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冬奥会手持火炬航天“芯”研制纪实
2022-02-04 17:41   来源:人民网  作者:付毅飞

  2月2日上午,北京2022年冬奥会火炬接力启动仪式在京举行。中国航天科技集团六院北京11所的科研人员们热血沸腾,心潮澎湃。回顾手持火炬内核燃烧系统的研制历程,一个个灯火通明的夜晚,一场场摸索改进的试验,一条条精心计算的数据,一张张反复打磨的图纸……一切都历历在目。

  北京11所承担了冬奥会手持火炬燃烧系统的内核技术。“我们牵头申报的‘冬奥会手持火炬关键技术系统’项目已在科技部立项,完成了主要考核节点的考核,通过了专家验收。”党委书记李晓峰说,“技术硬实力带来产品高可靠性,一定能在后续传递中有精彩的表现。”

  北京11所具有深厚的氢能利用基础和成熟的氢能应用技术,承担着我国航天运载器的“心脏”——氢氧火箭发动机的研究设计工作,其研制多种用于运载火箭的氢氧发动机已经成功助推长征三号、长征五号、长征五号B、长征七号甲、长征八号系列运载火箭飞向太空。氢气作为燃料,具有环保、燃烧性能好、低温适应性好等特性。

  本届冬奥会手持火炬“飞扬”正是以氢气为燃料,这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。为此,北京11所研制团队花了2年时间,攻克了一个又一个难关,才有了“飞扬”的高技术内核。“时间紧任务重,弹指团队协同攻关,攻克了薄弱环节,体现出了航天人的科技实力。”六院院长王万军说。

  虽然氢能源有诸多优点,但也存在易爆炸、易泄漏、泄漏时因无色无味不易被发现等缺点,要确保实现5分钟稳定燃烧,对技术性的要求非常高。契合火炬外形,“飞扬”采用了配套的高压储氢方案。“飞扬”内核燃烧系统由三部分组成,从底部到顶部分别是气瓶、控氢阀和燃烧器。其中控氢阀和燃烧器均由北京11所攻关研制。

  控氢阀是安装在气瓶口的组合阀门,其作用主要是将气瓶内的高压氢气减压稳压到常规出口压力。为了契合冬奥会手持火炬曲面外壳设计,在内部空间十分有限的情况下,项目团队成员郑晓东、丁英仁、王新成等对控氢阀做了大胆的创新,采用了微型的轻量化技术,对其进行了“瘦身”,以便腾出空间给氢气瓶确保火焰的大流量,同时实现了该轻的地方轻,该重的地方重,该承受力的地方结实。在压力提升20%的情况下,阀门长度从最初的162毫米降至110毫米,重量减轻至290克,重量仅相当于一袋牛奶。

  火炬能在各种环境下燃烧,离不开燃烧器。在设计时,不但要满足“飞扬”复杂曲面特征的结构要求,还要在出口处做出创新设计,实现焰色的可视性,让火焰显示出颜色。韩宗捷、李泓达等团队成员为了实现火焰着色,尝试了很多方法,甚至在家里煤气灶上做起了文章,这才有了现在稳定可视的火炬火焰。

  为了高安全性、高稳定性,研制团队对整个燃烧系统进行了300多次可靠性试验,使得火炬通过了在极寒环境、十级狂风、雨雪天气等情况下的测试。所以现在“飞扬”拥有了钢筋铁骨,不惧任何环境。

  “作为‘国家队’成员,只要国家需要,我们一定会挺身而出。”北京11所所长岳文龙说,“为了实现手持火炬的燃烧系统技术,我们拿出了完成国家重大航天工程任务确保不带任何隐患上天的劲头,和航天人严慎细实的工作作风。”

  (中国航天科技集团六院北京11所供图)


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