北京冬奥会火炬“飞扬”如何研制？用造火箭的技术！

北京冬奥会举世瞩目

科技和绿色两大主题

贯穿其中

火炬

是最具冬奥特征的标志之一

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”

来吧，一起了解火炬“飞扬”

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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。

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。

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。

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”

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。

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？

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？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的部件，是决定火焰美妙形态的关键部件。

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

最终选定火炬火焰颜色

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。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”

来源：央视军事综合CCTV-13《朝闻天下》、北京冬奥组委等

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监制丨刘一鸣

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