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纺织科技助攻冬奥会上演中国式浪漫
发布时间:2022-05-30 13:15:46 来源:华体会网站 作者:hth华体会app下载

  月4日晚,一场美轮美奂的开幕式拉开了北京冬奥盛会的序幕。很多国内外媒体、观众在观看完开幕式后,对暖场节目的儿童舞蹈、孩子们合唱奥林匹克会歌以及冬奥会的火炬点火方式都表示了无比的赞叹与喜爱。

  其实随着科技的进步,奥运会不仅是一场体育的盛宴,还是一次科技与人文的“融合秀”。纺织科技也结合中国特色,向世界展示了中国式的浪漫。

  旋转上升,犹如丝带舞动飘逸,化作顶端的熊熊火焰……作为历届奥运会中备受关注的元素之一,此次冬奥火炬“飞扬”一经亮相就吸睛无数,它小小的身体里蕴含着满满的科技元素。

  在冬奥会上,火炬的外壳不仅要耐火抗高温,还要能在极寒天气中使用,如何承受“冰与火”的双重考验?奥秘就藏在一种新型材料里:碳纤维 。

  为什么选择碳纤维?冬奥组委给它的第一个评价就是轻而且很牢固,摔不坏,特别是冬季火炬传递的时候天气很冷,传统金属材料手感不好,复合材料可以有效解决这个问题,避免很冰凉的触感。碳纤维的质量只有钢的1/4左右,但是强度是钢的7~9倍。

  中国石化上海石化与核八所一起攻关,引入高性能树脂、与碳纤维一起做成碳纤维复合材料,最后通过工艺调整,把火炬上半段燃烧端在1000℃以上高温中进行陶瓷化,有效解决了在高温制备过程中火炬外壳起泡、开裂等难题,达到了既能够耐温又能够耐火的要求,实现了燃烧温度>800℃氢气燃烧环境下正常使用。

  火炬主要分为三个部分:外飘带、内飘带和氢气燃烧装置。东华大学孙以泽团队作为火炬重要部分外飘带(外壳)的关键制造技术提供方,揭开了“小”火炬背后蕴藏的“大”学问。

  火炬“飞扬”的外飘带造型非常特殊,是一个高维曲面体,对于工程化制造来说是一种极其复杂的异性结构件。孙以泽说最初看到的是一个泥塑火炬作品“飞扬”,那是来源于艺术家的灵感、手工塑造的精品,要完成数字化制造、工业化生产,并且用高科技碳纤维复合材料编织成型,首先要突破的第一道难关就是数学建模,只有数学建模才能高精度地还原和复现美轮美奂的艺术设计作品,使自动化数字制造成为可能。

  为了让碳纤维复合材料在编织过程中“乖乖听话”,同时在工业生产中立体还原外飘带柔美飘逸的感觉,孙以泽带领团队研究控制算法、奇妙机构、变轨技术等,从理论推导到实验验证再到生产实践,反复调试。发明了所谓“偏心”编织的方法,解决了大曲率、变密度编织难题;原创了双机器人协同夹持芯模控制算法,保证大尺寸异形结构件编织在复杂受力状态下的动力学性能最优;研发了单纱张力全流程数字化调控技术,实现了恒张力精确编织;研发了高维曲面自动打磨的技能作业机器人系统。实现了火炬外飘带的三维自动化立体编织和自动化打磨,项目技术不仅填补了国内空白,在国际上也处于领先地位。最终,孙以泽教授团队让火炬“活”了起来,真正呈现出了最好的“飞扬”状态。

  除了内外飘带,冬奥火炬的燃烧装置也大有乾坤!它解决了火焰颜色与稳定性、高压储氢、氢能安全利用等多项技术难题。做到了安全可靠性高,可抗风10级,可在极寒天气中使用,减压比高达几百倍的同时,兼顾了轻量化、小型化的要求。

  北京冬奥开幕式是雪花和冰的故事,火炬和点火仪式也贯穿了这一主题。开幕式最后,写有国家和地区名字的雪花构建成一朵巨大的雪花,成为奥运史上首个含所有参赛国家和地区名字的火炬台。令人意外的是,点火仪式并没有“点”的过程,也没有想象之中盛大的火焰,火炬屹立在大雪花中间,微火的火炬传递了低碳环保的理念。

  据介绍,北京2022年冬奥会和冬残奥会,中国航天科技集团参与承担了开闭幕式的技术支撑,包括火炬的设计和展现形式。特种伪装网用于保密“奥运火炬项目”试验过程中的关键部件,在试验和演练过程中起着至关重要的作用。

  研制特种伪装网的这一重要任务交给了来自青岛的海丽雅集团有限公司,全面负责伪装网的设计,以及安装和演练过程中伪装网姿态效果的保障工作。

  为了把火炬的神秘感保留到最后一刻,点火仪式的演练选择在深夜进行,海丽雅研发团队设计了三张总面积近2800平方米的特种伪装网,从三个方向把点火仪式围住。

  “针对面积如此之大的伪装网,为了能够很好地伪装遮蔽火炬形状,这就需要伪装网透光率要小,但是还要有足够的透气率,否则如此庞大的伪装网立在空中将无法挂载、控制,特别是有大风的时候,伪装网会像船帆一样鼓起刮破。”海丽雅集团技术中心有限公司技术中心副主任张丽东介绍,对于伪装网来说,透风和遮光本身就是矛盾的。

  “一个细小的环节出现纰漏,就可能耽误点火仪式彩排进度。”虽然多次参与国家级重要任务,但是为如此高规格的国际赛事提供技术支持,对于海丽雅来说还是第一次。时间紧迫,困难重重,摆在研发团队面前的问题十分棘手。

  针对遮光性,研发团队从材质和网眼密度上着手改进;针对透风性,研发团队为特种防护网“穿”上了航天专用特种绳索,“这种高性能超纤绳缆重量轻,但是强度比钢缆还要大,同时兼顾了‘细、轻、延伸率小’的特性,”张丽东描述,“我们从横竖两个方向,在伪装网的基础上增加了近3000米的特种绳,这相当于给整个网增加了骨架。”

  耗时两个月,往返北京四次,前后修改将近10版。去年11月,海丽雅终于为点火仪式安装了兼具透风、遮光性,又可抵抗10级大风,易于挂载和控制的“保密网”,成功保障演练过程中不会泄露火炬的形貌。

  在开幕式观众席上,五颜六色的口罩宛若绽放的海洋。据了解,这款开幕式医用防护口罩(N95)是由中国自主研发设计,并在外观设计中融入了北京冬奥元素、雪花、多种颜色等中国元素,戴上后显得特别“亮眼”。

  由于冬奥开幕式口罩是一种可变平面-腔式结构,在设计时就需要考虑到图案与口罩佩戴时的立体结构的结合,口罩的研发团队经过反复调整口罩结构、图案设计,并完成产品打样。在打样过程中,为了时效和保密,空运原材料,专人进行监督和运输。最终经过数十次的修改,研发出这款中国设计、中国专利、中国制造的特别的开幕式口罩,并经过多次论证后,最终确定了浅蓝渐变、深蓝渐变、浅紫、正紫、红色186C、红色186C-2等多种颜色。

  为了更加贴合不同民族人群的脸型,这款口罩主体是在分析比较了不同民族2000多人的脸型特征基础上优化设计而来,在保证产品性能的同时佩戴更加舒适。

  作为医用级多用途高效防护口罩,该口罩主要应用于防止各种细菌、病毒、真菌等微小颗粒物;对非典、甲流、埃博拉、高致病性禽流感、新冠等亚微米传染性病原体,其滤除效率均达到95%以上。

  冬奥开幕式口罩外层采用高清数码印花无纺布,保证图案清晰美观,同时满足医用防护口罩标准所需的抗湿阻燃等十几项检测指标,选取的5毫米高弹柔软的耳带,提升了密合性和佩戴的舒适性。