王田天：為疾馳的高鐵注入新的力量

李 晴

快速舒適又安全的中國高鐵，截至2021年12月營業(yè)里程已經(jīng)突破4萬公里，占世界高鐵總里程的2/3，穩(wěn)居世界第一。而一列列高速列車安全疾馳在祖國大地的背后，空氣動力學是繞不開的基礎學科。

當前，高速列車的速度正在朝著時速400公里不斷突破，占總運行阻力85%以上的空氣阻力已成為影響列車運行速度和能耗的關鍵因素，如何通過科技手段減小空氣阻力，降低運行能耗，是今后科研人員亟待解決的問題之一。而隧道更是列車高速運行的一道坎，因為當高速列車進入隧道時，前方受到擠壓的空氣形成壓縮波，產(chǎn)生瞬間的沖擊壓力，并會在隧道出口驟然膨脹釋放出強烈的氣壓爆波，影響乘客的舒適性，那么如何保證乘車人的舒適性呢？科研人員正在積極開展科研攻關，著手解決這一問題。

湖南大學機械與運載工程學院副教授王田天正是軌道車輛空氣動力學領域的青年學者，他將空氣動力學知識應用于軌道車輛上，開展高速軌道車輛的氣動外形設計、乘客行車舒適性等研究，為鐵路前沿科技的發(fā)展和重大工程的需求貢獻自己的光和熱。

興趣使然

王田天喜歡火車，因為它給人一種無法抗拒的力量感和牽引力。在山野間穿行時，火車與自然景色交織在一起，構成一幅生動的美好畫面，仿佛沿著兩條平行的鐵軌一直向前行駛，就可以到達天涯海角。

2008年9月，王田天考入北京航空航天大學飛行器設計與工程專業(yè)學習，開始了自己的大學生活。他對工程力學非常感興趣，主動選修了相關課程，并在大學二年級時進入了中國工程院院士李椿萱的課題組，圍繞流體力學開展研究工作。

李椿萱院士是空氣動力學、航空航天飛行器設計專家，北京航空航天大學教授。王田天甫一進入實驗室，便參與到了“高速列車基礎力學問題研究”國家重點研發(fā)項目中，導師李椿萱院士的悉心指導，讓他在專業(yè)知識和應用實驗領域打下了良好的根基。

為了能在研究領域取得更多的突破，本科畢業(yè)后，王田天于2012年9月開始在北京航空航天大學直接攻讀流體力學博士學位，繼續(xù)在導師李椿萱院士的引領下，開展軌道車輛空氣動力學的相關研究探索。

在王田天的6年博士生涯里，他一邊完成導師負責的國家重點研發(fā)項目，一邊基于該項目提煉的科學問題，開展自己的研究。在參與國家重點研發(fā)項目的過程中，王田天幾乎是從頭跟到了尾，對于一個初出茅廬的博士生，他從如何申請項目到如何進行研究再到最后的結題，每一個環(huán)節(jié)都積極參與，得到了極大的鍛煉。這也為他日后作為博士生導師指導和引領學生奠定了扎實的基礎。

王田天

博士畢業(yè)后，王田天入職湖南大學機械與運載工程學院，擔任副教授和博士生導師。在這里，王田天基于之前自己所積累的知識和實驗經(jīng)驗，為高速列車在極端環(huán)境下的行車安全性、乘員舒適性與安全性的研究工作貢獻力量。

在實踐中收獲成果

2020年11月，連接四川省與西藏自治區(qū)的快速鐵路——川藏鐵路雅林段（雅安至林芝段）開工建設，沿線地形地質(zhì)和氣候條件復雜、生態(tài)環(huán)境脆弱，修建難度之大世所罕見，是川藏鐵路分段建設中工程最艱巨的部分。

針對正在修建的川藏鐵路，王田天申請了自己的第一個國家自然科學基金青年基金項目“低氣壓高溫差鐵路長大隧道瞬變壓力及其對乘客舒適性影響機理”。“川藏鐵路沿線極端環(huán)境形成的低氣壓高溫差長隧道特征，對列車隧道空氣動力學的影響特別劇烈，相應的影響機理以及引發(fā)的瞬變壓力對乘客舒適性影響機理亟待研究解決。”王田天對此開展了深入研究，建立了氣壓、隧道長度、溫度分布與隧道空氣動力學特性之間關系的數(shù)學模型，提出了列車/隧道影響參數(shù)-瞬變壓力-乘客舒適性的多環(huán)映射關系，得到了低氣壓高溫差鐵路長大隧道瞬變壓力對乘客舒適性影響的評價模型。這些成果對低氣壓高溫差鐵路長大隧道參數(shù)科學確定、列車結構設計、乘員安全舒適性等領域的研究有著重要的指導和支撐作用。

值得一提的是，王田天還將研究成果應用于實際鐵路的建設中。他提出的基于壁面流動控制的列車/隧道耦合氣動效應緩解技術，可提升乘員舒適性，研究成果已應用于我國首條預留時速400公里線路成渝中線的隧道設計中。王田天還建立了列車客室內(nèi)流場高效計算方法，提出了保障乘員熱舒適的不同車型空調(diào)系統(tǒng)設計方案，研究成果已應用于350km/h“復興號”動車組、美國波士頓和泰國曼谷等境外城市地鐵。有了這些實際落地的研究成果，王田天有信心在軌道車輛空氣動力學領域做得更好，走得更遠。

難忘的回憶

2021年9月，中國科學技術協(xié)會公布了第六屆中國科協(xié)青年人才托舉工程入選者名單，王田天成功入選，他感到無比的激動和開心。回首十余年的科研生涯，如果有什么讓王田天印象深刻，他首先想到的，是導師李椿萱院士用不同顏色的筆給他修改得密密麻麻的博士論文?！拔也┦靠飚厴I(yè)的時候，李老師都快80歲了，我的論文初稿有150頁，我本來以為李老師可能會給我一些提綱挈領的意見，我自己回去看著修改就好?！钡跆锾熳詈竽玫降氖且槐敬蟮秸鹿?jié)的題目和章節(jié)的結構，小到每一個標點符號都有修改，連錯別字也沒有放過的紙質(zhì)論文，這讓他大為感動。王田天把這本紙質(zhì)論文保留了下來，放在家中，成為了他永生難忘的回憶。

李椿萱院士這樣兢兢業(yè)業(yè)、身體力行、對待細節(jié)一絲不茍的態(tài)度，至今仍然影響著王田天的教學理念。在科研之外，王田天把人才培養(yǎng)作為他未來教師生涯中最重要的一件事。盡管他現(xiàn)在還是一名青年教師，當導師帶學生的時間不到4年，談不上有很多心得，對于教育學生的方法也還在慢慢摸索，但李椿萱院士永遠是他學習的榜樣。

課題組合影

除此之外，王田天一直把學生當成是最好的科研伙伴，是科研道路上攜手同行的同志。他相信態(tài)度是最重要的，不會的知識可以去學，總有學會的一天，但如果學生不想學，那就永遠沒有學會的那一天。如果能看到學生在論文發(fā)表、科研技能以及全國性的比賽上嶄露頭角，就是他作為老師最大的榮耀。

展望未來

今年是王田天到湖南大學的第三年，也是中國高鐵繼續(xù)快速發(fā)展的一年?？v觀我國高速列車速度的不斷提升，從“和諧號”到“復興號”，極具美感的流線型造型已成為中國高鐵的標志性名片。

早在2019年9月，中共中央、國務院印發(fā)了《交通強國建設綱要》（下稱《綱要》），《綱要》指出到2035年，我國將基本建成交通強國，并明確提出了合理統(tǒng)籌安排時速600公里級高速磁懸浮系統(tǒng)、時速400公里級高速輪軌（含可變軌距）客運列車系統(tǒng)、低真空管（隧）道高速列車等技術儲備的研發(fā)。在王田天看來，我國在軌道車輛空氣動力學的研究上，已經(jīng)做到了引領國際前沿水平，后續(xù)的研究主要集中在更高速軌道車輛的氣動外形設計、行車舒適性與綠色環(huán)保這些方向。

“我的目標就是著眼于軌道車輛空氣動力學方向，把自己的團隊帶好，多出一些可以解決工程實際問題的成果，培養(yǎng)優(yōu)秀的學生，希望這些學生都能超越我，在科研的道路上越走越遠?！闭f這些時，王田天滿懷信心地微笑著，他的腳步不會停下來，他要用自己的力量為國家鐵路的發(fā)展作出更多貢獻。