來,高鐵更有前景?!案哞F出來之前,很多人認為鐵路是夕陽產業,比如美國鐵路大幅縮減。但高鐵的出現,很大程度上取代了飛機和汽車?!?/p>

  羅馬不是一天建成的,中國高鐵也不是。

  我國從上世紀90年代開始研制高速列車;2003年之后,通過引進、消化、吸收,“和諧號”誕生,但我國并沒有完全掌握核心技術;2008年,集全國科研力量再次創新,通過10年努力,高鐵終成我國的出口名片。

  如今,中國高鐵總里程突破3萬公里,連接了中國各大中城市,楊國偉帶領團隊全程參與了“和諧號”“復興號”等高速列車研制,參與的“京滬高速鐵路工程”項目獲2015年國家科技進步獎特等獎,主持的“高速列車氣動優化設計與評估技術”項目獲2016年中國力學科技進步獎一等獎。

  作為中國高鐵10年艱辛奮斗的親歷者,他既感到自豪,也備受鼓舞:“中國高鐵從無到有、從模仿到超越,直至成為‘中國名片’‘中國特產’,無不得益于我國創新驅動發展戰略的全面實施以及創新引領被置于國家發展全局的核心位置?!?/p>

  向600公里/小時出發

  高鐵之后,楊國偉創新的腳步并沒有停下。目前,他的團隊承擔了“十三五”“先進軌道交通”重點專項項目,為我國時速600公里高速磁浮列車研制提供技術支撐。

  隨著速度提升,輪軌沖擊力和作用力加劇,高速列車的速度極限在哪里?目前尚無答案。

  “這個過程的認識已經幾十年了?!睏顕鴤ジ嬖V記者,上世紀60年代日本發展高速鐵路時,認為最高運營時速只有200公里,后來認識不斷提升,現在認為最高運營時速為400公里左右,最高實驗速度在600公里/小時左右。

  不過楊國偉表示,一味追求高速度并不合理,還要考慮成本核算——跑得越快,成本越高,維護費用和對線路條件的要求也越高。

  磁懸浮列車因為不接觸地面,維護成本較低,還具有快起快停、轉彎半徑相對較小、噪音小等優點。因此,雖然成本較高,仍是城市交通的選擇之一。

  從380公里時速的高鐵到600公里時速的磁懸浮,楊國偉領導建設的實驗平臺仍在改造升級。

  多年來,他清楚地認識到,從計算機仿真到地面實驗、再到線路實驗,一件工程產品的“出爐”需經過長時間的反復迭代、驗證,即使實際應用之后,仍要針對運營中出現的問題不斷改進,才能成為成熟的產品。

  “搞科研很辛苦,但是我們的高鐵研究打通了創新鏈條,為老百姓服務,實現了科技成果‘頂天立地’,我們很有成就感?!睏顕鴤フf。

  更讓他有成就感的是培養了一批高鐵人才,其團隊已為我國高速列車設計和生產單位輸送了5名博士研究生。如今,這些年輕人已逐漸成長為行業領軍人才。

  今年1月獲得“2019中國科學院年度先鋒人物”稱號時,楊國偉在發言最后振臂高呼:“中國高鐵必將帶領我們駛向美好的未來!”

 ?。ㄔd于《中國科學報》 2020-04-28 第1版 要聞)
打印 責任編輯:侯茜

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