祥云八月荡空青，万般科技航天芯

采访整理/孙晶怡 摄影/吴加

2007年6月，在航天三院三十一所于克里老师的带领下，笔者进入火炬研制实验室，亲手触摸了北京2008奥运会的祥云火炬。令人感动的不仅是充满中国传统文化符号的火炬外表，更是维系其跳动的科技之“芯”——燃烧系统。火炬的外表设计备受瞩目，却鲜有人知它在闪耀奥运舞台前需经历狂风暴雨、低压缺氧、跌落冲击等重重考验。本文由航天三院三十一所的设计师讲述这些征服困难的奥秘。

北京奥运火炬各部细节图解(来源：新浪体育)

北京奥运火炬各部细节图解(来源：新浪体育)

北京奥运会火炬燃烧效果图(来源：新浪体育)

基本工作流程

航天芯，即2008年北京奥运火炬的燃烧系统，包括燃料供应系统（燃料瓶、稳压装置和回热装置）和燃烧器两大部分。工作时，利用开关工具顺时针打开燃料瓶上的常闭开关阀，瓶内的高压丙烷蒸汽经过稳压装置进行减压，并维持在相对稳定的压力值附近，然后经过有五个通气孔的燃料分配器侧孔进入回热铜管，流经燃烧室和燃料瓶后重新进入燃料分配器，并从两路分别进入预燃室和主燃室进行燃烧。

燃料瓶

燃料供应系统的主要构成部件是稳压装置和燃料瓶，均采用国内先进工艺和技术自主研发。燃料瓶采用无缝冷拉工艺，直径32毫米，由一整块板材拉制成型，非常耐压（达14兆帕），相当于可承受水下1400多米的压力。为满足燃烧时间要求（15分钟以上）并与火炬外壳匹配，燃料瓶需做得又细又长，工艺难度大大增加。因为整体成型且壁厚不到1毫米，长细比达到7.5倍时极易拉裂。

燃料的选择

燃料采用99%以上纯度的丙烷。历史上奥运火炬多用混合燃料，使用丙烷是为了满足火炬传递路线范围内的环境温度要求。丙烷燃烧后火焰呈橙色，具有较好的可视性。

稳压装置

稳压装置是特别研制的。燃料瓶出来的气体压力随温度降低而不稳定，火炬燃烧需稳定流量，稳压装置的作用就是提供一定压力和流量的燃料供应。其设计要求小巧轻便和多功能。现在的稳压装置具备四个功能：将火炬开关集成在稳压装置上、减压、稳压、在意外跌落时确保火炬继续燃烧而不发生危险。

燃料瓶和稳压装置的连接

燃料瓶和稳压装置采用螺纹连接（瓶口外螺纹，稳压装置内螺纹）。这在火炬上应用较少。此前多数火炬采用直接顶压方式，若气体压力过大则顶针过紧，压力过小则易松脱漏气，且非精确定位密封易漏气熄火。设计团队吸取国外经验教训，采用了螺纹接口。

回热管

2000年悉尼奥运会和2002年盐湖城冬奥会的火炬都使用了保温装置。对于气相燃烧，若无有效热量补充，燃料瓶温度会下降，蒸汽压降低，影响燃烧性能。最初设计时燃料瓶容积较大，降温慢；后来燃料瓶变小而燃烧时间要求提高，必须加回热装置。利用火炬自身火焰热量对燃料瓶进行加热，减缓温度降低速度。此外，回热管还能提升管内气体温度，有利于燃烧。

燃烧器

双火焰设计是核心创新，在国内首次应用。燃料经回热后分两路，一路进入预燃室，一路进入主燃室，比例约1:2。预燃室底部中心是喷嘴，周围是进空气的孔。火炬外壳底部也有进气通道。预燃室内燃料与空气混合燃烧，火焰短呈蓝色，在强光下不易看见。主燃室燃料未经预混，喷出后扩散燃烧，火焰呈不透明橙色，高度超过25厘米。预燃室作为稳定火源，即使主燃室火焰熄灭，也能迅速复燃。

国外也有类似双火焰设计，但多为扩散火焰（如2006年都灵冬奥会）。采用预混火焰是因为其温度高，更容易点燃主火焰。主火焰在上，预燃火焰在下，受外界影响小，保护火焰更容易。这一设计受吸气式发动机启发，在火炬使用中属首次。主火焰从圆形管道上均匀的小孔喷出，使燃料均匀混合，燃烧充分，烟少，利于观赏和环保。

在火炬研制中，风速是最大影响因素。团队在专用设备上进行大量实验，确保大风小风条件下不熄火。最终祥云火炬以稳定可靠的性能完成了奥运使命，向世界传递了“同一个世界，同一个梦想”的理念。