两列时速近500公里的高铁模型相向而行，爆发出远高于F1赛车的轰鸣，又几乎在一瞬间刹车静止。在北京近郊怀柔的一间厂房内，一套目前全球最先进的高速列车动模型实验装置每天都进行着这样“惊心动魄”的实验。中国科学院力学研究所高级工程师郭迪龙表示，在不久的将来，如此场景有望出现在老百姓的日常生活中，因为他们的任务，就是为我国高铁发展种好“试验田”。

实现50米内加速至500公里时速

在中科院力学所怀柔园区的深处，一列迷你型“和谐号”列车正停靠在站台上，等待着发车指令。郭迪龙告诉记者，整套高速列车动模型完全按照真车1:8的比例打造，轨道全长264米，列车能在50米内加速到500km/h，通过实验数据采集段后，又能在100米内将速度降到0，是目前世界上缩比最高、速度最快的动模型实验平台。

如何在模型车本身没有动力的情况下，在超短时间内实现提速和刹车?　中科院力学所的科学家经过了多年研究和尝试。中科院力学所杨乾锁副研究员告诉记者，从2008年起，他们这个团队就在杨国伟研究员的带领下展开高速列车动模型实验装置的建设，几乎所有装备器件都从国内各研究所购买或自己制作。

“我们一边搭建实验平台，一边探索方法克服技术问题。”郭迪龙指着轨道旁边两个大罐子说，“最终，我们选择了空气炮作为列车前进的动力，在发车瞬间释放约4500牛的动力。同时，依靠在列车底部放置的磁刹车装置，利用磁力在短时间内实现减速和刹车”。

设计数十款车头，改善空气动力学性能

在动模型实验平台边的双层架上，密密麻麻地堆着两排形状迥异的各式火车头，粗粗一数竟有几十款。

中科院力学所杨国伟研究员介绍，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，而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。

“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说，“坐飞机最危险的是起飞和降落，由于地面效应包括建筑、风对飞机的激扰，导致飞机设计的难点在起和降的过程。高速列车始终在地面上高速运行，从空气动力学的角度，既要考虑地面对列车的强激扰，也要考虑高速运行状况下气流激扰。波音737的巡航阻力系数约0.028左右，8辆编组试验列车整车阻力系数约为0.8左右，所以说高速列车比飞机在天上巡航时的技术难点要复杂得多。”

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。

“当列车以每小时200公里速度行驶的时候，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，空气阻力超过了总阻力的90%，如果跑到500公里以上，95%以上都是空气阻力了。”郭迪龙说，空气阻力和列车运行速度的平方成近似正比关系，因此让设计师绞尽脑汁。

中国中车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，进一步优化，根据仿真数据和美观效果，最终制作五款1:8头型，分别做了风洞试验和气动噪声试验。

“十三五”期间设计时速将超400公里

截至2015年底，中国高铁运营里程达到1.9万公里，占据全球总里程的“半壁江山”，是无可争议的高铁第一大国。然而，中国高铁300公里/小时的运营时速，却在全球登不上“领奖台”。

郭迪龙介绍，目前全球速度最快的高铁———法国的地中海线，运营时速为350公里。一贯以安全性能著称的日本新干线，其在2013年投入运营的E6型列车，运营时速也可达到320公里。“中国高铁的运营时速原本是350公里，后来降速到300公里，北京到上海原先只需要4个小时，现在要5个小时了。”郭迪龙表示，高铁降速不仅出于安全性的考虑，同时也让运营成本和列车维护成本大大降低，而噪声和舒适性则有所提高。

然而，对于科研人员来说，如何在保证安全和舒适的情况下，造出速度更快、性能更好的列车，是他们的使命。“在实际运营中，列车会受到天气、环境、风向、地形等多种因素影响，与实验室内的条件不完全相同，但实验所采集到的信息仍是我国高铁发展必需的信息。”郭迪龙透露，在“十三五”期间，中国将设计时速400公里的高速列车，而身边这套全球最先进的高铁动模型装置，就是成功的基础。