無懼10級強風和零下40℃低溫航天六院發動機技術助力北京冬奧會手持火炬“氫”舞飛揚

2022年2月2日，舉世矚目的北京冬奧會舉行火炬傳遞儀式。火炬手們手持造型別致的“飛揚”火炬，傳遞“更快更高更強更團結”的奧運精神，傳遞愛好和平崇尚運動的不變情懷。

“飛揚”火炬的心臟——核心與關鍵技術的攻關，來自中國航天科技集團第六研究院，他們運用液體火箭發動機的氫能技術，首次實現了冬奧會火炬的“氫”舞飛揚。

經過千錘百煉，“飛揚”在10級強風、零下40℃低溫、暴雨、以及5000米高海拔等環境下的燃燒狀態都十分穩定，可謂擁有鋼筋鐵骨，不懼任何環境。

（小標題）研製過程中難點頻出 火炬團隊迎難而上

本次冬奧會手持火炬“飛揚”採用綠色環保、燃燒性好的氫氣作為燃料，是世界首套高壓儲氫火炬，實現了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。其全部內部燃燒裝置均由航天六院北京11所及101所聯合設計製造。

氫作為最乾淨的燃料，燃燒時除生成水外不會產生碳排放，也不會產生對環境有害的任何汙染物。接到冬奧會手持火炬“心臟”研製任務，航天六院高度重視，全力攻關，院領導多次前往專案現場，調研專案進展，慰問專案團隊。在航天六院所屬北京11所、101所兩家單位強強聯合的共同推進之下，為“大火箭”保駕護航的航天六院綠色氫能動力成功轉化為點燃“小火炬”的能量源泉。

2020年2月底，航天六院一批精英骨幹陸續抽調到位，組成了手持火炬專案團隊，開始了跨專業、多領域的科學研究與技術突破，拉開了從無到有，將火炬藝術創意轉化為實物產品的艱苦過程。

2020年7月9日，火炬原理樣機首次組合為一體，試火成功，標誌著手持氫燃料火炬工程化研製的正式開始。

研製過程中難點頻出，調整火焰顏色、控制火焰形態等，都是需要一一攻克的難題。

（小標題）內部元件所承受壓力 相當於海底4200米深水壓

按照“飛揚”手持火炬的設計，其內部元件所承受的壓力有42兆帕，相當於傳統火炬的50多倍，可以想象為在海底4200米深的水壓。

奧運火炬燃燒出的火焰需要有特定的高度和形態，才能保證流動飄逸的美感。安裝在氣瓶口的組合閥門——控氫閥中，有一個叫做減壓閥的部件，正是這個能決定火焰美妙形態的關鍵部件。若透過減壓閥的氫氣壓力太大時，火焰將以類似於火箭發動機噴射出的尾焰形態一般猛烈，不但不安全、不可控，還缺乏美感，所以必須將壓力控制在與大氣壓同一水平，需要透過減壓閥將壓力降低約420倍。且要在圓滿完成減壓任務的同時，保證重量輕、尺寸小，在極其有限的空間範圍內尋求解決方案。

為了實現手持火炬的燃燒系統技術，火炬團隊拿出了完成國家重大航天工程任務，確保不帶任何隱患上天的勁頭和航天人嚴慎細實的工作作風，在兩年多的時間裡完成了所有藝術創意的技術實現，用技術實力助推綠色奧運、科技奧運理念的傳播，在世界人民面前展示出中國航天的科技實力。

（小標題）壓力提高20% 控氫閥門尺寸縮減了52毫米

隨著冬奧會手持火炬外形設計的最終定稿，體現北京“雙奧之城”傳承與發揚的火炬“飛揚”進入了公眾視野，火炬如絲帶飄舞，旋轉上升，最後呈現為飛揚的火焰，飽含著美好的寓意。然而也正因為這優美飄逸的內外飄帶造型，使得火炬內部可用空間非常有限。給燃燒裝置等系統的研製帶來了一系列挑戰。

與以丙烷、丁烷為燃料的傳統火炬相比，“飛揚”手持火炬以氫氣為燃料，採取的另一種完全不同的技術路線。想要維持同樣的燃燒時間，氫氣所需要的儲存空間要比丙烷大一倍，所以若只是透過減少儲氫氣瓶尺寸必然不能滿足氫氣的燃燒用量，這為火炬燃燒系統帶來了前所未有的難題。

經過六院火炬團隊的反覆論證，最終決定縮小儲氫氣瓶的尺寸，提高設計壓力，而在這樣“牽一髮動全身”的研製專案中，任何一點細微的變化，都將帶來無數個未知和難關等待研製團隊去發現和攻破。航天人不畏艱難，經過集智攻關，最終突破高壓儲氫這一關鍵技術難題。

同時，透過整合功能模組，最佳化內部零件佈局，儘可能壓縮內部細小流道，研製團隊還在壓力提高20%的前提下，將控氫閥門尺寸從原來的162毫米縮減到了110毫米，從而最大程度為儲氣瓶爭取到了極其寶貴的容積。

（小標題）經過了300多次可靠性試驗 10級強風和零下40℃低溫下也能穩定燃燒

為了確保手持火炬的高可靠性、高安全性、高穩定性，在初步設計完成後，六院研製團隊對手持火炬開展了綜合性能試驗研究。設計搭建手持火炬綜合試驗系統模擬風、雨、雪低氣溫、高海拔、高溼度等氣候條件及運動模擬裝置，以全覆蓋模擬火炬傳遞過程中的各種極端運動狀態。

最終，六院研製團隊對整個燃燒系統進行了300多次的可靠性試驗，使得火炬通過了在極寒環境、狂風、嚴酷的雨雪天氣等情況下的測試。經過千錘百煉，“飛揚”在10級強風、零下40℃低溫、暴雨、以及5000米高海拔等環境下的燃燒狀態都十分穩定，可謂擁有鋼筋鐵骨，不懼任何環境。

華商報記者 馬虎振 通訊員 朱怡藍/文（中國航天科技集團六院供圖）

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【來源：華商網】

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