2019年,科技部发布了第二批“科技冬奥”科研项目申报指南,立项支持雪车装备的研发制造。专家一致认为:突破冰雪运动装备“卡脖子”技术,就从雪车开始!
参赛雪车主要由复合材料车体与金属底盘车架组成,对重量、尺寸、基本用材有明确的要求。具体到车体,要求低风阻、耐冲击,这样才能提升速度,同时确保运动员的安全。“科研需要协同攻关,我们广邀各方优势力量参与,互相支撑。”杨小平说,团队中既有空气动力学专家,也有曾执教中国雪车队的教练员,还有新材料专家。
团队成员从“解剖麻雀”开始,对国外的一台退役雪车层层分析,设计、材料、工艺……雪车内部的面纱被揭开。“看得出来,这台雪车的气动外形是经过精心设计的。但从我们航天人的视角看,还有较大的优化空间。”团队中航天技术人员的反馈让项目团队心里有了底,毕竟火箭整流罩要面对上万公里的时速,对外形的要求绝非百公里级的雪车可以比拟。在工艺材料方面,团队也能在航天领域找到重量更轻、强度更大的碳纤维复合材料。
造国产雪车就要有所创新。团队通过风洞试验与计算结合,完成了雪车气动外形设计与优化,同时将国产的T800宇航级碳纤维复合材料用于车体制造。“它的强度性能较国家队在用装备材料提升1倍以上。”杨小平告诉记者,国产雪车还采用了翼身融合结构整体成型的新工艺,这样一方面保证了雪车车体的低风阻型面精度,另一方面减少了部件连接,提高了车体可靠性。
2021年1月,第一代国产雪车研制成型。风洞测试显示,在满足冬奥会比赛规范的前提下,它的风阻系数较国际同类产品降低了8%。
第二代雪车实现全方位提升
2021年上半年,第一代雪车接受了中国雪车队的阶段性审查,优势明显,不足也依然存在,包括底盘车架不够先进、人机尺寸和操控有待优化等。要想让国产雪车真正驰骋在赛场上,必须加以改进。
解决专项问题,需要寻找专业团队。原有攻关团队联合中国一汽集团成立攻关组,以“安全可靠、人机操控和气动减阻”为重点,启动第二代国产雪车(含双人和四人车两种车型)的研制与生产。
团队分工明确。航天科研人员主要负责自主低风阻高可靠碳纤维车体及其他复合材料零部件的设计与制造,一汽集团主要负责雪车底盘、车架及其他金属零部件的设计与制造。
碳纤维复合材料预浸料要在模具内完成铺贴。这些材料看上去很像壁纸。它是三明治结构,撕开上下两层的隔离保护膜,夹在中间的黑色碳纤维复合材料预浸料两面有黏性,轻薄、柔软、延展性好,呈细小的编织状。杨小平告诉记者,每根碳纤维单丝的直径只有头发丝直径的十分之一左右。
全车铺贴完后,还要把铺覆包封好的车体送进热压罐里。通过对车体加热加压,原本柔软的复合材料中间体就会完全固化,成为坚硬结实的车体。
“与第一代国产雪车相比,第二代雪车实现了全方位提升。”杨小平表示,结构设计更精细,模具设计更合理,材料性能进一步提升……风洞测试显示,与国家队当时的在用车相比,第二代国产雪车计算风阻系数降低6%,实测风阻系数降低4%。
2021年9月10日,首批第二代4辆国产雪车正式交付国家体育总局冬季运动管理中心。这其中,包括两辆双人雪车,两辆四人雪车。
至此,国产雪车的材料、工艺、重量和尺寸等各项指标均满足国际雪车雪橇联合会的标准要求,而且已具备量产能力。随着国产雪车投入量的增加,我们有理由相信,国产雪车在冬季项目比赛中将会大放异彩。