（转载自公众号轨道交通装备与技术）

车头不光是高铁的“脸面”，更是高铁列车的一大核心技术。拥有各具特色头型的高铁奔驰在神州大地，让人油然生发出“科技改变生活”的感慨。那么这些又潮又酷的高铁车头是怎样诞生的?其背后都蕴含着哪些科技含量呢?

一、用技术与多种力“斗法”

车头不仅是高铁的‘脸面’，更是高速动车组的关键核心技术之一，一个出色的“头型”，首先必须具备优异的空气动力学性能。疾驰中的高铁会同时受到周围空气多种力的作用，比如空气阻力、气流升力、会车时的交会压力波、侧风带来的侧向力等等，都是阻碍列车安全平稳高速运行的“天敌”。

其中，空气阻力是列车高速运行的最大障碍。就像我们在5级大风中逆风而行会感觉寸步难行，高铁速度越快，空气阻力越大。根据空气动力学原理，车头的长细比越大，阻力系数越小。加大车头的长细比，还可减少列车会车时的交会压力波和通过隧道时的隧道压力波。

当对面列车疾驰而过时，伴随一声呼啸，车身会瞬间发生横向晃动，这就是因为相对运动的车头挤压空气，使车侧壁上的空气压力产生了很大波动。列车过隧道时，也会引起隧道内空气压力急剧波动，形成一定冲击力。骤然的压力变化，可造成车体侧窗破碎、车辆蛇形运动等可怕后果。我国研发的复兴号CR400BF，其“头型”就比和谐号长2米左右，整体形态更加流线，低阻力流线车头使其运行阻力降低了12%，列车因此“飞”得更快、更稳、更节能。

流线化外形设计示例

当列车高速运行时，气流会带来向上的抬升力，让车头发飘甚至脱轨，为与升力斗法，在高铁车头的两侧设置有导流槽，通过鼻锥到导流槽的引流形式，引导气流产生向下的压力，如同一双强有力的“手”，牢牢抓住轨道，保障列车贴地运行。

二、获取“高颜值”路上的艰难跋涉

超塑成型工艺示意图

三、“扒一扒”那些看不见的秘密

动车一列标准组有两个车头，一个在前，一个在后，列车调头时，车尾变车头即可。春运期间，很多人会发现，不少繁忙线路上的高铁变成了4个车头，中间两个车头的鼻尖紧紧相抵。这是铁路为增加运力，将两个标准组进行了重联，使8节编组的列车“升级”成了16节编组列车。重联的秘密，就在车鼻头的盖板下。这个盖板平时处于关闭状态，需要重联时，盖板就会自动打开露出里面的车钩系统，连挂和分解均无须人工操作。

两个标准组重联

其实，复兴号CR400BF鼻头盖板下，还隐藏着中国标动的另一项自主创新——与和谐号不同，复兴号的鼻头盖板下增加了一个吸能装置和一个防爬装置，前者可吸收撞车的能量，后者可防止爬车事故的出现，从而进一步提升车辆的安全性。

高铁车头制造过程中，还有很多大家看不见的秘密。比如，复兴号车头更长，但铝合金的热膨胀系数是碳钢的两倍，越长的焊接，变形越大，车头加长后，焊接中就出现了各种复杂变形。根据变形趋势，在工装上增加反变形量，让它往反方向变形，同时，改变焊接方式，减少焊接的热输入量，比如长大焊缝采用分段退焊的方法等。此外，还对焊缝布局及焊接顺序进行了优化，以减少焊接变形，消除焊接残余应力。

下面介绍4个高铁车头：

“火箭”、“青铜剑”、“骏马”、飞龙”

它们来自中国高铁的代表性车型，分别是中车四方股份公司研制的CRH380A、CRHAM、CRH2G高寒抗风沙动车组/CRH2E新型卧铺动车组、“复兴号”CR400AF动车组。

这些高铁车头的诞生，是一次次精雕细琢的过程。这一张张“中国面孔”，也见证了中国高铁不断创新的历程。

“火箭”

车     型：     CRH380A

诞生过程：

高铁的头型设计，是一次次“技术雕刻”的过程。一般来说，车头设计要经历从概念设计，到仿真分析、模型试验和线路实车试验，不断循环优化。

CRH380A研发时，最初设计了20个造型各异的概念头型，分别制作成了实物模型、三维数模。在综合分析技术性、文化性和工程可实施性后，选择了10个头型进入候选。

然后对候选头型进行仿真分析，进行了超过300个工况的空气动力学仿真计算。根据仿真结果，从10个候选头型中选出了5个。

接着是风洞试验。将这5个头型全部制作成1:8的模型，送到风洞试验基地，去做模型的气动力学和噪声风洞试验。

由于高铁列车具有长编组、近地运行的特点，列车模型风洞试验和飞行器的风洞试验不同，为了确保试验数据的准确性，研发人员克服了很多试验难题。在风洞试验基地，前后对5个头型进行了760个不同运行环境的气动力学试验，以及60个工况的噪声风洞试验。

结合仿真计算和风洞试验结果，优选出了2个头型。然后进行施工设计，选取一种最优方案制造成了头型样车。

最后是线路试验。为了对新头型进行实车验证，特别设计了一列搭载新头型的试验列车，在郑西、武广高铁进行大量的线路试验，完成了 520个测点的 22项线路测试。根据试验数据，再对头型进行进一步的优化，最终CRH380A的头型——“火箭”正式出炉。

“火箭”造型的演变：

头型特色：

造型概念取材于“火箭”，寓意腾飞的速度和力量。采用流线造型。水平断面型线为长椭圆型，纵断面型线为双拱形。司机室轮廓进行截面优化，设计为旋转抛物体特征的楔形结构，降低气动阻力。

经过“层层选拔”的“火箭”头型，自然是超级“优等生”。

它的各项技术性能优异：气动阻力减少6%，气动噪声下降7%，列车尾车升力接近于0，隧道交会压力波降低20%，明线交会压力波降低18%。

“青铜剑”

车 型：   CRH380AM

CRH380AM高速综合检测动车组，前身为更高速度试验列车。落成于2011年，是为开展更高速度条件下的基础理论研究和技术探索而研制。

"青铜剑”造型的演变：

更高速度试验列车的头型，设计灵感来源于中国古代兵器“青铜剑”。车头外形犹如一把剑，利剑出鞘，既古典又有威武的气势。

车头以“剑”造型，突出尖楔形结构，实现了降低阻力。

“骏马”

车 型：  CRH2G高寒抗风沙动车组

CRH2E新型卧铺动车组

“骏马”造型的演变：

外形设计上，运用仿生手法，以奔驰的“骏马”作为造型来源。头型演变自马头，提取骏马的速度与力量感。

在技术上，重点解决了大断面条件下列车的气动减阻和降噪、大侧风条件下列车运行的稳定性问题。

“飞龙”

车 型：  “复兴号”动车组（CR400AF）

“复兴号”的头型设计一开始就面临着巨大挑战。因为跟既有动车组相比，“复兴号”的外形有了很大改变。车体高度从3.7米增高到了4.05米，车体断面积增大了7.3%，它的“身材”更高大了。这意味着，提升车头气动性能的难度大大攀升。

研发人员最初设计了46个概念头型。通过综合评估，从里面选出了23个头型方案进入工业设计。再从中挑选出7个头型，进行精细化的仿真计算。之后，全部制作成1:8的缩比模型，拿到风洞实验室去做气动力学和气动噪声的风洞试验。通过循环优化、反复评估，最终决胜出了“复兴号”的头型方案——“飞龙”。

“飞龙”造型的演变：

“复兴号”的车头造型很有特色。中国人长一张中国的脸孔，中国的车也要长一张“中国范”的脸孔。“复兴号”在头型设计中，融入了中国文化中“龙”的形象。车头的两条红飘带演变自龙的“髯”。整体造型十分飘逸，又气势如虹。

技术上也独具一格。采用修长的流线型设计；头型的形状叫“单拱圆锥”，即水平断面型线为长圆锥型，纵断面型线由双拱型变为单拱，有利于降低阻力。鼻锥部分设计为宽扁型，增加向下的引流作用，平衡升力系数。