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最高机密：亲历2008北京奥运火炬的秘密研发

晨怡热管 2009-3-10 23:59:05

谁能一窥奥运火炬内芯的秘密？
它又包含哪些核心技术？

奥运火炬最核心机密就在于其内部的燃烧系统
揭开真相你将看到研发人员为之付出的艰苦努力
即使火炬因意外熄灭
——他们仍将是幕后英雄

题记 2008.5.3 凌晨

意外，太意外

若不是2008北京奥运火炬在传递过程中老出现种种意外，譬如被老外一口气轻松吹灭、火炬差点遭抢呀、CNN的报道、藏独、在韩国的中国学生被拘役呀，我想根本不会去谈此支火炬背后我看到的事。现代奥运还有多神圣？市场经济利益和国家政治的怪异结合体？投入与产出的双重陷阱？——这些问题，留给那些所谓的专家们去嚼情吧。

个人感觉，幸好是在2008年中国举办了奥运会，要是在2000年或2004年就举办了，还不知道会出现多少危机——毕竟2008年中国的经济，政治体制，台湾问题，尤其是科技方面好歹上了些台阶。不过，也奇怪了，大家仔细回顾一下整个2008年的前4个月发生的重大新闻事件，奥运年看来还真不顺利。可以感受到政府的压力。

其实这些和政治、人权挂钩的东西，我一向遵循“绝不谈论”的原则。不过当早些天，看到一国外官员用嘴“噗”一下就把祥云火炬给吹灭了——这太出乎我的意料了。不能说我对这支火炬有多了解，但是，毕竟我接触那支火炬的“核心秘密”，要比一般电视媒体人士早很多。并且实际上也亲眼目睹了这支火炬的诸多如耐低压、防8级大风等实验过程——尤其是这支奥运火炬内部燃烧系统的结构以及工作原理，我更是倍加关注。

关于这支火炬外形设计的问题，我也不想多谈，让那厂商吹嘘去吧。我只想借用火炬内部设计专业团队一句话：“那外形设计者，更本不懂科技，他们不知道这样的外形，将给火炬的燃烧系统增加多少麻烦！”不幸的是，竟被言中，火炬能抗8级大风，却被一口气给吹灭了！——看得我心理都着急撒。因为我知道那些默默设计火炬燃烧系统的科研人员们，心理承受的压力有多巨大。再说，毕竟我和他们有过面对面的接触，他们都是些很朴实的人，搞科研的人嘛，不像那些社会学者，喜欢满嘴冒泡，把观众都当成傻子。他们只知道默默地工作，完成任务，没有那么多的功利心。

这也就是之所以，我愿意把在2007年6月就开始接触那支奥运火炬的一些事说一说，让大家明白一下，要完成奥运火炬在很多意想不到的自然环境中传递，对火炬内部燃烧系统以及材料选择上都是非常不容易的事。也绝非常人想象中的那么容易。要知道，就这火炬，15多号航天领域高级工程师要历经2年多的日夜研发才能完成。只有真正爱好科学，平时喜欢看高科技知识者，才能以一种宽容的心态，去理解这支火炬的意外熄灭。

亲赴奥运火炬秘密研发地

2007年6月，记得当时我是一大清早去的航天三院（中国航天科工集团三院三十一所），签了保密协议后，由三院宣传部于女士（很热情的一个好人）带我进入奥运火炬的秘密研发地。当然，这样的秘密场所，要是没人带领，是根本找不到的。实际上，研发地是在一个秘密仓库内进行的，门口有武警值班。没有通行证和院里人陪同，是根本不能靠近的。

旋开门后，我就进入了研发中心。研发中心，地方倒不大，也就100多平米吧，里面是研发火炬燃烧系统的核心团队。印象比较深的是，墙上刷着“国家利益高于一切”的蓝字标语，让人一下在回到传统的70年代。于老师简单地向邵文清（火炬研发项目副总工程师）及他的团队介绍了一下我来的目的，一切就开始进入正题。

毫无疑问，去三院之前，我仔细研究了历届奥运火炬内部结构及燃烧系统。但在接下来的交谈中，感觉到要让火炬的各项燃烧指数符合国际奥组委的要求，比我想象中要难多了。事实也是如此。仓库内设有低压强风实验舱，我看到一研发成员正拿火炬在一个强风扇下，对火炬进行各个角度的吹风试验。结果是：有时会被熄灭，点燃后再试，又再次被熄灭。并且火炬顶部被熏黑了。

我问了些核心的问题，主要是关于火炬中的高科技问题，比如火炬的内部材料、点火系统、燃烧系统、油料性能、安全性、稳压装置等等，邵主任一一作了解答。感觉他们的确是搞科研的，很好打交道。当然有些东西，在当时或如今，也是不能说的，譬如另一支珠峰火炬的燃烧系统（和奥运地面火炬有所区别），以及珠峰火炬第一次登顶的真实情况。

问题问得差不多了，了解了该了解的科技后，我就开始拍照。他们则按照日常的研发状态进行工作，我则进行实拍——我不喜欢让他们摆拍：于是很多时候，我都是站到他们的桌子上进行拍摄。

火炬在低压强风舱内的真实实验情况，也是随意拍摄的，也就是说完全是真实的，没有进行摆拍——风力从1级逐渐增强到8级大风下，火炬在当时是不会熄灭的。期间我也举了支点燃的火炬进强风试验舱，当风力逐渐增强时，火炬倒没事，我人可受不了了。哈哈哈。于是试验结束。

中间为奥运火炬燃烧系统研发项目副总工程师邵文清

奥运价值链，谁赚谁知道。

当稀缺成为一种资源——离奥运会越近越疯狂。出于种种原因，关于2008北京奥运火炬的一些事情，我只能说这么多了。因为怕惹来麻烦。我想再次说的是，他们的确不容易，能理解就多理解他们一点。不至于像那些不了解实情的网友说的，北京奥运火炬的科技含量很低。

再说，奥运又不是什么了不起的事情。现在体育嘛，无非是经济利益之下的展现方式而已，是厂商赚钱的助动仪罢了——当我真正了解体育幕后巨大的利益链后，就极少认真地去看各项比赛了。

火炬中的高科技

“祥云八月荡空青，万般科技航天芯”——这是为他们写的一首对联，权当感谢他们吧。下面，就简单介绍一下祥云火炬的一些核心内容。

•基本工作流程

航天芯，也就是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某一压力值附近，然后经过五通侧孔进入回热铜管，在流经燃烧室和燃料瓶位置后重新进入五通，并分为两路分别进入预燃室和主燃室进行燃烧。

预燃室

预燃室清晰图

横向分隔片为定位板

•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，都是采用国内先进工艺和技术自主研发的。燃料瓶采用无缝冷拉工艺，直径为32毫米，即用一整块板拉成现在的形状，因此非常耐压（达14兆帕），相当于可承受水下1400多米的压力。由于火炬燃烧有时间要求，一瓶燃料需要保证燃烧15分钟以上，而燃烧器除要保证火炬形态外，也有一定的流量要求，因此为了既能保证和火炬外壳的匹配，又能满足燃烧时间，燃料瓶只能做得又细又长。这从工艺上讲，难度大大增加。因为是整体成型，且燃料瓶壁的壁厚不到1毫米，在长细比达到7.5倍的情况下是很容易拉裂的。

手上拿的即是燃料瓶,燃料瓶是无缝一次压制而成,很不容易

•燃料的选择

燃料用的是99%以上纯度的丙烷。历史上的奥运火炬用混合燃料的较多。采用丙烷燃料是为了能在火炬传递路线范围内，满足环境温度的要求。其次颜色也是一个考虑，丙烷燃烧后火焰是橙色，具有较好的可视性。

试验人员只所以戴耳麦,是因为那鼓风机噪音太大了,哈哈哈

•稳压装置

稳压装置也是特别研制的。从燃料瓶里出来的气体压力是不稳定的，随着温度降低而减小。而火炬的燃烧需要一个稳定的流量，稳压装置的作用就是提供一定压力，一定流量的燃料供应，这和一般稳压装置的原理是一样的。气态的燃料以相对较高的压力进入稳压装置的进口，以高出环境压力一定范围的压力流出，保证燃烧所需的燃料压力和流量。稳压器的设计要求一般就是小巧轻便和多功能。现在的稳压装置共有四个功能：第一是将火炬开关设计到稳压装置上，这就少了一个零件；第二是减压；第三是稳压；第四就是在意外跌落的情况下，还能确保火炬继续燃烧，不会发生危险。

稳压装置性能的好坏,极大程度上影响着奥运火炬的燃烧效果

•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，燃料瓶口用外螺纹，稳压装置用内螺纹。这个虽不是独创，但在火炬上用得比较少。以前的一些火炬用的是现成的燃料瓶，多数是采用直接的顶压方式。这种没有螺纹的连接方式，如果气体压力过大，顶针会顶得很紧，用起来费劲；如果压力过小，由于使用时的振动，容易松脱，造成漏气；同时由于是非精确定位密封，在压紧的过程中或使用过程中也容易密封不严而漏气，既不安全，也容易熄火。我们吸取了国外火炬的经验和教训，采用了螺纹接口。

邵文清手上拿的即为稳压装置(气相稳定阀)

•回热管

2000年悉尼奥运会和2002年盐湖城冬奥会的火炬都采用了保温装置。因为对于气相燃烧而言，若没有有效的热量补充，燃料瓶的温度是下降的。燃料在低温状态下，蒸汽压会降低，有可能会影响火炬燃烧性能。最初的设计就遇到了这个问题。刚研制时燃料瓶容积较大，因此它降温慢。现在燃料瓶小了，而燃烧时间要求提高，所以必须要加回热装置。要给它加热，就要有热源，于是很自然地想到利用火炬自身的火焰热量—

—燃料出来后不是直接进燃烧室，而是通过回热系统给燃料瓶进行加热，减缓温度降低的速度，满足燃烧时间。回热管还有个好处，就是热交换不可能把所有热量都交换掉，所以管内的气体温度也是升高的，有利于燃烧，这是个额外的好处。

顶部的螺旋装置即为回热管

•燃烧器

双火焰是一个核心设计，并在国内第一次运用。燃料经过回热之后，分两路，一路进入预燃室，一路进入主燃室，基本上按1:2的比例进行分配。预燃室底部中心是喷嘴，其周围是进空气的孔。火炬外壳底部也有一定面积的进气通道。预燃室燃料往上喷时，会带动周围空气上升进入预燃室，这就是引射作用。
预燃室中燃料和空气混合后再燃烧，火焰像我们家里的煤气灶一样，掺混得比较好，燃烧充分，火焰温度比较高，形状短，是蓝色的，在强光下不易看见。而主燃室的燃料没有经过预混，燃料喷出后和空气混合，先扩散再燃烧，火焰温度稍低些，呈不透明的橙色。火焰高度高于25厘米。预燃室相当于一个稳定的火源，保证它始终不灭，即使外面的主燃室火焰熄灭，它会马上把主火焰点燃。

国外也有类似双火焰的设计，但不太一样，不是预混气的。像2006年都灵冬奥会，也是前后两个燃烧室，但两个都是扩散火焰。我们考虑用预混火焰，主要是它的温度比较高，复燃主火焰比较容易些。另一方面，主火焰在上，预燃火焰在下，受外界影响相对就小，保护火焰就容易些。

根据他们的介绍，这个设计实际上是受了吸气式发动机的启发。因为有的发动机也有一个小的预燃室。应该说这种方案在火炬的使用中是第一次。主火焰从圆形管道上均匀的小孔中喷出，这也是特别之处。国外有很多是从一个小口喷出，或者虽是多个喷口，但尺寸较大。我们也做过这样方案的试验，一方面不太利于火焰的稳定，另一方面燃烧时烟较大。我们现在这个设计，火焰能从一个环的小孔中喷出，好处之一是喷出的燃料比较均匀，是圆形的火焰；另一个就是喷出来的燃料能与空气掺混的比较均匀，燃烧比较充分，烟就会小，有利于观赏性和环保。