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风一样的团队,风一样的人——记中南大学轨道交通安全关键技术研究团队

风,空气的水平运动。这群与风打交道的人,他们所做的一切,似乎都与风有关。

被誉为“雪域天路”的青藏铁路,是世界上海拔最高,线路最长的高原铁路。自2006年7月通车以来,成为横贯东西,连接祖国内地与“世界屋脊”的钢铁大动脉。

然而,青藏铁路沿线局域地貌非常复杂、风力风向突变、瞬变风力大,极端恶劣天气频繁发生,年均大风期150天左右,大风,成为青藏铁路安全运营亟待解决的重大难题。

“坐着火车进拉萨”的旅客们也许不曾想到,在如此恶劣的风环境下,如何确保列车的行车安全?是谁在默默地护佑着这条共和国的政治线、战略线、经济线、民族线七年来畅通无阻?正是长江学者特聘教授田红旗领导的中南大学轨道交通安全关键技术研究团队。

与“风”共 舞

时光倒回去十年。

亚欧大陆桥重要通道——兰新线,横穿“百里风区”。那是一个令人毛骨悚然的区间:瞬时最大风速达两倍于12级风,堪称世界铁路之最,咆哮的飓风时常裹挟着一川黄沙砾石,席卷而来,行进中的列车不得不被迫停轮,有时,甚至整列列车被大风掀翻,酿成重大事故。

为解决这一世界性难题,铁道部组织专家实地考察,长期从事列车空气动力学研究的中南大学教授田红旗被点名作为专家组成员之一。

田红旗教授,1981年毕业于长沙铁道学院铁道车辆专业,1999年中国空气动力研究与发展中心空气动力学专业博士研究生毕业,担任着轨道交通安全 教育部重点实验室主任,几十年来,从事列车气动性能和列车撞击动力学研究与实验。解决“兰新线百里风区行车安全”的重担,顺理成章地落在这位时年44岁的 女教授肩上,而且,期限只有短短的13天。

领命回来,田红旗立即率领着她的团队日夜奋战,风一般地投入紧张的研究攻关。

当时正值全国“非典”肆虐,为了得到第一手资料,田红旗深入现场,到处奔波,连续多天通宵达旦地忘命工作,导致她口腔溃疡,舌头肿得无法伸展,经常一次次地被机场工作人员拦住测体温,她不得不一次次向机场工作人员耐心解释。

夜以继日,日以继夜,研究、讨论、实验、计算、总结……连续奋战,在第11天,一份《各种车型不同横风风速下的列车安全运行速度限值》的研究测试报告,由中南大学轨道交通安全关键技术研究团队提交铁道部,比规定的13天提前2天完成。

高 原“治”风

来不及喘口气,田红旗又带着她风一样的团队上了青藏,那里有更加光荣而艰巨的使命,也正是轨道交通安全研究更为广阔的用武之地。

面对青藏铁路罕见的恶劣风环境,田红旗和她的同事们在前期工作基础上,从研究风-车-路-局域地貌耦合空气动力特性入手,以保证行车安全和提高运输效率为目标,大胆提出在青藏铁路恶劣风环境下研建安全行车指挥系统的设想。

抱着崇高的责任感和荣誉感,中南大学轨道交通安全关键技术研究团队在人迹罕至的世界屋脊,进行着艰苦卓绝的研究与实验。

为了取得试验数据,他们经常在零下三十多度的高原之夜,顶着寒风和雪花冰粒、在野外一站就是几个小时;为了掌握不同地貌空气动力特征,他们强忍着剧烈的高原反应,双脚踏遍了整个青藏高原的山山岭岭,大家心里只有两个非常简单的想法:完成任务,活着下来。

研究稳步推进,捷报一个个传出:位于风火山的无线智能测风站安装调试成功;覆盖960km风区的无人值守测风站数据采集传输正常;特殊风环境下避免 列车倾覆的安全速度限值确定;理论-技术-工程-应用,恶劣风环境下行车安全保障集成系统形成……世界唯一的“高原铁路大风监测预警与行车指挥系统”在这 个团队手中建成投入,通车七年来不间断运营中,青藏铁路大风环境下所有列车的停轮、限速或维持常速均由该系统指挥调度,实现了铁路运输应对恶劣风灾害能力 的重大技术突破。

几年后,“大风预警系统”作为“青藏铁路工程”的核心技术之一获得国家科技进步特等奖。

风 驰 电 掣

在中南大学铁道学院一座被叫作“梅岭”的山顶上,一座现代感极强的高速列车造型的建筑特别引人注目。白色瓷砖砌成的车体,流线型的火车头,一条鲜艳 的红色底线镶嵌在蓝色的玻璃车窗底下,隐现在绿树丛林中,远远望去,仿佛象一列风驰电掣的列车,这就是中南大学“轨道交通安全”教育部重点实验室。

走进实验室,两条170多米长的铮亮铁轨展现在你的面前,两列高速列车模型相向对峙,这是中南大学轨道交通安全研究团队自主研建,最高速度达 500km/h的目前世界上规模最大、国内唯一的“高速列车气动性能动模型试验装置”,气动模型比例、最高试验速度均优于世界上另一套建在英国Derby 的试验装置。

随着几声长鸣,两列模型车从轨道上相向呼啸而过,人们还没来得及反应,模型车在轨道两端又嘎然止住。0.23秒内,模型列车可以从0加速到500km/h;在0.32秒内,模型列车速度从500km/h停下来。

列车空气阻力、列车交会压力波、列车流线型气动外形参数、道旁人体退避距离等这些有很高的学术和工程价值的试验验证在这里进行;这里开发出填补国内空白的120km/h~500km/h各速度等级的列车空气动力学现场在线实车试验技术。

中原之星、大白鲨、春城号、神州号、先锋号、奥星、新曙光……中国大地上驰骋的几乎所有的国产流线型列车外形与头部结构设计及气动性能研究都在这里完成。

200km/h~350km/h速度等级的客运专线列车-隧道耦合空气动力效应研究中心也在这里完成。

我国既有铁路140km/h~250km/h的6次大提速,以及高速铁路建设的新车研制、隧道研建的空气动力行车安全评估全部在这里完成。

500km/h的上海磁浮列车交会空气动力实车试验仍然在这里完成。

这里还创建了一套从列车空气动力性能分析到流线型外型和结构工程化设计,板梁数控加工一体化的流线型列车研制方法,将过去传统上由设计、工艺、加工等多部门协作耗时的工作,集中由计算机自动完成。

二十多年来,团队先后完成提速、高速国产流线型列车空气动力外形、结构设计共33种,研究成果获国家科技进步二等奖2项、省部一等奖3项。

速度越高,列车碰撞事故造成的损失就越大。“列车撞击动力学”是田红旗教授为了进一步提高列车的安全性能,率领团队拓展的又一研究新方向,主要研究列车碰撞事故中,乘员生存空间显著损失、人体伤害程度超限、爬车、穿透破坏、之字形脱轨等问题,属国际前沿领域。

轨道交通安全关键技术研究团队从理论方法、关键技术、产品设计开展研究,发明了列车结构塑变吸能技术及装置,形成了具有完全自主知识产权的列车碰撞 可控变形吸能技术,在结构、吸能等关键指标上明显领先于国外同类产品。生产厂家凭借此优势在与西门子、阿尔斯通、庞巴迪等国外公司参与的国际竞标中成功中 标。研究成果已应用于我国出口客运列车、国内城市地铁及轻轨车辆,大大提升了国内机车车辆产品的国际竞争力。研究成果获得了国家技术发明奖二等奖。

风 华 正 茂

中南大学轨道交通安全关键技术研究团队依托轨道交通安全教育部重点实验室、交通运输工程一级国家重点学科,以“自身管理学术化、工作管理项目化、队 伍管理人性化”为管理理念,实行“宽松环境与竞争机制相结合、攻关任务与奉献精神相结合、引进人才与自身培养相结合、科学研究与人才培养相结合”的运行模 式。

风华正茂的团队成员中,45岁以下的中青年骨干占67%,他们以长江学者为核心,以教育部跨(新)世纪人才为中坚力量,形成了一支特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献的攻坚队伍,为了中国列车的高速与安全而不断进取,拼搏奉献。

十余年来,团队获得国家科技进步奖6项(特等奖1项、一等奖2项、二等奖3项),国家技术发明奖2项,省部科技进步一等奖19项,国家级教学成果二等奖6项。曾被全国铁路总工会授予“火车头奖杯”,获“铁道部先进集体”荣誉称号,入选教育部长江学者创新团队。

2009年荣获中组部、中宣部、人力资源和社会保障部、科技部四部委联合颁发的“全国专业技术人才先进集体”称号。田红旗教授还荣获全国“五一”劳 动奖章,全国先进工作者,全国女职工建功立业标兵,全国无党派人士先进个人,中国科协詹天佑铁道科学技术成就奖和首届青年奖,全国铁路总工会火车头奖章, 茅以升科学技术奖—铁道科技奖,全国铁路优秀科技工作者,湖南省科技大奖—光召科技奖,湖南省优秀专家,湖南省优秀教师等一系列荣誉称号。