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“飞越”天安门的红旗加持了这些高科技!为你科普

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10月1日上午,新中国成立70周年阅兵式上,9架直-8直升机分别悬挂党旗、国旗、军旗飞过天安门广场。巨幅党旗和国旗长9米、宽6米,军旗长7.5米、宽6米,在高空中经受着每小时160至180公里飞行速度的考验。

一般来说,在如此高速下,巨幅旗帜尾部会产生剧烈抖动,冲击会使旗帜边缘局部受损,进而在集中载荷作用下整个旗帜会被撕裂。然而阅兵红旗却能平整展开,在蓝天映衬下绚丽多姿。记者从承担国庆阅兵红旗攻关任务的中国航天科技集团五院508所(以下简称508所)了解到了其中的奥秘。

在盛大庆典活动中进行国旗飞行展示,是国际惯例。要解决旗面破损问题,通常是将飞行时速降至100公里以内,或缩小旗面尺寸。但在国庆阅兵中,这两种方法都不适用。悬挂红旗的直-8直升机是空中受阅方队的排头兵,如果飞行速度过低,会给其后的固定翼飞机飞行带来安全隐患。如果将旗面尺寸缩小,又会影响飞行展示效果。

几种常规涤纶材质曾被制成红旗进行试飞,结果红旗完全无法承受高速气流的冲刷,破损严重。如果通过增加质量的方法加大了旗面材料的强度,就可以使旗面材料变得更加厚重,但在飞行试验中,旗面尾部吹毛脱丝的现象非常严重,而且红旗抖动异常,声响巨大。

接到红旗攻关任务后,508所科研团队迅速开展集智攻关。通过吸收航天器回收降落伞的研制经验,他们发现,旗面材料在气流中飞行时,尾部所受的惯性力大小与材料质量分布率成正比。因此增加旗面材料质量虽然能提高强度,却也要承受更大破坏力。

在这一思路引导下,研制团队将目光投向了航天器降落伞同性质材料。该材料所用高强锦丝长丝的线密度极小,粗细仅有头发直径的三分之一,但强度可达普通民用锦丝强度的两倍。最终选取的高强锦丝绸,比神舟飞船降落伞材料强度高17%,重量降低了15%。但对于挂飞红旗来说,这种轻薄柔软的锦丝绸材料自身刚度并不够。研制团队结合真实飞行试验数据,参照降落伞流固耦合仿真分析软件计算结果,对旗面尾部结构进行了改进优化设计。他们借鉴降落伞设计技术,在旗面尾部两侧增加了两块梯形“风兜”设计。风兜的存在可以大大提高旗面尾部的受力拒变能力,减轻风力对旗面尾部的压迫,既减小旗面变形,又保护旗面。

此时的阅兵红旗已经达到了飞行要求,但在高空飞行中透光度太强,展示效果还不完美。508所又邀请专业的材料研制单位开展研究,在布料上增加了一层特制涂料,不仅改善了外观,还让红旗具备了很好的防雨能力,即使阅兵时下雨,旗面上的雨水也会迅速滑落,红旗依旧能迎风飘扬。

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