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阅兵时空中护旗要有多结实?
    时间:2015-9-17     点击率:19144

《力学园地》编辑部:201593日,中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年纪念大会在北京隆重举行。阅兵的一大亮点是,拉烟、空中护旗等呈现方式增强美感。五星红旗以时速180公里在空中掠过,不仅始终都很舒展,而且一直没有破裂,这是如何做到的?

一名读者

2015-9-10

阅兵时空中护旗要有多结实?

93日,中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年纪念大会的大阅兵中,空中护旗方队的两架直升飞机悬挂着国旗和军旗两面旗帜,以每小时180公里的速度飞过天安门,这时它们所承受的风力超过强台风。

国旗长9米、宽6米,军旗长7.5、宽6米。这是中国首次悬挂如此巨大的旗帜,以如此高的速度飞行展示。要让国旗、军旗在高速飞行中迎风招展却完好无损,其实并不简单,这曾是阅兵筹备中的一大难题。红旗与降落伞在空中的状态既有相似之处,又不完全一样,对于降落伞专家来说,这也是一个新课题。

从传统气动力学的角度来看,没有任何“负担”的红旗在空中的载荷,远远小于拉着重达3吨左右的神舟飞船返回舱的降落伞。然而,正是由于这种轻飘飘的状态,让红旗在高速行进中不受控制地恣意甩动起来,这导致在以往的历次演练中,飞行很短时间红旗就发生了严重破损。

飞行中的红旗受力点和公园里玩“甩鞭”的受力如出一辙,所有的力量都集中在尾部,因而提出要对红旗尾部做特殊设计。每一个时刻红旗的摆动形状都完全不同,对应的每一个形状下风吹在旗面上的力也是不同的,就必须计算清楚每一时刻风吹在红旗上每一处的力有多大,这就是流体力学问题。红旗受到风吹的力后,又需要马上计算清楚红旗会怎么摆动,这就是固体力学问题。本来单独的流体力学问题和单独的固体力学问题就已经十分复杂了,把这两个问题交融在一起,解决起来就更难了,是当前全世界公认的难题。

专家建立了巨幅红旗在高速流场中动力学特性的仿真模型,进行了大量的模拟计算。红旗每摆动一秒,就得用高性能工作站计算一天。计算后,专家们开出了“药方”:首当其冲的是限制红旗的剧烈摆动,其次是改用新型合适的材料,最后是提高缝纫和卷边处理的精良度。

红旗采用了与神舟飞船降落伞一样的特制布料。用这种材料制作的降落伞可承载重达3吨的载人飞船返回舱,降落伞折叠起来还能放入一个大号的行李箱。如果用此种布料来做一件衣服,重量比一个鸡蛋还轻。这种材料已经大量应用到生活用品上,比如现在流行的超轻透气的户外皮肤风衣,携带方便结实耐用的购物袋等。

红旗布料是由专门厂家特制的。每次到货后,研制人员就把布料悬挂起来,用50多个强光灯组成的灯阵照射布料,对布料的密实度、染色均匀度、颜色在光照下的效果等进行细细检验,确保用于红旗加工的每一寸布料都符合要求。

但是,如果简单地用这种材料制作的红旗太透光,飞行起来的展示效果不好。因此,北京空间机电研究所请专门的材料研制厂家在布料上涂了一层特制涂料,既使红旗的透光性恰到好处,保证了地面远距离观看时的鲜艳度,又使红旗有很好的防雨能力,足以应对中雨、大风等恶劣天气。在一次飞行演练中,瓢泼大雨不期而至,红旗在近一个小时的淋雨飞翔中,经受住了考验。

巨型红旗的技术含量不光体现在设计上,制作上也有“针功夫”。红旗很大,没有那么宽的整片布一气呵成,因此用了航天降落伞缝纫技术,将七片布料拼接而成。这种技术本质上和平时缝纫衣服是一样的,但应用于航天降落伞的缝纫,对缝纫机选择、缝合形式、缝纫宽度、缝线针脚长度、缝线松紧程度、缝线的材料等都有严格要求,必须满足航天标准要求才能使用。如果按照航天标准制作服装,成本会高些,但做出来的质量绝对一流,穿几十年也不会开线。

(根据网络资料摘编)