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翟婉明院士:让中国轨道交通引领世界
2019-08-07 08:54:00  来源:新华日报  作者:杨频萍  
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  如今,中国高铁举世瞩目。作为中国高铁发展的参与者、见证者和推动者,中国科学院院士、西南交通大学首席教授翟婉明的人生路程与轨道交通紧密相连。他首创的铁路大系统动力学理论,助推中国铁路六次提速及高速铁路的发展;他担任总设计师的世界首条新能源空铁试验线在成都成功运行……从理论到实践,翟婉明的研究总能摸准我国轨道交通发展需求的脉搏。

  这个暑假,翟婉明的工作日程依旧饱满。一路披荆斩棘,翟婉明的人生恰如一列飞速发展的中国列车,可是正如中国轨道交通的发展一样,并没有所谓的捷径。

  一次绕道,

  埋下一生梦想

  火车是什么概念?小时候的翟婉明只知道是一种高级的交通工具。他的家乡江苏靖江,距离苏南隔着一条长江,坐渡轮非常慢。

  中学时学校组织去常州春游,翟婉明从天桥上远远地看了下火车,祖辈都没坐过火车,他感觉非常新奇。18岁那年,翟婉明考上西南交通大学,从江苏到四川的旅程也是他第一次坐上火车,细节仍历历在目,“正好遇到宝成铁路塌方,火车绕道昆明,这一绕便是三天四夜,身上的钱没带够,忍饥挨饿,历尽艰辛。”切身感受到中国铁路如此落后,翟婉明在心里对未来已经有了打算——“要学好本领,让老百姓坐火车更快更舒适”。

  入学后,翟婉明刻苦勤奋,成绩一直非常优异,不仅以专业第一的成绩被推免为西南交大研究生,更以一年零九个月的时间提前毕业,留校任教。作为该校第一位提前毕业的研究生,他吸引了“伯乐”的注意,打开了读博的新天地。

  原本翟婉明主攻的机车车辆传热学,当时并没有博士点。机车车辆知名专家、西南交大教授孙翔(后任西安交通大学校长)却主动找到了他,希望他报考机车车辆专业动力学方向的博士研究生。

  当时翟婉明对于转专业心里没底,所学专业与孙教授的专业相差甚远,十分犹豫。暑假回到江苏老家,翟婉明接连收到孙翔教授两封信,主题只有一个,鼓励他报考!翟婉明说,这么多年过去了,他仍然记得,信纸上,老师不太好辨认的字迹里,充满了鼓励他破釜沉舟的期待。“说实话,我当时非常感动,老师是位非常有名的教授,却对一个普通学生如此厚爱。”

  一回到学校,孙教授约他长谈,从中国铁路交通运输的紧张落后状况,谈到未来重载、高速列车的发展远景。这让翟婉明下定了决心,尽管博士考试中有一门课《有限元方法》他从未接触,而且离考试也仅剩下一个月,但翟婉明争分夺秒地自学这门课,总成绩出来后,翟婉明名列全校考博第一名。

  第一个“吃螃蟹”,

  助力中国铁路大发展

  上世纪90年代初,中国的铁路技术还很落后,运能与运量之间的矛盾十分突出,列车运行速度亟待提高。

  “看到国外铁路技术那么先进,我们由衷羡慕,憋着一股子劲。”还在攻读博士的翟婉明,提出了一个在世界上还是空白的理论设想,正是后来名噪业内的“车辆-轨道耦合动力学”。

  根据传统的车辆动力学、轨道动力学理论体系,机车车辆和铁路轨道是被分离成两个相对独立的子系统分别加以研究。而在查阅了国内外大量的文献后,翟婉明认为,将两者作为统一的整体进行研究,能够更好反映轮轨运输系统本质,将是未来的重要方向。

  固有思维常阻碍科学的进步。所以,意料之中,翟婉明的观点受到了质疑。为什么要顶住压力,做第一个吃螃蟹的人?“因为一旦成功,将为中国铁路的提速和高速发展,提供更好的理论支撑。”

  “车辆-轨道耦合动力学”犹如无人涉足的荒原,是否走得通还是未知数。翟婉明先根据理论建模,再根据模型编程计算。“那时的计算机运行速度太慢了,头天晚上输入的数据,要到第二天早上才能看到结果。”

  然而研究并不顺利。“仿真结果显示车轮会飞出轨道,计算中一定出现了问题。”研究工作卡壳了,翟婉明经常通宵达旦,把上万条计算机语言挨着检查了好几遍,花了好几个月,“眼睛都要看瞎了,还是没发现错误。”

  “能用上的经典算法都试了一遍,为什么不行?”翟婉明甚至怀疑,是不是真的不行?他干脆给自己放了个假,等再次投身科研奋战时,才发现是在“参数赋值”这样的小问题上出了疏漏。

  终于,他提出并系统建立了“车辆-轨道耦合动力学” 全新理论体系,此时恰逢中国铁路大发展,理论派上了大用场,成功助推中国轨道交通腾飞。

  在铁路大系统动力学研究中,他创造出了一种全新的快速数值计算方法,国际上称为“翟方法”,他建立的车辆-轨道耦合动力学模型在国际上被称为“翟-孙模型”及“翟模型”,得到广泛采用。在国内,该理论及模型被成功地应用于我国列车提速及重载、高速铁路领域20多个重点工程(产品)之中,解决了一系列工程实际难题,取得了重大社会经济效益。少有人知的是,车辆-轨道耦合动力学研究项目的成功整整历时15年。

  每个节点创新,

  都向应用靠近一步

  从不具备任何先发优势,到如今建设规模与运营速度均走在世界前列,中国高铁俨然成为一张亮眼的“国家名片”。今年5月,时速600公里的高速磁浮试验样车已正式下线。翟婉明正是该项目专家组成员。

  高速铁路,速度极限在哪里?目前高铁最快的运营速度是复兴号的350公里时速,这几乎被认为是轮轨列车的最高运营速度。“空气阻力、气动效应、能耗噪声等指标,都是随着速度的幂次方迅速增长的。因此,想在地面上实现更大幅度提速,才有了‘真空管道磁悬浮’的想法。”翟婉明表示,包括磁悬浮技术在内相关技术都处于探索阶段,到能够载客民用、完全商业运营还有很长的路要走。

  在翟婉明看来,中国高铁的每一个节点性创新,都经历了研究积累、消化、吸收、再创新的过程。“复兴号”的投运,正是继科研积累、引进吸收之后,中国高铁“再创新”的标志性事件。更重要的是,“这使我们成为世界上铁路运营速度最高的国家,这对于将来行业标准的制定意义重大,为下一步‘引领高铁发展’提供了可能。”

  “接下来要实现引领世界高铁发展的梦想,科技创新是关键。”翟婉明表示,“当前中国一方面要为下一代高铁超前研究储备一系列原创性前沿技术,另一方面要解决好眼前中国近3万公里高铁线路上数以千计的高速动车组运行中遇到的各种实际问题。”

  建立和完善中国高速铁路运营维护技术标准体系,是当务之急。目前,翟婉明正承担的高铁领域首个国家自然基金重大项目“高速轨道交通系统动力学性能演化及控制”,着力研究高速铁路运营系统的长期性能与状态变化规律,为高铁安全维护提供指导,未来将有望为相关标准的制定,提供必要的理论依据。

  从实验室到生产线,过去三十多年,翟婉明一直在努力缩短二者之间的距离。近两年在成都的世界首条新能源悬挂式空中地铁试验线,就是翟婉明领衔“产学研用”协同创新团队缔造的“魔术”。长着“熊猫脸”的列车,以60公里时速“飞”在空中,它不与人、车、植物争路,打开了改善城市拥堵的想象空间。

  该项目创造性地将锂电池包代替高压电用于列车的牵引动力,在世界上属于首创。这种新的轨道交通制式,具有建设成本低、占地少、建设周期短,绿色环保等优势,具有较好应用前景,曾入选2018年度中国高等学校十大科技进展。这种悬在空中的列车十分安全,未来可用于大型枢纽如高铁与机场之间的接驳,景区游客集散中心与入口间的转运,大城市繁忙拥堵路段的轨道交通补充及中小城市干线交通等。翟婉明说,希望不久的将来,家乡也能用上新能源空铁。“比如我们泰州兴化,如果能让游客坐在空中列车中看油菜花,一定更美!”

标签:轨道交通;中国铁路;高速铁路
责编:李苏珺
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