高鐵車頭——仿生學(xué)的現(xiàn)代應(yīng)用

胡紫霞

銘銘和爸爸準(zhǔn)備乘坐高鐵出去游玩。他們在站臺(tái)上等車，不一會(huì)兒，就看見一列高鐵緩緩地開進(jìn)了車站。

爸爸：銘銘，你看，高鐵車頭看起來像什么？

銘銘：車頭長長的、尖尖的，有點(diǎn)像啄木鳥的嘴巴。

爸爸：你還別說，剛開始，設(shè)計(jì)師的確是從一種鳥類身上得到的靈感，不過不是啄木鳥，而是翠鳥。

銘銘：爸爸，那這也是仿生學(xué)的一種應(yīng)用吧？

爸爸：是的，高鐵車頭就是仿生學(xué)現(xiàn)代應(yīng)用的一個(gè)案例。看來你已經(jīng)能夠很好地理解仿生學(xué)的意思了。

銘銘：那當(dāng)然，我可是下了一番功夫去了解仿生學(xué)的。

爸爸：現(xiàn)在，從上海到北京，我們坐高鐵只需要四個(gè)多小時(shí)，在過去乘坐綠皮火車可是需要一天一夜呢。

銘銘：綠皮火車的車頭也是這樣呈流線型的嗎？

爸爸：不是的。這就要說到翠鳥了。你知道翠鳥嗎？翠鳥是一種體型不大的水鳥，常棲息于溪澗、小河、湖泊。小學(xué)語文書上有篇課文《翠鳥》，就描寫了這種鳥。翠鳥主要以捕魚為生，那它到底是如何捕魚的呢？

銘銘：像老鷹一樣用爪子捕獲獵物嗎？

爸爸：當(dāng)然不是。這種獨(dú)特的鳥類完全靠它長長的嘴，也就是它的喙來捕魚。翠鳥的喙長而尖，遠(yuǎn)看很像啄木鳥。它是無聲的獵手，常獨(dú)自棲息在水邊的樹枝或巖石上，伺機(jī)獵食。它捕魚的方式看起來非常簡單：靜靜地凝視水流等待獵物，一旦有魚出沒，它便一頭扎進(jìn)水中。它那又尖又細(xì)的喙像針尖一樣刺破水面，在一秒鐘之內(nèi)抓住小魚，整個(gè)過程迅捷流暢，不會(huì)激起任何聲響。科學(xué)家注意到了翠鳥的這一天賦，經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，翠鳥流線型的長喙是其中的關(guān)鍵，于是從中獲得了靈感，有了今天技術(shù)上的突破。

這時(shí)，一個(gè)人笑瞇瞇地加入了父子倆的對話。她就是我國高速動(dòng)車組總工程師、技術(shù)專家梁建英。

梁建英：銘銘爸爸說得很對。20世紀(jì)60年代，日本新干線開通運(yùn)營，但“隧道音爆”問題一直困擾著這條繁忙的高速鐵路。“隧道音爆”，簡單地說，就是列車進(jìn)入狹窄的隧道時(shí)，擠壓隧道內(nèi)的空氣，使車頭前面形成了一團(tuán)被壓縮的氣體，而在隧道出口空氣壓力突然變化，像啤酒瓶的蓋子被打開的那一瞬間，高壓氣體瞬間釋放，就會(huì)“嘭”的一聲，產(chǎn)生巨大的噪音，像爆炸了一樣。因?yàn)楦咚倭熊囎畛醯脑O(shè)計(jì)并沒有考慮到這一點(diǎn)，于是給周圍的居民生活帶來了極大的困擾。如何讓列車更安靜，成為當(dāng)時(shí)亟待解決的一個(gè)難題。

20世紀(jì)90年代末，日本鐵路工程師在翠鳥從空中扎入水中的畫面找到了設(shè)計(jì)靈感。是不是可以仿照翠鳥長喙的形狀來設(shè)計(jì)高速列車呢？帶著這個(gè)想法，工程師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了各種測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，理想的列車頭部形狀幾乎和翠鳥的喙是一樣的！于是，他們以翠鳥的喙為原型設(shè)計(jì)出了新的列車——新干線500系子彈頭列車。

銘銘：結(jié)果怎么樣呢？

梁建英：這種新設(shè)計(jì)的列車有效地降低了“隧道音爆”造成的噪音，而且和原來的列車相比，空氣阻力降低了30%，能量消耗減少，列車行駛速度更快，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄。這就是仿生學(xué)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)、造福人類的價(jià)值所在。

爸爸：是不是很神奇？從鳥類完美的喙到更經(jīng)濟(jì)、高效的車頭，因?yàn)槟７拢祟悇?chuàng)造了自己的杰作，改善了生活品質(zhì)。那么，咱們國家的高速動(dòng)車車頭設(shè)計(jì)的靈感又來自哪里？有沒有應(yīng)用仿生學(xué)的案例呢？

梁建英：現(xiàn)在，我國的高速動(dòng)車組有多種不同的型號(hào)，比如：CRH380A、CRH380AM、CRH2G高寒抗風(fēng)沙動(dòng)車組、CRH2E新型臥鋪動(dòng)車組、“復(fù)興號(hào)”CR400AF動(dòng)車組等。它們的設(shè)計(jì)靈感分別來自火箭、青銅劍、駿馬、飛龍等。其中新型臥鋪動(dòng)車組CRH2E的外形在設(shè)計(jì)上是以奔馳的“駿馬”作為造型來源的。“駿馬”車頭的形狀演變自馬頭，提取了駿馬的速度與力量感。在技術(shù)上，重點(diǎn)解決了大斷面條件下列車的氣動(dòng)減阻和降噪、大側(cè)風(fēng)條件下列車運(yùn)行的穩(wěn)定性問題。

銘銘：這簡直太帥了。現(xiàn)在我們的高鐵技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位了。梁阿姨，你們真是太了不起了！

梁建英：這離不開成千上萬的工程師和其他工作人員的辛苦付出。他們堅(jiān)持不懈，不畏艱難，勇往直前，克服了無數(shù)技術(shù)難關(guān)，才取得了今天的成就。所以，你們這一代人一定要更加努力，未來讓我們的國家更加強(qiáng)大，盡早實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興夢！

銘銘：梁阿姨，我們一定會(huì)努力的！