【2018联队长说高铁7】法国高铁的发家史

【标准开头】论高铁的现有定义: 

中国指新建设计开行250~350km/h动车组列车，初期运营速度至少200km/h的客运专线线路。  国际铁路联盟UIC认为高铁的定义相当广泛，包括高铁领域下的众多系统。欧洲把旧线改造时速达到200公里、新建时速达到250~300公里的定为高速铁路；1985年联合国欧洲经济委员会（是官方组织）在日内瓦签署的《国际铁路干线协议》规定：新建客货运列车混用型高速铁路时速为250公里以上，新建客运列车专用型高速铁路时速为350公里以上。    

日本作为世界上最早开始发展高速铁路的国家，日本政府在1970年发布第71号法令，为制定全国新干线铁路发展的法律，对高速铁路的定义是，凡一条铁路的主要区段，列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者，可以称为高速铁路。  中国标准高于最早的欧洲标准，而低于后来的欧洲标准，属于中等标准，是发展中国家的高铁标准。 

美国标准：美国联邦铁路管理局曾对高速铁路定义为最高营运速度高于145公里/小时（90 mph）的铁路，但从社会大众的角度，“高速铁路”一词在美国通常会被用来指营运速度高于160公里/小时的铁路服务，这是因为在当地除了阿西乐快线（最高速度240公里/小时）以外并没有其他营运速度高于128公里/小时（80mph）的铁路客运服务。

法国LGV路网：（此前专栏中的TGV路网已经过时）

插播一条消息：

下面的这张照片摄于1964年10月1日，在这一天（东京奥运会开幕于1964年10月10日）东海道新干线开通了。新干线的开通让法国人大受刺激，从此加快了发展高速铁路的热情。TGV列车开行的那天起，高卢雄鸡至今都没有给东洋人在高铁运营速度上超过自己的机会。

作为后起之秀的法国高铁

法国于1937年开通了首条铁路：长12英里的巴黎-乐佩克铁路，但是前高铁时代的铁路发展（指蒸汽机车和内燃机车时代）基本上是英国，德国和美国在能量输出，我们很少见到法国在这个时期的优秀产品。1955年，拿破仑三世乘坐“普兰顿号”蒸汽机车从马赛去巴黎，火车平均时速达到100km，该纪录保持到20世纪20年代。由于缺乏创新意识，法国铁路直到20世纪50年代才开始有大的进步。

二战以前，法国原有的6家铁路公司遭受遭受一战和经济大萧条的重大打击，发展能力大幅减弱。法国打算引进美国的直流电气化技术等来发重新发展本国铁路。1938年，SNCF法国国营铁路公司成立。紧接的二战摧毁了法国40%的机车。战后，法国又打算在发展铁路方面抱美国大腿。

然而，作为泱泱大国，不自力更生，铁路的发展何来“长远”之说？

二战结束后，有法国人喊出了“独立自主”的口号，要像发展独立核力量、独立的防空力量那样发展自己的铁路系统。这部分人包括路易斯·阿曼德（Louis Armand），马塞尔·伽罗（Marcel Garreau），费尔南多·努维（Fernand Nouvion），这三个人是“法国铁路三杰”。其中路易斯·阿曼德在二战期间就加入了法国抵抗组织，战后在1949年担任法国铁路公司的总经理。而马塞尔·伽罗和费尔南多·努维都是法国电力机车研发部门的主管。他们三人都有一个共同的目标，就是在法国铁路上推行交流电气化技术。因为实践证明，这种交流电气化技术要比直流电气化技术更加先进，也是未来的发展方向。

人类在进入高铁时代（1964.10.1东海道新干线开通日后为人类的高铁时代）之前的最后一项速度世界纪录，就是由法国电力机车创造的。路易斯·阿曼德等人的努力没有白费，1950年代的两次电力机车速度试验，让人们看到了电力牵引的巨大潜力。

1954年，CC7212型电力机车满载着货物，一路狂奔，创造了时速243km/h的速度记录（一举打破了德国DB Class 05002蒸汽机车此前的200.4km/h极速和德国“齐柏林号”快车的230.2km/h极速记录）；1955年3月28日，在法国波尔多南部的铁路干线上，CC7107和BB9004型电力机车再次打破了火车速度的世界纪录，其中CC7107型机车速度突破了320km/h，而BB9004型机车则达到了331km/h的最高纪录。

然而，这两项世界纪录只是试验速度，不能用于安全载客运营，因为在试验过程中，由于速度过快，电力机车上部的受电弓（通过受电弓才能从电力线上获取电能）被巨大的摩擦力产生的高温烧得通红，而机车车身也由于速度太快而几乎脱轨。后来，科技人员经过努力，针对脱轨问题进行了技术攻关，研发成功车辆阻偏器，保证了火车车辆能够安全高速运行。

上世纪六十年代，法国铁路公司在着手研发高速列车的同时，也在既有铁路上开始实施提速试验，选中的试验线就是巴黎至图卢兹铁路。1966年，法国交通部长埃德加·皮萨尼（Edgard Pisani）通过咨询和征求工程师的意见之后，责成SNCF在12个月的时间内，将目前的火车速度提升到200km/h。这就是法国实施既有线大提速的开始。

要想把火车速度提升上一个台阶，要改造线下基础工程之外和车辆，同时信号显示系统和列车控制系统都要与普通铁路完全不同。经过一系列科技攻关，1967年在巴黎至图卢兹线路上，SNCF开始提供200km/h的快车服务，这趟快车叫“卡皮托利号”（Le Capitole），通过Class BB 9200型电力机车牵引运行。

和德国磁悬浮列车一样遭到淘汰的产品：法国“飞行无轨列车”

德国人在研发高速列车的时候没少动脑筋，他们曾经研发了TR常导超高速磁悬浮列车（【联队长说高铁6】）。但是，德国的磁悬浮列车由于成本高昂，对客流量预计不明确，在ICE面前缺乏竞争力，发生过重大事故，现已经被历史淘汰。

（据2017年秋德国媒体报道，在德国制造的最后一辆磁悬浮列车TR09已正式“退休”。2016年11月，“磁悬浮列车之父”——Hermann Kemper的曾外孙Wolfgang Kühnl，以200001欧元竞拍到这辆列车，计划把它打造成博物馆和会议中心。如今我们可以在德国Lathen一睹磁悬浮列车的威武。十余年前，巴伐利亚州计划在慕尼黑机场和火车站之间建立磁悬浮列车高速城市轨道交通，如成功，乘客往返慕尼黑机场和火车站只需要10分钟。2006年9月22日，德国磁悬浮列车遭到历史上第一次致命的重大事故。当时，TR08号磁悬浮列车载着31名乘客出发试运行，以160公里的时速撞上了轨道上的工程车，造成23人死亡，10人重伤。曾经有500万人到Lathen想要尝试乘坐高科技列车的盛况不复存在，磁悬浮的盛名毁于一旦，很快，Siemens, Thyssen两大公司撤出合作。慕尼黑火车站到机场的高速磁悬浮项目于2008年被终结。2011年联邦政府也停止了援助，从这个项目开始实施，所有的建造、工厂、技术支持等共花费了纳税人14亿欧元。）

法国人和德国人一样，在研发高速列车的时候也有过神奇的点子。当时面对日新月异的航空领域，有人就想采用拿来主义，把航空新技术用在火车提速上面，由此产生了法国曾经轰动一时的新型交通工具——飞行无轨列车，简称“飞行列车”。这种新型列车从诞生到被遗弃，存在并发展了十几年。从1965年问世，到1977年彻底被抛弃，在这短短的11年里，飞行列车创造了很多个速度记录。可惜的是，这类高速列车一直处于试验状态，没有发展成实用的新型交通工具。

事实上，德国的克鲁肯贝格就曾在上世纪早期大胆研发装有航空发动机的准高速列车“齐柏林号”，而飞行列车就相当于“齐柏林号”的加强版。它在法国出现完全是被日本新干线刺激的结果。当1964年Tokaido Shinkansen开通之后，一直埋头进行技术研发的法国突然发现，自己擅长的高铁技术领域竟然被别人捷足先登了；此时法国科学家兼发明家吉恩·伯廷不失时宜地提出了他的“飞行无轨列车”方案，这刚好击中法国政府的软肋。在法国政府的大力支持下，吉恩·伯廷带领他的科研团队刻苦攻关，不断进行试验，先后研制了四款不同的试验模型车，创造了好几项速度记录，让法国政府稍稍挣回了一点面子。

“飞行无轨列车”的问世，是吉恩·伯廷从气垫船原理中获得的灵感。他认为，如果对火车加以改造，安装航空发动机，让火车像气垫船一样悬浮在单轨铁路上飘行，是一个可行的办法。火车只需要克服空气阻力就能高速运行，一旦成功，将是划时代的运输革命。

伯廷在此之前也是研发气垫船的科学家，有这个思路是水到渠成的结果。他设想的这个高速列车，与今天的磁悬浮列车差不多，但是技术要远比磁悬浮简单，造价也比磁悬浮低，按说是一个很有前途的技术发展方向。遗憾的是，这种高速列车还是半途而废了。

吉恩·伯廷与他的研发团队先后研制了4台“飞行列车”的样车，其中“飞行列车01号”只是原尺寸1/2的模型车，安装一台260马力飞机发动机，驱动一副三叶变距螺旋桨，产生推进动力，后来发动机又换成了法国航空动力巨头特博梅卡公司生产的马布尔涡轮喷气发动机。飞行列车的悬浮升力由两个风扇产生的压缩气体提供，每个风扇由一台50马力雷诺发动机驱动。“飞行列车01号”可以搭载4名乘客和2名驾驶员，容量很小，属于试验性质。

“飞行列车02号”也是缩小比例的模型车，只能容纳两名驾驶员，不能搭载乘客，车上安装有一台美国“普拉特-惠特尼”公司生产的JT12型涡轮喷气发动机。

“飞行列车S44”属于全尺寸的试验车，安装一台轴流式航空发动机作为推进动力，行驶速度可达200km/h，这辆列车原准备用于城郊长途客运服务以及旅客从城市中心区到机场的快速交通换乘，但是最终未果。

“飞行列车I80”也属于全尺寸试验车，采用两台“特博梅卡”公司1610马力特莫III E3涡轮轴发动机提供动力，带动一台涵道式7叶变距螺旋桨，进而产生推动力。另外还有一台“特博梅卡”公司生产的特马萨佐14涡轴发动机，用来驱动空气压缩机组为列车提供悬浮升力。这台列车全长25.6米，宽3.2米，高3.3米，自重11.25吨，内部设有80个乘客坐席，准备用于城际轨道运输服务，最高速度可达每小时250km/h。“飞行列车”I80采用非常特别的刹车系统，通过改变推进螺旋桨的桨距实现负推力，这与飞机发动机上的反推力装置原理一样，紧急情况下，也可以使用中央轨道上的摩擦式机械刹车装置，帮助列车快速减速。

后来，“飞行列车”被重新改进，列车的顶部安装了美国“普拉特-惠特尼”公司生产的JT8D型涡轮风扇发动机，改进后的列车最高时速可达350km/h，被重新命名为“飞行列车I-80 HV”。1974年3月5日，“飞行列车I-80HV”创造了一项速度纪录，平均时速达到了417km/h，瞬时最高速度达到了430.4km/h。可惜的是，再高的速度也回天乏力了。

飞行列车在被法国TGV完全替代之前，确实风光了一把，但是为何半途夭折？这里面有多种原因，总结起来有以下四条：首先：飞行列车采用航空发动机进行驱动，发动机运转发出的噪音太大，伯廷领导的研发小组一直没有找到有效的解决办法。乘客在震耳欲聋的轰鸣声中乘车，肯定谈不上舒服。

其次：飞行列车采用单轨铁路，车身外形与走行部位和普通的火车差别太大，这是一种全新的运输系统，与运营了上百年的铁路线路不兼容。为了使用飞行列车，先必须修建配套的单轨铁路，这就造成飞行列车的前期投入费用非常巨大，政府资金不足，无法继续支持该项目。由于不能与既有的铁路网衔接，也限制了飞行列车的使用范围。

第三个原因，也是最致命的原因，就是一种比飞行列车更加先进的高速列车已经在法国崭露头角，这就是TGV高速列车。TGV最具杀伤力的优势包括：采用交流传动电力牵引，噪音小，环保无污染，舒适性好；TGV既可以运行在现有的铁路上面，也可以运行在专用的客运专线上面，这就极大地增加了TGV的兼容性。

第四个原因，一直强力推行飞行列车的科学家吉恩·伯廷去世，这个试验项目失去了最得力的靠山，树倒猢狲散，项目最终被政府停止。

燃气轮机技术和TGV001高速列车

到了20世纪50年代，燃气轮机技术已经很成熟了。在电力机车出现以前，法国就打算像瑞士那样研制内燃机火车。1952年，法国雷诺公司向SNCF提供了一辆试验性质的1150马力的燃气轮机火车（不属于高速火车）。1959年，该车由4轴变为6轴，牵引动力提升到2400马力。但由于性能不完善，加上缺乏研制热情，雷诺公司后来退出了铁路行业。

燃气轮机火车和飞行列车是平行发展的，SNCF的“C03”号研究课题“铁路新基础的可行性研究”项目产生了著名的TGV001列车。TGV001是在20世纪70年代由阿尔斯通公司研制的高速列车。TGV001解决了很多技术难题，包括车辆动力学，航空动力学，牵引方式，制动方式，信号系统等方面。TGV001有2辆动车和3辆拖车，通过铰接方式连接，形成所谓的“高速动车组”。每辆动车上装有两个用于大黄蜂超级直升机上的驱动马达，为列车提供牵引力。

TGV001号列车由法国设计师雅克·库珀设计，该车的设计结合了他自己的思考加上法国保时捷的设计。雅克·库珀1931年生于法国尚蒂伊，从小对火车感兴趣。1947年进入法国布勒设计学校学习工业设计。1953年起为美国设计大师雷蒙德·洛伊效力，主要进行汽车设计。1968年雅克·库珀加入SNCF，他受命设计一款不像火车的火车-TGV001，并最终成功了。

TGV001号列车在1972年12月8日的测试中开出318km/h速度纪录，平均速度超过300km。SNCF还打算研发第二代燃气轮机高速列车，但终因1973年石油危机的爆发而放弃。TGV001则一路等到了TGV PSE的正式运营。

Zébulon电力动车组和TGV的试车

石油危机爆发时的TGV高速列车还没有采用电动机。法国在1974年4月转向研发出Z7001试验性电力动车组，外号Zébulon（泽布伦）。Zébulon是在此前报废的Z7115电力火车基础上改进的。Zébulon是TGV投入商业运营之前的产物，在20多个月的试验运行中，该车运行了1000000km,包括以时速300km运行25000km,最高试验速度309km/h。Zébulon的成功说明C03高速列车研究计划还能继续。1976年，法国政府加大了高速列车TGV的研发经费。

Zébulon动车的轴距很长，动车车辆底部分散安装驱动马达；采用涡流制动技术，比空气制动更佳；受电弓设计优化；非气动悬架装置。

有了法国政府的支持，雅克·库珀和各路设计师也全身心投入TGV的内部设计。TGV的关键技术难关-减震 也一度难倒了法国人，这使法国高速新线的开通推迟了一会儿。设计人员最终的方案是在动车底盘第一悬挂系统中添加橡胶块。

1981年2月26日，新研制的TGV列车还在进行试车，这一天，它开出了380.4km/h的极速。此后一个月，TGV又经历了15000多项改进，保证万无一失。

1981年，法国TGV东南线开通，开行TGV PSE高速列车，吹响了欧洲高铁商业运营的号角。

特别的铰接式转向架

TGV采用的铰接式转向架使相邻车厢之间以半刚性横向机械连接，使列车成为一个坚固的整体，降低整车重量。铰接式转向架，采用相互铰接的1根枕梁和2根侧梁组成构架。这使得车辆的重量经过侧梁被均匀地分布在一系弹簧装置上，进而解决抗扭刚度和抗扭柔度在设计上的冲突，避免车辆受到轨道扭曲的影响，防止脱轨事故的发生和提高安全性能。电机吊挂在转向架枕梁下方，纵向侧梁的前、后端分别固定连接在轮对的轴箱体上。

铰接式转向架可以保证列车在有砟轨道上运行时不会造成飞砟，还能在列车脱轨时列车保持顺直状态而不会扭成麻花。1992年12月14日，法国东南线上由TGV R担当的开往巴黎的TGV920次列车在以时速270km准备通过马孔·罗谢车站时3号和4号车厢之间的转向架脱轨(据说是由于列车此前的紧急制动导致脱轨)。司机采取紧急制动措施，列车继续行驶2500米，在越站200米后安全听了下来( 与之对比的是德国ICE884次列车以时速200km脱轨时的惨状)。脱轨的转向架带起的道砟击中了车站内的TGV970次列车，造成11人受伤。事故发生原因是TGV920次列车车轮“抱死闸”，列车防滑器异常(司机却得不到信息)。该事故也说明了绞接式转向架的作用。

TGV还有两项特殊设计。在列车紧急制动或发生碰撞时，车体底盘会自动降低，列车重心下降，贴紧轨道；列车车厢底盘在列车加速时加长，列车减速或发生碰撞事故时车厢底盘会缩短，由此吸收列车的动能，避免翻车。

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