“祥云”火炬中的物理知識

顧　紅

北京2008奧運會火炬“祥云”設計理念來自蘊含“淵源共生，和諧共融”的華夏傳統(tǒng)“云紋”符號，通過“天地自然，人本內在，寬容豁達”的東方精神，借祥云之勢，傳播祥和文化，傳遞東方文明。它的設計有許多地方體現(xiàn)了物理知識與高科技產(chǎn)品的結合。

“點燃激情，傳遞夢想”，2008年3月24日希臘女祭司在希臘奧林匹亞通過一面大凹面鏡點燃了"祥云"火炬，由此展開了奧運圣火在全世界的傳遞活動。

“祥云”火炬，其外觀圖案為紅色的祥云圖紋從炬身中部向上升騰，具有濃厚的中國特色，設計的靈感來自中國傳統(tǒng)的紙卷軸。炬身下半部噴涂的是高觸感橡膠漆，這不僅使手感舒適，還能增大摩擦使人握之不易滑落。這是首次創(chuàng)造性的在奧運火炬上使用這一材料。火炬外殼采用密度較小的高品質鋁合金和中空塑件等可回收材料制造，體積雖大（長度72cm）而質量只有985g，并有一定的硬度。在工藝方面使用錐體曲面異型一次成型技術和鋁材腐蝕、著色技術，顯得輕盈高貴。

“祥云”利用液態(tài)丙烷（C₃H₈）作燃料，熱值高（8.0×10⁷J／kg）、輕質、綠色環(huán)保。為了便于儲存或攜帶，常溫下呈氣態(tài)的丙烷采用加壓的方法使其液化。丙烷主要成分是碳和氫，燃燒的火焰顏色為亮黃色，在燃燒穩(wěn)定性與外界環(huán)境適應性方面達到了新的技術高度，能在每小時65公里的強風和每小時50毫米的大雨情況下保持燃燒。無風條件下火焰高度25cm至30cm，在強光和日光下均可識別和拍攝，燃料燃燒的產(chǎn)物為二氧化碳和水。這種燃料不僅價格低廉，還具有環(huán)保無污染的優(yōu)點。

燃料供應系統(tǒng)的主要構成部件是穩(wěn)壓裝置和燃料瓶，都是采用國內先進工藝和技術自主研發(fā)的。燃料瓶采用無縫冷拉工藝，直徑為32毫米，非常耐壓(達14兆帕)，相當于可承受水下1400多米的壓力。從燃料瓶里出來的氣體壓力是不穩(wěn)定的，隨著溫度降低而減小。而火炬的燃燒需要一個穩(wěn)定的流量，穩(wěn)壓裝置的作用就是提供一定壓力，一定流量的燃料供應。氣態(tài)的燃料以相對較高的壓力進入穩(wěn)壓裝置的進口，以高出環(huán)境壓力一定范圍的壓力流出，保證燃燒所需的燃料壓力和流量。就是在意外跌落的情況下，還能確保火炬繼續(xù)燃燒，不會發(fā)生危險。燃料瓶和穩(wěn)壓裝置采用螺紋連接，防止氣體壓力過大，頂?shù)煤芫o，用起來費勁；或壓力過小，由于使用時的振動，容易松脫，造成漏氣。

在火炬?zhèn)鬟f中，我國登山運動員高舉圣火成功登上了世界第一高峰珠穆朗瑪峰。燃料在低溫狀態(tài)下，蒸汽壓會降低，有可能會影響火炬燃燒性能。所以，利用火炬自身的火焰熱量--燃料出來后不是直接進燃燒室，而是通過回熱系統(tǒng)給燃料瓶進行加熱，減緩溫度降低的速度，滿足燃燒時間。

雙火焰是一個核心設計，并在國內第一次運用。燃料經(jīng)過回熱之后，一路進入預燃室，一路進入主燃室，預燃室中燃料和空氣混合后再燃燒，火焰像我們家里的煤氣灶一樣，摻混得比較好，燃燒充分，火焰溫度比較高，形狀短，是藍色的，在強光下不易看見。而主燃室的燃料沒有經(jīng)過預混，燃料噴出后和空氣混合，先擴散再燃燒，火焰溫度稍低些，呈不透明的橙色。預燃室相當于一個穩(wěn)定的火源，保證它始終不滅，即使外面的主燃室火焰熄滅，它會馬上把主火焰點燃。

“祥云”火炬的設計體現(xiàn)了科學、藝術與環(huán)保的融合。作為一個中國人，我們感到無比的驕傲和自豪。

(欄目編輯王柏廬)