高鐵車頭——仿生學的現代應用

胡紫霞

銘銘和爸爸準備乘坐高鐵出去游玩。他們在站臺上等車，不一會兒，就看見一列高鐵緩緩地開進了車站。

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，有點像啄木鳥的嘴巴。

爸爸：你還別說，剛開始，設計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，那這也是仿生學的一種應用吧？

爸爸：是的，高鐵車頭就是仿生學現代應用的一個案例。看來你已經能夠很好地理解仿生學的意思了。

銘銘：那當然，我可是下了一番功夫去了解仿生學的。

爸爸：現在，從上海到北京，我們坐高鐵只需要四個多小時，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：當然不是。這種獨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，遠看很像啄木鳥。它是無聲的獵手，常獨自棲息在水邊的樹枝或巖石上，伺機獵食。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，它便一頭扎進水中。它那又尖又細的喙像針尖一樣刺破水面，在一秒鐘之內抓住小魚，整個過程迅捷流暢，不會激起任何聲響。科學家注意到了翠鳥的這一天賦，經研究后發現，翠鳥流線型的長喙是其中的關鍵，于是從中獲得了靈感，有了今天技術上的突破。

這時，一個人笑瞇瞇地加入了父子倆的對話。她就是我國高速動車組總工程師、技術專家梁建英。

梁建英：銘銘爸爸說得很對。20世紀60年代，日本新干線開通運營，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，就是列車進入狹窄的隧道時，擠壓隧道內的空氣，使車頭前面形成了一團被壓縮的氣體，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“嘭”的一聲，產生巨大的噪音，像爆炸了一樣。因為高速列車最初的設計并沒有考慮到這一點，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，成為當時亟待解決的一個難題。

20世紀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計靈感。是不是可以仿照翠鳥長喙的形狀來設計高速列車呢？帶著這個想法，工程師團隊進行了各種測試，結果發現，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計出了新的列車——新干線500系子彈頭列車。

銘銘：結果怎么樣呢？

梁建英：這種新設計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，創下了當時的世界紀錄。這就是仿生學應用于現實、造福人類的價值所在。

爸爸：是不是很神奇？從鳥類完美的喙到更經濟、高效的車頭，因為模仿，人類創造了自己的杰作，改善了生活品質。那么，咱們國家的高速動車車頭設計的靈感又來自哪里？有沒有應用仿生學的案例呢？

梁建英：現在，我國的高速動車組有多種不同的型號，比如：CRH380A、CRH380AM、CRH2G高寒抗風沙動車組、CRH2E新型臥鋪動車組、“復興號”CR400AF動車組等。它們的設計靈感分別來自火箭、青銅劍、駿馬、飛龍等。其中新型臥鋪動車組CRH2E的外形在設計上是以奔馳的“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。在技術上，重點解決了大斷面條件下列車的氣動減阻和降噪、大側風條件下列車運行的穩定性問題。

銘銘：這簡直太帥了。現在我們的高鐵技術已經處于世界領先地位了。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。他們堅持不懈，不畏艱難，勇往直前，克服了無數技術難關，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大，盡早實現中華民族的偉大復興夢！

銘銘：梁阿姨，我們一定會努力的！