“飛揚”!中國制造!奧運史上首次實現機器人水下火炬傳遞
軍工資源網 2022年02月06日2月2日,北京2022年冬奧會火炬接力活動開啟?;鹁媸指咔娴摹帮w揚”火炬,其主體由銀白色外飄帶和紅色內飄帶組合而成,位于中部的奧運五環標志鮮艷醒目,火焰從兩條飄帶之間的縫隙盤旋而上,在頂部匯聚、熾烈燃燒。祥云紋樣“打底”,逐漸過渡到剪紙風格的雪花圖案,如絲帶飄舞?!帮w揚”與北京2008年奧運會開幕式主火炬塔形態遙相呼應,再次點燃“雙奧之城”的奧運熱情。
上午10時許,陽光燦爛,火炬傳遞在北京奧林匹克森林公園進行。第89棒火炬手、中國石油化工集團有限公司冬奧辦主任張征激動地與同樣是火炬手的同事呂錦葉做出點贊的手勢?!澳闷鹱约号c團隊齊力攻關、實現量產的火炬,我感到很親切,強烈的使命感、責任感激勵我們在崗位上繼續擔當作為。”張征說。
2020年9月,“飛揚”火炬外觀設計方案正式出爐。內置氫燃燒的溫度可達650攝氏度,火炬外殼如何經受住“冰與火”的考驗,保證“不燙手”、輕便易拿?這個難題曾經困擾中國石化有關負責團隊數月。
“我們看到3D打印出的火炬樣品時,其曲面形狀復雜、性能要求極高,團隊都有點蒙?!睆堈鹘榻B,經過反復論證,團隊決定選擇使用碳纖維這種力學性能優異的“黃金新材料”,其密度是鋼的四分之一,強度卻是鋼的7到9倍。此外,團隊還引入高性能樹脂與基礎碳纖維制成復合材料,以適應高溫環境。
有了碳纖維復合材料,技術人員又抓緊攻關三維編織技術,為外殼最終塑形。經三維立體編織,包含著12000根碳纖維絲的一束束黑色絲束,就像“織毛衣”般織成外殼,沒有任何接縫與孔隙,整體造型便渾然一體。“我們把火炬上半段燃燒端在1000攝氏度以上高溫中進行陶瓷化處理,通過工藝調整,有效解決了在高溫制備過程中外殼起泡、開裂等問題,達到既耐低溫又耐燃燒的要求,還能更輕盈、更堅固、更美觀?!睆堈鞲嬖V記者。
邊對接、邊驗收、邊量產,從火炬內外飄帶各部件的外形,到氫氣瓶樣件、控氫閥、燃燒效果,再到火種燈外觀、操作便捷性,團隊不斷完善工藝,2022年1月完成本屆冬奧1200支火炬的量產任務。
寒風凜冽的天氣、動態顛簸的傳遞,輕巧的“飛揚”如何能夠穩定、持續地燃燒呢?中國航天科技集團有限公司高級工程師韓宗捷介紹,火炬內置的氫能燃燒系統是關鍵,它包括高壓儲氫容器、大減壓比供氫系統以及氫燃燒裝置3個部分。與常規合金儲氫技術相比,火炬采用的高壓儲氫技術確保氫氣在低溫環境中從儲氫容器里面穩定釋放;鈍體穩燃技術則把火焰根部在曲面保護起來,避免受到外界風雪的影響。
為保證火炬里的燃料夠用、安全,研發團隊還將包括減壓閥、儲氫罐等在內的內置燃燒系統外形進行小型化設計,縮小三分之一的尺寸,并研發氫氣減壓技術,做到高達幾百倍的大比例減壓。因為氫在日常條件下燃燒時完全透明,火炬采用焰色反應劑進行“著色”,使效果接近真實的火焰,釋放熱烈、美麗的光彩。
“經過測試,‘飛揚’在10級強風、零下40攝氏度低溫、暴雨,以及5000米高海拔等環境的燃燒狀態均很穩定,這就是我們中國制造的高端水平。”韓宗捷說。
當天下午,奧運史上首次機器人與機器人之間在水下的火炬傳遞在北京冬奧公園水下完成。這款世界上第一支可以在水下清潔燃燒的氣態燃料火炬,是中國航天科工集團為本屆冬奧會特別研制的一款水下火炬。
據介紹,氣體燃料在水下燃燒需要同時克服水壓和水流擾動的影響。研發人員利用新型燃燒組織結構和氣動旋流火焰保護等一系列技術,燃燒器采用燃料和氧化劑的多層噴注設計,火焰中心通過預混燃燒提高火焰溫度,火焰周圍采用類似航空發動機氣膜式熱防護的方法形成“保護罩”。此外,研發人員還通過一系列控制機構和程序實現了與機器人的集成和自動控制,達到火炬對接的精準度和穩定性要求,解決“水下傳火”技術難題。