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圣火灵动燃烧惊艳全球,陕西科技创新担当

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发布时间:2022-02-06 19:02 来源:陕西发布 浏览数:

24日,2022年北京冬奥会

在万众期盼中盛大开幕。

随着奥运圣火在鸟巢内传递,

迎来了最令人期待也引发了

无数遐想点燃主火炬的环节。

最后一棒两名火炬手健步跑向火炬塔,

庞大的主火炬宛如一片巨型

雪花通过灵巧旋转升降,

脱离火炬塔飞向夜空,

出乎所有人的意料。

“这次开幕式最大的创新是点火方式和火炬台设计,可谓百年奥运史上前所未有:将熊熊燃烧的奥运之火,幻化成雪花般圣洁、灵动的小火苗,这一创意来自低碳环保理念。”北京2022年冬奥会开幕式总导演张艺谋在接受媒体采访时说。

奥运之火既要灵动持久地燃烧,

又要体现低碳环保的理念,

圣火“飞扬”惊艳全场的背后,

是陕西“智造”!

据了解,

圣火“飞扬”除外观之外,

所有系统的设计和制造

都是由位于陕西的

航天科技集团公司第六研究院

火炬研制团队完成的。

作为“液体动力国家队”一员,

他们用心血将梦想变为现实,

将航天精神传承发扬。

据航天科技集团六院专家介绍,为适应奥运火炬绿色环保、清洁的发展趋势以及科技奥运的发展方向,这次采用的是高压储氢火炬,也是世界首套高压储氢火炬,首次实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放。

202079日,火炬原理样机首次组合为一体,试火成功,标志着以航天科技集团公司第六研究院101所和11所(京)联合开展的冬奥会手持氢燃料火炬工程化研制的正式开始,也意味着冬奥会圣火将拥有一颗绿色能源“心脏”,这颗“心脏”包括氢燃料储存装置、燃烧装置、减压装置三部分,其中101所主要负责体现火炬特色的氢燃料储存核心装置的研制,并且为了这颗“心脏”正常搏动且万无一失,101所创新提出对氢燃料火炬与特性测试方法进行试验研究,以验证火炬的可靠性等特性,并设计搭建手持火炬综合试验系统模拟风、雨、雪、低气温、高海拔、高湿度等气候条件及运动模拟装置,以全覆盖模拟火炬传递过程中的各种极端运动状态。

历届冬奥会还没有成功使用

氢气作为火炬燃料的先例


氢气绿色、环保、无污染,但易燃、易爆、易泄漏,就像一匹“小野马”总是让人敬而远之,历届冬奥会还没有成功使用氢气作为火炬燃料的先例。

研制团队接到任务后,丝毫不敢怠慢,收集了近一个世纪的历届冬奥会火炬的相关情况,借鉴各国的成功经验,经过比较分析,确定了氢燃料火炬原理样机的技术方案,经不懈努力,202079日这天,原理样机研制成功,项目研制团队心底的那团圣火烧得更旺了。

饱含着美好寓意的火炬造型

给火炬燃烧系统带来前所未有的难题

氢燃料火炬原理样机研制成功后,在随后的几次测试中,无论是火焰的形状,还是气瓶的可靠性、安全性都得到了初步的验证。冬奥会火炬外形设计最终定稿,火炬的内外飘带,如丝带飘舞,旋转上升,最后呈现为飞扬的火焰。而这样饱含着美好寓意的火炬造型,却给火炬燃烧系统带来了前所未有的难题。火炬内外飘带的造型,使得储氢气瓶不可能像外形一样上粗下细,若减少储氢气瓶尺寸必然不能满足氢气的燃烧用量。想着之前的努力都要白费了,项目研制成员有人深深的叹了一口气,愣愣地看着圣火“飞扬”的造型出了神。

“我们可以做一节大的储氢气瓶再连接一个小的”。

“不行不行,连接结构也占空间,根本没节约出多少尺寸”。

研发讨论会上,团队成员你一言我一语,激烈地讨论了起来,刚刚阴沉的气氛很快就被一扫而空,每个人都出谋划策。经讨论,大家很快达成一致意见,决定缩小储氢气瓶的尺寸,提高设计压力,而这也意味着有无数个未知和难关等待研制团队去发现和攻破。

储氢气瓶设计从一开始的35MPa560ml42MPa350ml,仅仅两个数据的更改,就让研制团队付出了巨大的心血。研制团队通过大量计算,最后确定缠绕层结构,设计选用高强度铝内胆T800型碳纤维缠绕气瓶。

难题攻克

氢燃料手持火炬在10级强风、

零下40℃低温、暴雨、5000米高海拔等环境下

燃烧状态十分稳定


为了确保项目进度和手持火炬的可靠性,在初步设计完成后,研制团队对手持火炬开展了综合性能试验研究,全覆盖、全方位对手持火炬试验进行科学设计,搭建综合试验台,舱内可以模拟高海拔、高湿度状态,外部可以模拟大风、大雨、大雪等气候条件,同时为了手持火炬在各种运动状态下保证稳定燃烧,有良好的可拍摄性能,研制团队还进行了旋转、倒置、摇摆等多种运动状态的模拟。由于研制周期紧、要给批产让出时间,每一次试验,研制团队都要倒排计划,仅在20216月至7月这短短两个月的时间里,研制团队就完成手持火炬可靠性试验300余次,完成充放气、耐压等各类性能测试千余次。

在冬奥手持火炬关键技术研制验收会上,研制团队向奥组委及科技部领导展示了手持火炬的静态燃烧及动态燃烧,以及在极端状态下的燃烧状态。氢燃料手持火炬在10级强风、零下40℃低温、暴雨、和5000米高海拔等环境下的燃烧状态都十分稳定,领导和专家们都报以了热烈的掌声。位于陕西的航天科技集团公司第六研究院101所也成为唯一一家冬奥组委指定的北京2022年冬奥会和冬残奥会氢燃料火炬产品鉴定与综合试验基地。

从高压储氢的设计、加工、制造,再到检验和标准全产业链全部打通,陕西科技实现了氢气作为冬奥火炬燃料的世界首创,成为国家氢能应用推广的一张闪亮名片。

虽然不是冬奥会参赛选手,但是作为冬奥会火炬项目研发团队的成员,他们是当之无愧的科技担当,为北京冬奥会描摹上一抹亮丽的航天蓝。

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