高铁车头-仿生学的现代应用

  高铁车头仿生学的现代应用  胡紫霞铭铭和爸爸准备乘坐高铁出去游玩。他们在站台上等车，不一会儿，就看见一列高铁缓缓地开进了车站。爸爸：铭铭，你看，高铁车头看起来像什么？铭铭：车头长长的、尖尖的，有点像啄木鸟的嘴巴。爸爸：你还别说，刚开始，师的确是从一种鸟类身上得到的灵感，不过不是啄木鸟，而是翠鸟。铭铭：爸爸，那这也是仿生学的一种应用吧？爸爸：是的，高铁车头就是仿生学现代应用的一个案例。看来你已经能够很好地理解仿生学的意思了。铭铭：那当然，我可是下了一番功夫去了解仿生学的。爸爸：现在，从上海到北京，我们坐高铁只需要四个多小时，在过去乘坐绿皮火车可是需要一天一夜呢。铭铭：绿皮火车的车头也是这样呈流线型的吗？爸爸：不是的。这就要说到翠鸟了。你知道翠鸟吗？翠鸟是一种体型不大的水鸟，常栖息于溪涧、小河、湖泊。小学书上有篇课文《翠鸟》，就描写了这种鸟。翠鸟主要以捕鱼为生，那它到底是如何捕鱼的呢？铭铭：像老鹰一样用爪子捕获猎物吗？爸爸：当然不是。这种独特的鸟类完全靠它长长的嘴，也就是它的喙来捕鱼。翠鸟的喙长而尖，远看很像啄木鸟。它是无声的猎手，常独自栖息在水边的树枝或岩石上，伺机猎食。它捕鱼的方式看起来非常简单：静静地凝视水流等待猎物，一旦有鱼出没，它便一头扎进水中。它那又尖又细的喙像针尖一样刺破水面，在一秒钟之内抓住小鱼，整个过程迅捷流畅，不会激起任何声响。科学家注意到了翠鸟的这一天赋，经研究后发现，翠鸟流线型的长喙是其中的关键，于是从中获得了灵感，有了今天技术上的突破。这时，一个人笑眯眯地加入了父子俩的对话。她就是我国高速动车组总工程师、技术专家梁建英。梁建英：铭铭爸爸说得很对。20世纪60年代，日本新干线开通运营，但“隧道音爆”问一直困扰着这条繁忙的高速铁路。“隧道音爆”，简单地说，就是列车进入狭窄的隧道时，挤压隧道内的空气，使车头前面形成了一团被压缩的气体，而在隧道出口空气压力突然变化，像啤酒瓶的盖子被打开的那一瞬间，高压气体瞬间释放，就会“嘭”的一声，产生巨大的噪音，像爆炸了一样。因为高速列车最初的设计并没有考虑到这一点，于是给周围的居民生活带来了极大的困扰。如何让列车更安静，成为当时亟待解决的一个难题。20世纪90年代末，日本铁路工程师在翠鸟从空中扎入水中的画面找到了设计灵感。是不是可以仿照翠鸟长喙的形状来设计高速列车呢？带着这个想法，工程师团队进行了各种测试，结果发现，理想的列车头部形状几乎和翠鸟的喙是一样的！于是，他们以翠鸟的喙为原型设计出了新的列车——新干线500系子弹头列车。铭铭：结果怎么样呢？梁建英：这种新设计的列车有效地降低了“隧道音爆”造成的噪音，而且和原来的列车相比，空气阻力降低了30%，能量消耗减少，列车行驶速度更快，创下了当时的世界纪录。这就是仿生学应用于现实、造福人类的价值所在。爸爸：是不是很神奇？从鸟类完美的喙到更经济、高效的车头，因为模仿，人类创造了自己的杰作，改善了生活品质。那么，咱们国家的高速动车车头设计的灵感又来自哪里？有没有应用仿生学的案例呢？梁建英：现在，我国的高速动车组有多种不同的型号，比如：CRH380A、CRH380AM、CRH2G高寒抗风沙动车组、CRH2E新型卧铺动车组、“复兴号”CR400AF动车组等。它们的设计灵感分别来自火箭、青铜剑、骏马、飞龙等。其中新型卧铺动车组CRH2E的外形在设计上是以奔驰的“骏马”作为造型来源的。“骏马”车头的形状演变自马头，提取了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。铭铭：这简直太帅了。現在我们的高铁技术已经处于世界领先地位了。梁阿姨，你们真是太了不起了！梁建英：这离不开成千上万的工程师和其他工作人员的辛苦付出。他们坚持不懈，不畏艰难，勇往直前，克服了无数技术难关，才取得了今天的成就。所以，你们这一代人一定要更加努力，未来让我们的国家更加强大，尽早实现中华民族的伟大复兴梦！铭铭：梁阿姨，我们一定会努力的！ -全文完-