【2024・巾帼之力】探险者田红旗与她的团队

才艺展示 70713

我国高速列车将“飙”出新速度,时速400公里正一步步走进我们的生活。去年夏天,在福建福厦高铁湄洲湾跨海大桥上,试验列车以单列时速453公里,相对交会时速891公里顺利运行。进入新年,国铁集团宣布,将在今年完成CR450样车制造并开展型式试验。

相对交会时速891公里是什么概念?意味着,两列8编组约200米长度的高速列车交会时间将在1秒以内――不足你的一次心跳。

惊人的速度,意味着巨大的力量。中国工程院院士、轨道交通工程技术专家田红旗教授早在上世纪90年代的列车试验中就曾切身体会。当时,我国正在开展时速160公里准高速列车试验,在两车交会时,列车车窗被强大的空气动力破坏甚至整个车窗被吸走,空气动力的惊人力量由此显现。

中国工程院院士、轨道交通工程技术专家田红旗

“这是铁路空气动力学所要解决的典型问题之一,随着列车速度的提升,一系列危及行车安全、降低旅客舒适度、影响列车周围环境的空气动力问题亟待解决。”田红旗解释道。事实上,解决轨道交通中涉及安全、高速、节能以及舒适度的空气动力学问题,助力我国高铁系统不断刷新速度与节能等关键指标,正是田红旗和她的团队前后摘下六项国家科技奖无声却有力的颁奖词。

如今,在乘坐高铁遇到列车交会或者穿越隧道时,乘客往往最多只会有轻微感觉,甚至不知不觉。然而,为了解决这个问题,田红旗和她率领的团队却付出了很大的代价――直至今日,田红旗还要时不时捂住耳朵,用力鼓起耳膜才能听清楚声音。

“上世纪90年代,既有铁路大提速,为了确保提速后的安全性,我们每天晚上从九点开始来来回回地跑车,两、三年里累计做了上千次的试验,”田红旗回忆道,“在开展铁路大提速的列车隧道空气动力学试验时,仅仅几天的试验下来,我和我的同事就什么也听不见了。后来做了检查才知道,我出现了耳膜内凹变形,我的同事出现了耳膜击穿,他不仅仅听不见,耳部还会出脓水,过了好多年才止住。”正是铁路进行的大量大规模基础研究与基础实验,制定出了适合中国人自己的标准规范,使得现在的高速列车既安全又舒适。

这样危险的经历,仅仅是田红旗团队科研“探险”收藏中的小小一例。

在新疆,为了解决列车穿越风区的安全问题,田红旗团队“逆风而行”,在风沙恶劣环境中开展试验,这一待就是近二十年。科学上,将12级风称为“飓风”,儿歌中称其为“海浪涛天闹龙宫”,然而新疆风区的最高风速是“飓风”的两倍。

“在大风之下,从列车下来我们不得不匍匐前行到达作业地点,到了之后必须把身体用绳子绑起来固定在稳固的地方,才能开展试验。我们曾经有同事被吹离了地面,飘在空中。”田红旗回忆道,“当时,当地人不理解我们的逆风而行,问我们为什么不等风停了再去做试验。可是风要停了,我们的试验从何开展呢?所以必须要顶风而上。”

为了青藏铁路的顺利开通,田院士团队踏遍了海拔4000千米以上的铁路沿线的雪域高原,通过找风、识风、辩风、防风,获得了覆盖全线的风场实勘海量风数据,发现青藏铁路风环境特点。提出并成功研建了国际唯一的青藏铁路大风监测预警指挥系统,解决了大风环境下列车是否停轮、限速或正常运行科学决策难题,最后这一成果是“青藏铁路工程”国家科技进步特等奖的重要内容。

之所以要寻风识风,最后建立预警指挥系统,是因为青藏高原的风来自四面八方,和我们熟知的固定方向来风大有不同。“风的产生涉及多种因素,气温突变也会产生风。简单地说,温度的交换带来空气的流动,也就形成了风,而青藏高原的特点就是一天有四季。”田红旗解释道,“我曾亲身经历最极端的短时大温差,从摄氏30来度在几个小时内骤降至零下20度左右,在一日之内经历了盛夏与寒冬。”

再比如旅客们所熟知的列车高速穿越隧道,国人或许已经视为理所当然,但其中的技术挑战远非大众所想。列车高速穿越隧道会产生一系列空气动力学问题,比如压力变化导致乘客眩晕耳鸣,不仅如此,强瞬态空气压力冲击对列车、隧道结构及周边环境均会带来严重影响,世界各国往往采用降速的方式穿越隧道。田院士团队直面难题,从列车、隧道及环境多维度入手,研发出强瞬态空气压力抑制技术。1994年我国列车穿越隧道的时速仅为日本的一半,目前我国高铁350km/h不减速穿越隧道,世界第一。

正是这种探险精神的驱动,田院士带领团队开拓了轨道交通空气动力学和列车撞击动力学,攻坚克难,实现了这两个方向的国际引领,创造了一个又一个世界第一。除了前文提及的青藏铁路大风监测预警指挥系统,我国第一列投入运营的高速列车气动外形结构设计、第一列耐冲击吸能列车耐撞性设计、国际第一套500km/h列车气动特性动模试验系统、国际第一套实际运营轨道车辆实车撞击试验/瞬时测力系统等。

成就属于过往,2024年刚刚开年,田红旗团队在《前瞻科技》杂志发表了论文《面向行车平稳性的高速磁浮列车气动设计》,将研究视野投向了运行速度高达600 km/h以上的高速磁浮列车。谈起这一前沿研究,田红旗说,“基础科学与技术研究必须要跑在产业前面,要打有准备之仗,为发展做充分的技术储备,是我们科研工作者的责任。”

“人生只有两季,旺季和淡季,奋斗就是旺季,懈怠只能是淡季。”田红旗正以全新的科学“探险”,以身作则的践行着这句她常常用于教导学生的话语。在奋斗中,田红旗和她的团队正在亲手创造又一个全新的人生旺季。

责编:彭勃

校对:杨立林

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