新闻焦点工程2015,1(1):9-自主创新和集成创新推动中国高速铁路技术的中华人民共和国科学技术部1 前言21世纪初,铁路运输能力的长期不足高速铁路以其强大的运输能力、出色的安全记录、高舒适度、友好的环境和良好的可持续性,已成为铁路发展的大趋势,是应对运输能力严重不足的必然选择。作为作为高铁技术装备体系的核心部分,高速列车是一个集多学科、大规模技术于一体的复杂机电系统。为此,科技部与铁道部于2008年2月联合启动了《中国高铁自主创新联合行动计划》(简称“行动计划”),随后科技部于2012年发布了《高速铁路技术发展“十二五”专项规划》通过全球资源整合和联合研发,这些计划已成功完成,产生了重大的社会经济效益。2 中国高速铁路自主创新的历程中国高铁集成创新的实施历程2.1 具有整合优势的创新模式立足中国以部际合作为特征的横向模式和以整合产业链资源为特征的纵向模式。为此,我们采用了复合型创新模式,并在此模式下采用了2.2 科学规划合理设计通过指导、组织和实施我们的整个课程运用系统工程方法论,把高铁自主创新视为一个层次化、颗粒化、关联化、完整化的系统,制定了目标、任务、资源、里程碑、产业链等一系列规划。我们用不同层次的计划、规范和组织机制来控制整个创新过程。2.3 需求驱动和目标导向通过对中国高速铁路(以京沪高速铁路为代表)建设和运营需求以及欧洲、日本等发达国家高速铁路技术现状和发展趋势的综合分析,确定了“需求缺口”和“技术缺口”。 在此基础上,制定了《中国新一代高速铁路顶层技术标准》,确立了试验速度420 km·h-1、最高运营速度380 km·h-1、持续运营速度350 km·h-1等相关技术目标。2.4 顶层设计有序实施顶层设计使我们能够对创新任务进行层次化、颗粒化、合理化的规划,准确识别和区分“战略”、“战术”和“重点”任务;确定了高铁一体化、高速转向架、牵引传动、车厢、控制网络、牵引供电、运行控制、运营组织等关键技术。以及研发&和相关系统和设备等创新任务。科技部还充分发挥战略引领作用图1.一种耐寒防风防沙的高速列车。作者(S)2015出版社:Engineering Sciences Press这是CC BY许可下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)www.engineering.org.cn第1卷·第1期·2015年月工程009新闻焦点战略协作、战略坚守、战略纠偏。通过国家三大科技计划,高铁自主创新的各级任务有序落实和协调。中国建成了世界上规模最大、结构最全、产学研结合最深的完整创新链。2.5 创新支持和应用驱动的过程充分发挥在建设和运行中形成的实验条件、运行条件和市场条件在高速铁路建设方面,中国已在相继成功开通的京津城际高速铁路、武广高速铁路、京沪高速铁路提供的目标应用环境中,逐步验证和定型了现有设计。因此,中国形成了独特的高速铁路技术创新过程,其特征是&研发→制造→运营的循环-验证→进一步研发→进一步运营,以及通过研发与运营的协调,以及创新与应用之间的持续互动。3 中国高铁自主创新技术成果通过系统研究轮轨、流固耦合、弓网关系,在确保技术指标达到国际领先水平的前提下,成功研制出CRH380系列高速列车。CRH 380 A型高速列车在京沪高速铁路上以486.1km·h-1的最高试验速度创造了世界纪录 公里的操作。CRH380系列高速列车目前正在世界上最大的高速铁路网络上高效运行CRH380A高速列车在安全性、适用性、节能性、噪声水平、舒适性等方面的突出指标,其技术成就可简述如下:(1) 低阻力流线型机车:采用空气动力学仿真技术和多目标优化设计技术,通过风洞和噪声试验,研制的机车阻力系数小于0.13,尾部升力系数小于0.08。(2) 振动模式系统匹配:通过优化转向架和车厢内部结构的设计参数,有效地抑制了列车高速运行引起的结构共振,使车厢结构一阶垂向弯曲自振频率提高了近10%,并将一阶垂向弯曲自振频率控制在10.8Hz,从而允许车厢、转向架和路线之间的良好匹配。(3) 高度气密性:车厢采用差速基于气密增压技术的压力控制模型,nology,气密性可达+6000 Pa或将车厢内压力从4000 Pa降低到1000 Pa所用的时间大于180 s,压力波动小于200 Pa·s(4) 高性能转向架:该转向架采用了新的抗侧倾和抗横摆振动机构,提高了二系悬挂的柔性,其失稳临界速度达到550 km·h-1。在380 km·h-1时该转向架的稳定性、减震效果和运行安全性均优于现有的国际标准.(5) 噪声控制:采用了各种新型的吸声和隔音材料和结构,在350 km·h-1的运行速度下,车厢噪声控制在67(6) 轻量化和节能结构:大量新材料和新结构的使用将列车的轴重限制在15吨以下。在保持380 km·h-1运行速度的情况下采用高性能再生制动技术,能量回馈率可达90%.(7) 制动安全性:350 km·h-1时制动长度380 km·h-1时的制动长度(8) 弓网受流:采用经过大量风洞试验、磨耗试验、静态试验和线路优化试验的半主动控制受电弓,平均接触压力低于200N,电弧火花率低于6.25次·km(9) 系统适用性:通过采用基于RAMS的设计、制造、运行和维护技术,完善列车状态监测网络/系统,不仅实现了全状态故障-安全机制,而且保持了平均故障率仅为1/100万km的优异成绩。4 结论依托重大基础研究和高技术发展支撑计划,中国先后启动了“智能高速铁路关键技术研究及典型列车研发”、“高速列车系列化关键技术及系列化车型研究”、“高速铁路关键节能技术及装备研究”等项目以智能化、谱系化、生态化为目标,成功研发了智能化、耐寒城际高速列车。中国010工程第1卷·第1期·2015年3www.engineering.org.cn