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(guó)高鐵，截至2021年12月?tīng)I(yíng)業(yè)里程已經(jīng)突破4萬(wàn)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(guó)大地的背后，空氣動(dòng)力學(xué)是繞不開(kāi)的基礎(chǔ)學(xué)科。

當(dāng)前，高速列車的速度正在朝著時(shí)速400公里不斷突破，占總運(yùn)行阻力85%以上的空氣阻力已成為影響列車運(yùn)行速度和能耗的關(guān)鍵因素，如何通過(guò)科技手段減小空氣阻力，降低運(yùn)行能耗，是今后科研人員亟待解決的問(wèn)題之一。而隧道更是列車高速運(yùn)行的一道坎，因?yàn)楫?dāng)高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，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(huì)在隧道出口驟然膨脹釋放出強(qiáng)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(kāi)展科研攻關(guān)，著手解決這一問(wèn)題。

湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院副教授王田天正是軌道車輛空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的青年學(xué)者，他將空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)應(yīng)用于軌道車輛上，開(kāi)展高速軌道車輛的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)、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(xiàn)自己的光和熱。

興趣使然

王田天喜歡火車，因?yàn)樗o人一種無(wú)法抗拒的力量感和牽引力。在山野間穿行時(shí)，火車與自然景色交織在一起，構(gòu)成一幅生動(dòng)的美好畫(huà)面，仿佛沿著兩條平行的鐵軌一直向前行駛，就可以到達(dá)天涯海角。

2008年9月，王田天考入北京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)學(xué)習(xí)，開(kāi)始了自己的大學(xué)生活。他對(duì)工程力學(xué)非常感興趣，主動(dòng)選修了相關(guān)課程，并在大學(xué)二年級(jí)時(shí)進(jìn)入了中國(guó)工程院院士李椿萱的課題組，圍繞流體力學(xué)開(kāi)展研究工作。

李椿萱院士是空氣動(dòng)力學(xué)、航空航天飛行器設(shè)計(jì)專家，北京航空航天大學(xué)教授。王田天甫一進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，便參與到了“高速列車基礎(chǔ)力學(xué)問(wèn)題研究”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目中，導(dǎo)師李椿萱院士的悉心指導(dǎo)，讓他在專業(yè)知識(shí)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域打下了良好的根基。

為了能在研究領(lǐng)域取得更多的突破，本科畢業(yè)后，王田天于2012年9月開(kāi)始在北京航空航天大學(xué)直接攻讀流體力學(xué)博士學(xué)位，繼續(xù)在導(dǎo)師李椿萱院士的引領(lǐng)下，開(kāi)展軌道車輛空氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究探索。

在王田天的6年博士生涯里，他一邊完成導(dǎo)師負(fù)責(zé)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，一邊基于該項(xiàng)目提煉的科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展自己的研究。在參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的過(guò)程中，王田天幾乎是從頭跟到了尾，對(duì)于一個(gè)初出茅廬的博士生，他從如何申請(qǐng)項(xiàng)目到如何進(jìn)行研究再到最后的結(jié)題，每一個(gè)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(dǎo)師指導(dǎo)和引領(lǐng)學(xué)生奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

王田天

博士畢業(yè)后，王田天入職湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，擔(dān)任副教授和博士生導(dǎo)師。在這里，王田天基于之前自己所積累的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，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(xiàn)力量。

在實(shí)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(kāi)工建設(shè)，沿線地形地質(zhì)和氣候條件復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境脆弱，修建難度之大世所罕見(jiàn)，是川藏鐵路分段建設(shè)中工程最艱巨的部分。

針對(duì)正在修建的川藏鐵路，王田天申請(qǐng)了自己的第一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“低氣壓高溫差鐵路長(zhǎng)大隧道瞬變壓力及其對(duì)乘客舒適性影響機(jī)理”?！按ú罔F路沿線極端環(huán)境形成的低氣壓高溫差長(zhǎng)隧道特征，對(duì)列車隧道空氣動(dòng)力學(xué)的影響特別劇烈，相應(yīng)的影響機(jī)理以及引發(fā)的瞬變壓力對(duì)乘客舒適性影響機(jī)理亟待研究解決?！蓖跆锾鞂?duì)此開(kāi)展了深入研究，建立了氣壓、隧道長(zhǎng)度、溫度分布與隧道空氣動(dòng)力學(xué)特性之間關(guān)系的數(shù)學(xué)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(guān)系，得到了低氣壓高溫差鐵路長(zhǎng)大隧道瞬變壓力對(duì)乘客舒適性影響的評(píng)價(jià)模型。這些成果對(duì)低氣壓高溫差鐵路長(zhǎng)大隧道參數(shù)科學(xué)確定、列車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、乘員安全舒適性等領(lǐng)域的研究有著重要的指導(dǎo)和支撐作用。

值得一提的是，王田天還將研究成果應(yīng)用于實(shí)際鐵路的建設(shè)中。他提出的基于壁面流動(dòng)控制的列車/隧道耦合氣動(dòng)效應(yīng)緩解技術(shù)，可提升乘員舒適性，研究成果已應(yīng)用于我國(guó)首條預(yù)留時(shí)速400公里線路成渝中線的隧道設(shè)計(jì)中。王田天還建立了列車客室內(nèi)流場(chǎng)高效計(jì)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(shè)計(jì)方案，研究成果已應(yīng)用于350km/h“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組、美國(guó)波士頓和泰國(guó)曼谷等境外城市地鐵。有了這些實(shí)際落地的研究成果，王田天有信心在軌道車輛空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域做得更好，走得更遠(yuǎn)。

難忘的回憶

2021年9月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)公布了第六屆中國(guó)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(wú)比的激動(dòng)和開(kāi)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(dǎo)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。“我博士快畢業(yè)的時(shí)候，李老師都快80歲了，我的論文初稿有150頁(yè)，我本來(lái)以為李老師可能會(huì)給我一些提綱挈領(lǐng)的意見(jiàn)，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(jié)構(gòu)，小到每一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)都有修改，連錯(cuò)別字也沒(méi)有放過(guò)的紙質(zhì)論文，這讓他大為感動(dòng)。王田天把這本紙質(zhì)論文保留了下來(lái)，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(duì)待細(xì)節(jié)一絲不茍的態(tài)度，至今仍然影響著王田天的教學(xué)理念。在科研之外，王田天把人才培養(yǎng)作為他未來(lái)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(dāng)導(dǎo)師帶學(xué)生的時(shí)間不到4年，談不上有很多心得，對(duì)于教育學(xué)生的方法也還在慢慢摸索，但李椿萱院士永遠(yuǎn)是他學(xué)習(xí)的榜樣。

課題組合影

除此之外，王田天一直把學(xué)生當(dāng)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(huì)的知識(shí)可以去學(xué)，總有學(xué)會(huì)的一天，但如果學(xué)生不想學(xué)，那就永遠(yuǎn)沒(méi)有學(xué)會(huì)的那一天。如果能看到學(xué)生在論文發(fā)表、科研技能以及全國(guó)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(lái)

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

早在2019年9月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》（下稱《綱要》），《綱要》指出到2035年，我國(guó)將基本建成交通強(qiáng)國(guó)，并明確提出了合理統(tǒng)籌安排時(shí)速600公里級(jí)高速磁懸浮系統(tǒng)、時(shí)速400公里級(jí)高速輪軌（含可變軌距）客運(yùn)列車系統(tǒng)、低真空管（隧）道高速列車等技術(shù)儲(chǔ)備的研發(fā)。在王田天看來(lái)，我國(guó)在軌道車輛空氣動(dòng)力學(xué)的研究上，已經(jīng)做到了引領(lǐng)國(guó)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(dòng)外形設(shè)計(jì)、行車舒適性與綠色環(huán)保這些方向。

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