火車頭“變形記”

外出旅行乘坐高鐵時(shí)，你是不是覺得既快速又平穩(wěn)、安靜、舒適？可是在20年前，從長(zhǎng)沙到北京需要約26個(gè)小時(shí)，火車行駛速度只有50～80千米/時(shí)。而如今，火車行駛速度為300～350千米/時(shí)，僅需5個(gè)小時(shí)26分即可達(dá)到。火車是我國(guó)人民外出旅行和運(yùn)輸?shù)闹饕煌üぞ?。那么，它是如何一步步從“綠烏龜”變成“金鳳凰”的呢？

中南大學(xué)鐵道學(xué)院大學(xué)生講解員胡鈺瑤早早地就在科普館內(nèi)等候，期待著與《放學(xué)后》的小讀者和湖南日?qǐng)?bào)全媒小記者一同探索火車變形的奧秘。

在結(jié)束了校園、高速列車研究中心列車氣動(dòng)特性和軌道車輛碰撞實(shí)驗(yàn)室參觀后，同學(xué)們的小本子上密密麻麻地記錄著他們的疑惑與好奇。一見到胡鈺瑤老師，他們便迫不及待地拋出了心中的問題：“高鐵車頭為什么像‘子彈頭’？”“高鐵的窗戶為什么不能打開？”“高鐵的軌道和普通火車的軌道有何不同？”面對(duì)小朋友們的熱切提問與思索，胡鈺瑤老師笑了笑，豎起了大拇指，隨即為大家播放了一段視頻。

視頻中，一枚硬幣穩(wěn)穩(wěn)地“站”在一個(gè)快速移動(dòng)物體上。“大家能猜出這個(gè)硬幣放在哪里嗎？”“‘復(fù)興號(hào)’的窗邊?！薄罢媛斆?！那‘復(fù)興號(hào)’與普通火車相比，有什么優(yōu)勢(shì)呢？”

“跑得快！”“乘坐起來感覺舒適一些。”“安全！”大家爭(zhēng)先恐后地回答著。

“對(duì)，接下來，我就要從舒適、安全、速度等方面來為大家解疑答惑。”胡鈺瑤老師清了清嗓子，繼續(xù)說道：“從最初的馬拉火車到蒸汽火車，再到內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、磁懸浮列車，不斷發(fā)展的火車頭見證了中國(guó)鐵路的高速發(fā)展。那么，它們都有什么區(qū)別呢？”

“蒸汽火車車頭會(huì)噴出白色的水蒸汽，內(nèi)燃機(jī)車附帶著油箱，電力機(jī)車的頂部有連接著頂部電線的受電弓，其中高鐵車頭是流線型的，十分酷炫?！币幻?xì)心觀察的同學(xué)回答道。

“過去，火車速度慢，車頭不需要考慮空氣阻力，但隨著火車一步步提速，空氣阻力對(duì)火車的影響變得越大，它是阻礙列車安全平穩(wěn)高速運(yùn)行的‘天敵’。因此科研人員將高鐵車頭設(shè)計(jì)成‘子彈’的形狀，這樣可以讓空氣阻力系數(shù)變小?！焙暚幚蠋熯€告訴大家，高鐵之所以舒適、噪音小，離不開超長(zhǎng)無縫鋼軌、車用雙層安全玻璃、輕量化材料和空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。超長(zhǎng)無縫鋼軌就好像高鐵的“骨骼”，可以避免輪軌之間的縫隙碰撞發(fā)聲，車窗采用的雙層玻璃和廂體之間的氣密性車體結(jié)構(gòu)則進(jìn)一步隔絕了噪音。

談及安全這一話題時(shí)，胡鈺瑤老師的語氣變得嚴(yán)肅起來?！鞍踩墙煌ㄟ\(yùn)輸永恒的主題?！彼湴恋馗嬖V大家，模擬碰撞試驗(yàn)，是列車耐撞性研究、護(hù)佑車內(nèi)人員安全的重要手段，中南大學(xué)自主研發(fā)的國(guó)際第一套短距離實(shí)際運(yùn)營(yíng)軌道車輛撞擊/瞬時(shí)測(cè)力試驗(yàn)系統(tǒng)，就可對(duì)國(guó)內(nèi)外各型軌道車輛開展碰撞試驗(yàn)——視頻中，隨著一聲巨響，一輛車頭撞向了另一輛車頭，場(chǎng)面看似極其嚴(yán)重，但是結(jié)果卻令人驚訝：盡管車頭呈現(xiàn)炸裂的狀態(tài)，駕駛室卻依然保持完整無損。

“原來，正是有了這一次次試驗(yàn)，中國(guó)高鐵才變得越來越安全。”一名同學(xué)發(fā)出感慨?！笆前?，沒想到每一次乘坐高鐵的舒適體驗(yàn)背后，都有這么多科技和安全的考量??！致敬默默奉獻(xiàn)的鐵路人?！绷硪幻瑢W(xué)附和道。

高鐵冷知識(shí)

為什么火車軌道上要鋪石子？

這些小石子名叫“道砟”，它們有著硬度高、抗壓能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，任務(wù)就是扛住火車，保護(hù)鐵軌。火車重量較大，如果鐵軌直接壓在地上，受力面積太小，壓力集中很容易導(dǎo)致軌道陷入地面，但只要在鐵軌下面鋪上枕木，枕木下面再墊著道砟，增大受力面積，把火車的重量均勻分布到地面，就不用擔(dān)心軌道陷入地面，發(fā)生變形。不僅如此，道砟之間空隙多，還可以吸收噪音、通風(fēng)排水。

道砟這么有用，為什么高鐵不用呢？它雖然優(yōu)點(diǎn)多，但是缺點(diǎn)也不少。碎石可能被列車卷飛損壞車底和沿線鐵路設(shè)備，石子用久了也會(huì)變圓變滑，導(dǎo)致作用下降，需要人工定期檢查和更換，而高鐵運(yùn)行線密集，速度快，不方便維護(hù)道砟，再考慮列車穩(wěn)定性等因素，多采用了無砟軌道，就是直接把鐵軌固定到鋼筋混凝土上。

我有話說

湖南湘江新區(qū)麓谷赫英小學(xué)肖辰希：在中南大學(xué)軌道交通科普基地，我不僅了解了列車發(fā)展歷程，觀看了列車模型穿越隧道、交會(huì)和模擬碰撞的過程，還聽到了科學(xué)家們開展鐵路自主創(chuàng)新工作背后的艱難探索歷程。正是我們廣大的鐵路工作人員自立自強(qiáng)，不斷探索試驗(yàn)，一代又一代人攻堅(jiān)克難接續(xù)，才跑出了世界領(lǐng)先的飛馳速度。你看，車車的學(xué)問，“慢”也能成就“快”。

湖南省南縣第三完全小學(xué)李季宣：在碰撞實(shí)驗(yàn)室里，我看見許多列車模型，它們長(zhǎng)得各不相同，但都是中國(guó)鐵路發(fā)展的見證。那一刻，我突然有了人生目標(biāo)——我也想在鐵道學(xué)院上學(xué)，加入“風(fēng)”一樣的團(tuán)隊(duì)，研制出不帶受電弓就能拉起20節(jié)車廂的“彩虹號(hào)”。