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北京冬奥会火炬“飞扬”如何研制?用造火箭的技术!

时间:2022-02-28

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导语:必威体育官网下载 “飞扬”是北京冬奥会使用的手持式火炬名称,它采用氢气作为燃料,是世界首套高压储氢火炬,实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放。

  北京冬奥会举世瞩目

  科技和绿色两大主题

  贯穿其中

  火炬

必威体育官网下载  是最具冬奥特征的标志之一

必威体育官网下载  你们知道冬奥会火炬

  采用了哪些高科技

  又是如何研制生产的吗?

  先透露个“小秘密”

  航天科工人采用造火箭的技术

  研制了冬奥会火炬

  还实现了“零排放”

必威体育官网下载  来吧,一起了解火炬“飞扬”

必威体育官网下载  用航天的设计理念‍

  设计北京冬奥会火炬

  “飞扬”是北京冬奥会使用的手持式火炬名称,它采用氢气作为燃料,是世界首套高压储氢火炬,实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放。

  

火炬.jpg

必威体育官网下载  航天科技集团六院101所承担了“飞扬”的研制任务。所长王成刚介绍,氢气绿色环保,但易燃、易爆、易泄漏,以往历届冬奥会还没有成功使用氢气作为火炬燃料的先例。

  为了能让北京冬奥会火炬“飞扬”顺利使用氢气,科研人员将存储在火炬气瓶里的氢气由42兆帕高压状态减至常压状态,这是航天的专有技术。

必威体育官网下载  此外,科研人员还大胆创新,在火炬内部空间十分有限的情况下,采用了针对性设计和轻量化技术,对整套燃烧系统进行了“瘦身”,腾出空间确保有足够的燃料储存量。

  为了确保火炬燃烧过程的高可靠性,科研人员在设计时对强度留有几倍的安全余量,完全采用航天可靠性理念做试验。

必威体育官网下载  冬奥火炬项目控氢阀技术负责人郑晓东说:“跟我们去搞(火箭)发动机有点像了,该有的功能、该有的安全性一个都不能少。”

  模拟强风低温高海拔!

  探访航天科技集团的“冬奥火炬基地”

必威体育官网下载  用造火箭的技术造火炬,很是新鲜,但这样研制出来的火炬可靠吗?其实,这个忧虑大可不必!

  航天科技集团六院专门为火炬“飞扬”搭建了试验基地。

  冬奥火炬基地.gif


  冬奥会手持火炬在传递期间可能会遭遇极端天气,为了让火炬在面对恶劣环境时依然能够保持稳定,科研人员模拟了大风、大雨、低温等多种特殊气候环境,进行了300多次的各种工况的试验,最终保证了火炬的高可靠性。

必威体育官网下载  科研人员介绍,火炬在测试过程中,技术指标只要满足8级风就可以,他们测试的极限做到了10级大风。海拔条件测试要求是4000米,测试时实际到了5000米。

  除此之外,试验还进行了火炬手恶劣气候条件下的运动模拟,火炬传递过程中的各种运动状态模拟。

  经过千锤百炼,北京冬奥会火炬“飞扬”在10级强风、-40℃低温、暴雨以及5000米高海拔等环境下的燃烧状态都十分稳定。

  即使这样,在每支火炬出厂前,科研人员还会进行一个10秒的验证,确保火炬性能稳定。所以,在这次冬奥会火炬传递过程中,“飞扬”得到了完美展现。

  如何为火焰塑形?

必威体育官网下载  冬奥会火炬火焰飘逸灵动全靠它

  经过严苛的极端试验,保证了火炬“飞扬”的可靠性,但是如何让火焰的造型更加优美呢?

必威体育官网下载  科研人员介绍,储氢罐的压力很大,点燃后火焰会像火箭发动机喷射出的尾焰形态一样猛烈,既不安全还缺乏火焰燃烧的飘逸美感。

  奥运火炬燃烧出的火焰需要有特定的高度和形态,才能保证流动飘逸的美感。而安装在气瓶口的组合阀门——控氢阀中有一个叫做减压阀必威体育官网下载的部件,是决定火焰美妙形态的关键部件。

必威体育官网下载  科研人员说,控氢阀可以将氢气的压力从42兆帕高压转化为约1000帕的低压,有效控制了火焰燃烧的范围,而飘动的造型就需要火炬中的燃烧器来完成。至于阶梯状的火焰,中间要高一点,最终是采用3D打印出来的造型(构件)实现。

  从几十种颜色中

必威体育官网下载  最终选定火炬火焰颜色

必威体育官网下载  火炬“飞扬”的可靠性和火焰完美造型都解决了,火焰上色成为最后需要解决的问题。

  氢气在空气中燃烧呈现出淡蓝色火焰,在自然环境下几乎无法用肉眼看到。为了实现火焰的可视性,科研人员千方百计寻找让火焰显示颜色的方法。

  科研人员说,有些原理性的知识都知道,但还是要做测试,于是就在家里煤气灶上做起了试验,找各种各样的着色方法,验证了原理上是靠谱的。

  通过一遍遍的试验,科研人员研制出几十种火焰颜色,经过大量对比之后,最终选定了我们现在看到的偏黄一点的火炬火焰颜色。

必威体育官网下载  确定火焰颜色之后,科研人员将显色剂涂装到火炬喷口表面,确保火炬点燃后火焰颜色鲜艳明亮。

  航天科技助力冬奥

  让火炬美美“飞扬”

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