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从空白到惊艳,国产雪车实现“零”突破

天地一色,银装素裹。在目光所及皆是纯白的冰雪世界中,一抹灿烂如花、艳然如霞的“中国红”突然跃入眼帘,在洁白底色的映衬下显得格外引人注目。定睛一看,那辆被细细喷涂上“中国红”的雪车正如离弦之箭,飞速滑行在“九曲十八弯”的蜿蜒雪道上,带起一阵疾风掠过,发出几声轰鸣隆隆。

这是国产雪车的一道美丽掠影。雪车是科技含量高、研发和制造难度大的冰雪运动装备,它的国产化问题一直牵动着广大科研人员的心。可喜的是,2021年,工业和信息化部组织中国航天团队联合中国一汽集团组成攻关联合体,成功研制双人雪车、四人雪车,实现了国产雪车“零”的突破,并于2021年9月交付国家体育总局冬季运动管理中心。

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图为我国自主研发的双人雪车(右)和四人雪车(左)

研发:“零”起步

雪车项目起源于瑞士,早在1924年就被正式列为冬奥会比赛项目。但直到2016年,我国才建立了自己的雪车国家队。成立之初,这支队伍只能在国外找场地训练,雪车装备更是依赖国外租赁或进口。

作为高端冰雪运动装备,雪车具有很高的工艺复杂程度和入行门槛。雪车形似一叶小舟,但其研制流程与航天运载火箭类似。中国航天科技一院703所高级工程师周宇向《中国电子报》记者表示,雪车的研制是一个小的系统工程,涉及总体、气动、结构、材料、制造、评价应用等多个专业方向和技术领域,多学科交叉融合特征明显。

在雪车的研发过程中,多种要素还存在制约与耦合关系。周宇举例道,车身的轻量化与可靠性、气动减阻与操控空间等要素很难达到平衡,因此如何在较短周期内,制造出综合性能优异且无明显短板的雪车,无疑是一个巨大挑战。

面对眼前的种种难题,我国研发团队没有生出丝毫退却之意。为了能够在家门口举办的冬奥会上取得好成绩、以科技创新助力体育强国建设,我国的科研团队暗下决心,誓用本土技术造出高品质的国产雪车。

基于国家体制优势保障,在雪车研制各个环节具备优势的技术单位迅速集结,快速组建了雪车全产业链协同创新团队。2019年10月,中国航天科技一院703所牵头,联合中国航天空气动力技术研究院、北京化工大学、北京体育大学、东莞理工学院等多家单位,在“科技冬奥”重点专项的支持下,从“零”起步,踏上了国产雪车的研发之路。

周宇对《中国电子报》记者坦言,在项目研发立项之初,由于缺乏专业赛道,我们整个国家都没有一辆雪车,国家队训练和比赛的进口雪车被寄存在国外,可查到的可用技术资料十分有限,国内雪车在设计、材料体系、制造工艺、产品和评价体系等方面均存在很大空缺。

潜心钻研让国产雪车的研究成果曙光初现。2021年1月,我国完成首台国产双人雪车原理样机的研发,基本突破和掌握了雪车设计制造关键技术,第一代国产雪车的样机研制成型。

突围:联合攻关

国产雪车的研发与制造并非一蹴而就。相比于能够真正驰骋冰雪赛场的高品质雪车,我国第一代雪车在人机工程、操控性能和数字工艺等方面还有很大的优化与提升空间,迫切需要汲取更多智慧结晶。

2021年,工信部组织中国航天团队联合中国一汽集团组成攻关联合体,成功研制双人雪车、四人雪车,在2021年9月将这两种制式的第二代雪车交付国家体育总局冬季运动管理中心,终于实现了国产雪车“零”的突破。

得益于中国一汽的强势加盟,创新联合团队团结协作攻克了人机工程优化、关键材料、零部件及系统提升、高精度机械加工工艺、整车试验批生产等一系列难题,项目团队在人机工程、车身气动外形、车辆可靠、操控性能和数字工艺等方面实现了进一步优化,全面实现了科研成果的转化落地。

周宇向《中国电子报》记者表示,在数字工艺方面,国产雪车的研发团队充分利用数字与仿真手段,提高了设计研发的迭代效率,以及产品制造的精度与质量。数字工艺贯穿产品设计制造全流程,应用于全三维数字建模与结构设计、三维模型数字装配、全自动下料、激光投影定位和全自动加工中心等环节。

在国产雪车的操控性能方面,项目团队在规则范围内,基于国家队运动员尺寸定制车辆尺寸与整车布置;规则范围内尽可能降低装备重心;制定了一系列不同参数的冰刀,以匹配和适应不同赛道及赛道环境;根据运动员操控习惯调控车辆操控参数;通过3D打印技术,对头盔等部分雪车零部件进行个性化定制。

超越:航天核心技术支撑

在经历了一系列打磨之后,国产雪车终于“破壳”而出,打破国外技术壁垒,收获了“大国名片、外观惊艳、快如闪电、身轻如燕、坚如磐石”之美誉。

从无到有,从有到优。从空白到惊艳,从追赶到超越。国产雪车这场漂亮的“翻身仗”背后,正是航天核心技术提供的有力支撑。

周宇向《中国电子报》记者表示,从结构上来看,雪车主要包括复合材料车身和金属车架这两大部分。国产雪车的成功研制借鉴了航天产品的研制流程及管理经验,融合应用了三项先进的航天核心技术。

第一项是高性能的国产T800级碳纤维复合材料技术。周宇表示,这类材料的密度只有钢的五分之一,强度却是钢的两倍,能最大幅度地减轻雪车的自身重量并降低雪车重心,使雪车的滑行更加平稳。这种材料的高强度和独特的“破坏吸能”特性,还能保护运动员在比赛“撞车”事故中免受伤害。

第二项是雪车复杂结构整体成型技术。周宇告诉《中国电子报》记者,这项技术确保了外形复杂雪车的高质量制备。在这项技术的“精简”之下,整个雪车由前车身、后车身和前车盖这三大部件组成,连接结构少,外形精度高。

第三项是低风阻的气动外形技术。利用流体力学计算和风洞测试,经过多轮次迭代,研发团队为雪车设计了“舵身融合”的流线形外形,使国产雪车的空气风阻系数较进口雪车小5%以上,据测算可提高竞赛成绩0.3~0.5秒。

在可以预见的未来,国产雪车将与中国奥运健儿一道,在国际赛场上,向至上荣誉发起冲击。与此同时,国产雪车有望从“冬奥平台”出发,将应用场景拓展至更多领域。

“雪车运动是冬奥会上速度最快、观赏性极强的项目之一。驾驶雪车是一种全新体验,对大众有很强的吸引力。”周宇衷心希望,雪车在“后冬奥时代”能逐渐成为一项大众化的休闲娱乐项目,真正走入更多寻常百姓家。

责任编辑:张依依


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