火車頭“變形記”

外出旅行乘坐高鐵時，你是不是覺得既快速又平穩、安靜、舒適？可是在20年前，從長沙到北京需要約26個小時，火車行駛速度只有50～80千米/時。而如今，火車行駛速度為300～350千米/時，僅需5個小時26分即可達到。火車是我國人民外出旅行和運輸的主要交通工具。那么，它是如何一步步從“綠烏龜”變成“金鳳凰”的呢？

中南大學鐵道學院大學生講解員胡鈺瑤早早地就在科普館內等候，期待著與《放學后》的小讀者和湖南日報全媒小記者一同探索火車變形的奧秘。

在結束了校園、高速列車研究中心列車氣動特性和軌道車輛碰撞實驗室參觀后，同學們的小本子上密密麻麻地記錄著他們的疑惑與好奇。一見到胡鈺瑤老師，他們便迫不及待地拋出了心中的問題：“高鐵車頭為什么像‘子彈頭’？”“高鐵的窗戶為什么不能打開？”“高鐵的軌道和普通火車的軌道有何不同？”面對小朋友們的熱切提問與思索，胡鈺瑤老師笑了笑，豎起了大拇指，隨即為大家播放了一段視頻。

視頻中，一枚硬幣穩穩地“站”在一個快速移動物體上。“大家能猜出這個硬幣放在哪里嗎？”“‘復興號’的窗邊。”“真聰明！那‘復興號’與普通火車相比，有什么優勢呢？”

“跑得快！”“乘坐起來感覺舒適一些。”“安全！”大家爭先恐后地回答著。

“對，接下來，我就要從舒適、安全、速度等方面來為大家解疑答惑。”胡鈺瑤老師清了清嗓子，繼續說道：“從最初的馬拉火車到蒸汽火車，再到內燃機車、電力機車、磁懸浮列車，不斷發展的火車頭見證了中國鐵路的高速發展。那么，它們都有什么區別呢？”

“蒸汽火車車頭會噴出白色的水蒸汽，內燃機車附帶著油箱，電力機車的頂部有連接著頂部電線的受電弓，其中高鐵車頭是流線型的，十分酷炫。”一名細心觀察的同學回答道。

“過去，火車速度慢，車頭不需要考慮空氣阻力，但隨著火車一步步提速，空氣阻力對火車的影響變得越大，它是阻礙列車安全平穩高速運行的‘天敵’。因此科研人員將高鐵車頭設計成‘子彈’的形狀，這樣可以讓空氣阻力系數變小。”胡鈺瑤老師還告訴大家，高鐵之所以舒適、噪音小，離不開超長無縫鋼軌、車用雙層安全玻璃、輕量化材料和空氣動力學設計的應用。超長無縫鋼軌就好像高鐵的“骨骼”，可以避免輪軌之間的縫隙碰撞發聲，車窗采用的雙層玻璃和廂體之間的氣密性車體結構則進一步隔絕了噪音。

談及安全這一話題時，胡鈺瑤老師的語氣變得嚴肅起來。“安全是交通運輸永恒的主題。”她驕傲地告訴大家，模擬碰撞試驗，是列車耐撞性研究、護佑車內人員安全的重要手段，中南大學自主研發的國際第一套短距離實際運營軌道車輛撞擊/瞬時測力試驗系統，就可對國內外各型軌道車輛開展碰撞試驗——視頻中，隨著一聲巨響，一輛車頭撞向了另一輛車頭，場面看似極其嚴重，但是結果卻令人驚訝：盡管車頭呈現炸裂的狀態，駕駛室卻依然保持完整無損。

“原來，正是有了這一次次試驗，中國高鐵才變得越來越安全。”一名同學發出感慨。“是啊，沒想到每一次乘坐高鐵的舒適體驗背后，都有這么多科技和安全的考量啊！致敬默默奉獻的鐵路人。”另一名同學附和道。

高鐵冷知識

為什么火車軌道上要鋪石子？

這些小石子名叫“道砟”，它們有著硬度高、抗壓能力強的優點，任務就是扛住火車，保護鐵軌。火車重量較大，如果鐵軌直接壓在地上，受力面積太小，壓力集中很容易導致軌道陷入地面，但只要在鐵軌下面鋪上枕木，枕木下面再墊著道砟，增大受力面積，把火車的重量均勻分布到地面，就不用擔心軌道陷入地面，發生變形。不僅如此，道砟之間空隙多，還可以吸收噪音、通風排水。

道砟這么有用，為什么高鐵不用呢？它雖然優點多，但是缺點也不少。碎石可能被列車卷飛損壞車底和沿線鐵路設備，石子用久了也會變圓變滑，導致作用下降，需要人工定期檢查和更換，而高鐵運行線密集，速度快，不方便維護道砟，再考慮列車穩定性等因素，多采用了無砟軌道，就是直接把鐵軌固定到鋼筋混凝土上。

我有話說

湖南湘江新區麓谷赫英小學肖辰希：在中南大學軌道交通科普基地，我不僅了解了列車發展歷程，觀看了列車模型穿越隧道、交會和模擬碰撞的過程，還聽到了科學家們開展鐵路自主創新工作背后的艱難探索歷程。正是我們廣大的鐵路工作人員自立自強，不斷探索試驗，一代又一代人攻堅克難接續，才跑出了世界領先的飛馳速度。你看，車車的學問，“慢”也能成就“快”。

湖南省南縣第三完全小學李季宣：在碰撞實驗室里，我看見許多列車模型，它們長得各不相同，但都是中國鐵路發展的見證。那一刻，我突然有了人生目標——我也想在鐵道學院上學，加入“風”一樣的團隊，研制出不帶受電弓就能拉起20節車廂的“彩虹號”。