氢气做燃料 火焰盘旋向上 北京冬奥会火炬里的“秘密”

　　火炬里的“秘密”

　　因为亮眼的外形，北京冬奥会、冬残奥会火炬“飞扬”甫一亮相，就引来无数赞叹。

　　评选火炬外观设计，最重要的标准是什么？为什么冬奥会火炬的配色是红色和银色？为什么要用氢气做火炬燃料？“飞扬”的研制过程中破解了哪些难题？

　　就上述问题，参与火炬外观评选和“飞扬”研制过程的几位专家给出了答案。  

　　中国航天科技集团高级工程师韩宗捷

　　用氢气做火炬燃料 还为火焰“上了色”

　　韩宗捷介绍，研制“飞扬”的过程中，团队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。

　　“火炬安全可靠性高，可抗风10级，可在极寒天气中使用，减压比高达几百倍。解决复杂难题的同时，兼顾了轻量化、小型化的要求。”

　　新京报：为何会采用氢气作为燃料？

　　韩宗捷：我们最主要的考虑是，氢气是最清洁环保的燃料，燃烧的时候产物只有水，没有二氧化碳，能实现完全的零排放能源。这是我们选取它作为燃料的主要原因。

　　新京报：将氢气作为燃料，从研究到落实遇到了哪些难题？

　　韩宗捷：研究的过程中，我们确实碰到了，也克服了很多难题。

　　首先是火焰的颜色。大家都知道氢气的火焰在日光下是不可见的，是看不到的，这不能满足视觉和拍摄的需求。所以我们在研制的过程中，首先研发了一种可以调节氢气火焰颜色的配方，让它在日光下具有可见的火焰颜色。

　　第二，火焰的稳定性问题。冬奥会的火炬传递过程中，会遇到很多高速风或者大风的环境。所以，我们解决了火炬在时速100公里的大风中的燃烧稳定性问题。

　　第三，高压储氢问题，我们碰到的是一个大比例减压问题。大家知道在我们手持火炬的内部，空间是非常狭小的，在这样一个空间里面，我们要实现一个高达几百倍的大比例的减压，也是一个非常难的问题。所以，我们研制了一款轻量化小型化的氢气减压装置，来对高压的氢气进行减压。

　　碳纤维专家黄翔宇

　　“飞扬”破解了火炬高温制备中的诸多难题

　　黄翔宇介绍，“飞扬”的外壳由碳纤维及其复合材料制造而成，呈现出了“轻、固、美”的特点，解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈。

　　“同时也破解了火炬外壳在1000℃高温制备过程中起泡、开裂的难题。”

　　新京报：什么是碳纤维，它有什么特点？

　　黄翔宇：碳纤维，顾名思义就是含碳的纤维。它的含碳量非常高，达到90%以上。要把一个纤维做成骨架上都是碳的，需要一个非常复杂的过程。

　　碳纤维有什么特点？一是轻，密度只有钢的1/4，强度是钢的6-7倍，计算下来，碳纤维的比强度（强度除以密度）就是钢的20倍以上。所以说，“轻而强”是碳纤维的最大特点。同时，它又耐腐蚀耐各种环境，在很多特殊环境都可以使用，是一个高科技的产品。

　　新京报：为什么想到把碳纤维用在冬奥火炬上？

　　黄翔宇：以往的冬奥火炬，包括奥运会的火炬都是金属材料，这是传统的做法。我们冬奥组委提出一个概念，用新材料。我们觉得碳纤维有轻的特点，刚度又好，能够替代传统金属材料。

　　但是这种方式也有难度，因为碳纤维要跟树脂复合做成复合材料，才能做出火炬的形状。复合材料一般都不耐火不耐温，要实现耐火耐温，对技术的要求非常高，就要在选用什么样的树脂，怎么样把它做成在工艺上面，有很多新的东西。这都是这一次我们研发火炬的时候，攻克的一个又一个的难关。所以“飞扬”的这把火炬，其实体现了很多科技元素。

　　新京报：在制作火炬的过程中，运用新材料的方面有哪些创新？

　　黄翔宇：第一个是它的编制。我们用的是三维编制的方法，用的是最先进的技术，能够编制出各种形状，而且按照设计师要求的尺寸编制出来。这是碳纤维成型当中的一个技术突破。

　　第二是它的模具设计。成型模具的设计要用到组合型的模具，各种特殊设计的模具，这是为了解决不同曲面成型的要求。

　　第三，就是选用了一种非常特殊的，可以耐高温的树脂。最后，树脂的成型技术也是专门为它开发的。有固化程序，传统的规划方法解决不了这个问题，要一步一步通过特殊的手段，让这种树脂做成的火炬头能够耐火耐温。

　　火炬外观设计评审会评委鲁晓波

　　评选火炬设计首要标准是体现冬奥精神

　　鲁晓波介绍了火炬评审的标准，“首先，火炬的设计一定要体现北京冬奥会和冬残奥会的精神。”

　　据了解，“飞扬”集中了很多高科技，为一些功能，比如未来大量的火炬传递提供了技术保证。“也就是体现了一种艺术和科技的有机融合。”

　　新京报：火炬设计的最终评选标准是什么？

　　鲁晓波：所有评委参加评审之前，冬奥组委已经设立了一些标准，概括起来有几个方面。