（转载自公众号轨道交通装备与技术）
车头不光是高铁的“脸面”，更是高铁列车的一大核心技术。拥有各具特色头型的高铁奔驰在神州大地，让人油然生发出“科技改变生活”的感慨。那么这些又潮又酷的高铁车头是怎样诞生的?其背后都蕴含着哪些科技含量呢?
一、用技术与多种力“斗法”
车头不仅是高铁的‘脸面’，更是高速动车组的关键核心技术之一，一个出色的“头型”，首先必须具备优异的空气动力学性能。疾驰中的高铁会同时受到周围空气多种力的作用，比如空气阻力、气流升力、会车时的交会压力波、侧风带来的侧向力等等，都是阻碍列车安全平稳高速运行的“天敌”。
其中，空气阻力是列车高速运行的最大障碍。就像我们在5级大风中逆风而行会感觉寸步难行，高铁速度越快，空气阻力越大。根据空气动力学原理，车头的长细比越大，阻力系数越小。加大车头的长细比，还可减少列车会车时的交会压力波和通过隧道时的隧道压力波。
当对面列车疾驰而过时，伴随一声呼啸，车身会瞬间发生横向晃动，这就是因为相对运动的车头挤压空气，使车侧壁上的空气压力产生了很大波动。列车过隧道时，也会引起隧道内空气压力急剧波动，形成一定冲击力。骤然的压力变化，可造成车体侧窗破碎、车辆蛇形运动等可怕后果。我国研发的复兴号CR400BF，其“头型”就比和谐号长2米左右，整体形态更加流线，低阻力流线车头使其运行阻力降低了12%，列车因此“飞”得更快、更稳、更节能。
流线化外形设计示例
当列车高速运行时，气流会带来向上的抬升力，让车头发飘甚至脱轨，为与升力斗法，在高铁车头的两侧设置有导流槽，通过鼻锥到导流槽的引流形式，引导气流产生向下的压力，如同一双强有力的“手”，牢牢抓住轨道，保障列车贴地运行。
二、获取“高颜值”路上的艰难跋涉
内在高技术加外表高颜值使得高铁车头的设计与制造极富挑战性。CR400BF的“头型”，就是从近百张美工效果图中筛选出来的。研发部门先从中选出了几十个，再根据空气动力学进行计算与评审，展开第二轮甄选，然后将胜出的设计做成若干1:8的3D模型进行风洞试验，根据风阻、风动噪声等测试结果，对获胜“头型”用三维模拟软件进行优化设计。美工可以“唯美”，艺术设计可以天马行空，工艺却要考虑能否实现，即如何把技术与艺术完美融合到车头上。时速350公里的标动CR400BF有两条比较尖锐的棱线贯穿车肩，使车头凸现一种硬朗的棱角美，并更具科技感。然而板材折弯半径越小，折出的线越尖锐。刚开始研发部使用冷冲压工艺，但冷冲压的最小折弯半径是铝板材的1.5倍厚，棱线整体效果在车头上看起来像一小道圆弧，不尖锐，经过广泛研究各行各业的新技术，反复寻找、多次评审，最终采用了在航空航天领域广泛应用但在轨道交通装备业鲜有应用的铝合金超塑成型工艺，将铝合金板材加热后以空气压力加压成型，才攻克这个难题。
超塑成型工艺示意图
三、“扒一扒”那些看不见的秘密
动车一列标准组有两个车头，一个在前，一个在后，列车调头时，车尾变车头即可。春运期间，很多人会发现，不少繁忙线路上的高铁变成了4个车头，中间两个车头的鼻尖紧紧相抵。这是铁路为增加运力，将两个标准组进行了重联，使8节编组的列车“升级”成了16节编组列车。重联的秘密，就在车鼻头的盖板下。这个盖板平时处于关闭状态，需要重联时，盖板就会自动打开露出里面的车钩系统，连挂和分解均无须人工操作。
两个标准组重联
其实，复兴号CR400BF鼻头盖板下，还隐藏着中国标动的另一项自主创新——与和谐号不同，复兴号的鼻头盖板下增加了一个吸能装置和一个防爬装置，前者可吸收撞车的能量，后者可防止爬车事故的出现，从而进一步提升车辆的安全性。
高铁车头制造过程中，还有很多大家看不见的秘密。比如，复兴号车头更长，但铝合金的热膨胀系数是碳钢的两倍，越长的焊接，变形越大，车头加长后，焊接中就出现了各种复杂变形。根据变形趋势，在工装上增加反变形量，让它往反方向变形，同时，改变焊接方式，减少焊接的热输入量，比如长大焊缝采用分段退焊的方法等。此外，还对焊缝布局及焊接顺序进行了优化，以减少焊接变形，消除焊接残余应力。
下面介绍4个高铁车头：
“火箭”、“青铜剑”、“骏马”、飞龙”
它们来自中国高铁的代表性车型，分别是中车四方股份公司研制的CRH380A、CRHAM、CRH2G高寒抗风沙动车组/CRH2E新型卧铺动车组、“复兴号”CR400AF动车组。
这些高铁车头的诞生，是一次次精雕细琢的过程。这一张张“中国面孔”，也见证了中国高铁不断创新的历程。
“火箭”
车 型： CRH380A
诞生过程：
高铁的头型设计，是一次次“技术雕刻”的过程。一般来说，车头设计要经历从概念设计，到仿真分析、模型试验和线路实车试验，不断循环优化。
CRH380A研发时，最初设计了20个造型各异的概念头型，分别制作成了实物模型、三维数模。在综合分析技术性、文化性和工程可实施性后，选择了10个头型进入候选。
然后对候选头型进行仿真分析，进行了超过300个工况的空气动力学仿真计算。根据仿真结果，从10个候选头型中选出了5个。
接着是风洞试验。将这5个头型全部制作成1:8的模型，送到风洞试验基地，去做模型的气动力学和噪声风洞试验。
由于高铁列车具有长编组、近地运行的特点，列车模型风洞试验和飞行器的风洞试验不同，为了确保试验数据的准确性，研发人员克服了很多试验难题。在风洞试验基地，前后对5个头型进行了760个不同运行环境的气动力学试验，以及60个工况的噪声风洞试验。
结合仿真计算和风洞试验结果，优选出了2个头型。然后进行施工设计，选取一种最优方案制造成了头型样车。
最后是线路试验。为了对新头型进行实车验证，特别设计了一列搭载新头型的试验列车，在郑西、武广高铁进行大量的线路试验，完成了 520个测点的 22项线路测试。根据试验数据，再对头型进行进一步的优化，最终CRH380A的头型——“火箭”正式出炉。
“火箭”造型的演变：
头型特色：
造型概念取材于“火箭”，寓意腾飞的速度和力量。采用流线造型。水平断面型线为长椭圆型，纵断面型线为双拱形。司机室轮廓进行截面优化，设计为旋转抛物体特征的楔形结构，降低气动阻力。
经过“层层选拔”的“火箭”头型，自然是超级“优等生”。
它的各项技术性能优异：气动阻力减少6%，气动噪声下降7%，列车尾车升力接近于0，隧道交会压力波降低20%，明线交会压力波降低18%。
“青铜剑”
车 型： CRH380AM
CRH380AM高速综合检测动车组，前身为更高速度试验列车。落成于2011年，是为开展更高速度条件下的基础理论研究和技术探索而研制。
"青铜剑”造型的演变：
更高速度试验列车的头型，设计灵感来源于中国古代兵器“青铜剑”。车头外形犹如一把剑，利剑出鞘，既古典又有威武的气势。
车头以“剑”造型，突出尖楔形结构，实现了降低阻力。
“骏马”
车 型： CRH2G高寒抗风沙动车组
CRH2E新型卧铺动车组
“骏马”造型的演变：
外形设计上，运用仿生手法，以奔驰的“骏马”作为造型来源。头型演变自马头，提取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。
“飞龙”
车 型： “复兴号”动车组（CR400AF）
“复兴号”的头型设计一开始就面临着巨大挑战。因为跟既有动车组相比，“复兴号”的外形有了很大改变。车体高度从3.7米增高到了4.05米，车体断面积增大了7.3%，它的“身材”更高大了。这意味着，提升车头气动性能的难度大大攀升。
研发人员最初设计了46个概念头型。通过综合评估，从里面选出了23个头型方案进入工业设计。再从中挑选出7个头型，进行精细化的仿真计算。之后，全部制作成1:8的缩比模型，拿到风洞实验室去做气动力学和气动噪声的风洞试验。通过循环优化、反复评估，最终决胜出了“复兴号”的头型方案——“飞龙”。
“飞龙”造型的演变：
“复兴号”的车头造型很有特色。中国人长一张中国的脸孔，中国的车也要长一张“中国范”的脸孔。“复兴号”在头型设计中，融入了中国文化中“龙”的形象。车头的两条红飘带演变自龙的“髯”。整体造型十分飘逸，又气势如虹。
技术上也独具一格。采用修长的流线型设计；头型的形状叫“单拱圆锥”，即水平断面型线为长圆锥型，纵断面型线由双拱型变为单拱，有利于降低阻力。鼻锥部分设计为宽扁型，增加向下的引流作用，平衡升力系数。
