巨幅紅旗：揚(yáng)我國(guó)威

◎ 北京空間機(jī)電研究所 李 莉

10月1日上午10時(shí)40分許，在慶祝新中國(guó)成立70周年閱兵儀式上，空中護(hù)旗梯隊(duì)的9架直—8直升機(jī)分別懸掛黨旗、國(guó)旗、軍旗飛過天安門廣場(chǎng)。巨幅黨旗和國(guó)旗長(zhǎng)9m、寬6m，軍旗長(zhǎng)7.5m、寬6m，在高空中經(jīng)受著160~180 km/h飛行速度考驗(yàn)。

一般情況下，在如此高的速度下，巨幅旗幟尾部會(huì)產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)，受到很強(qiáng)的沖擊，這種沖擊往往會(huì)使旗幟邊緣局部受損，進(jìn)而在集中載荷作用下整個(gè)旗幟將被撕裂。但是，懸掛于直升機(jī)下方的閱兵紅旗毫發(fā)無損，平整展開，絢麗多姿。

在盛大的慶典活動(dòng)中進(jìn)行國(guó)旗飛行展示是國(guó)際慣例，各國(guó)通常采用降低飛行速度或縮小旗面尺寸的辦法來解決旗面破損的問題，飛行速度一般不超過100km/h。但是對(duì)于國(guó)慶閱兵來說，讓懸掛紅旗的直—8直升機(jī)降低速度在整體方案上是不可行的，因?yàn)樗鼈兪钦麄€(gè)空中受閱方隊(duì)的排頭兵，其后是固定翼飛機(jī)，過低的飛行速度會(huì)對(duì)固定翼飛機(jī)產(chǎn)生很大的安全隱患，而如將旗面的尺寸縮小又會(huì)大大影響飛行展示效果。

在這種背景下，北京空間機(jī)電研究所承接下了國(guó)慶閱兵紅旗攻關(guān)任務(wù)，科研人員集智攻關(guān)，迅速攻克了巨幅閱兵紅旗高速飛行旗面破損的技術(shù)難題。難題的解決正是得益于北京空間機(jī)電研究所在航天器氣動(dòng)減速領(lǐng)域雄厚的技術(shù)實(shí)力，柔性的閱兵紅旗在高速氣流下的飛行與航天器回收降落傘的工作原理有一定的相似之處，研制人員通過應(yīng)用流固耦合仿真分析等降落傘設(shè)計(jì)方法和思路，完美地呈現(xiàn)了閱兵紅旗的英姿。細(xì)微之處彰顯實(shí)力，航天技術(shù)在關(guān)鍵時(shí)刻支持了國(guó)慶閱兵紅旗的研制工作。

旗面材料更輕更強(qiáng)

國(guó)慶閱兵紅旗的需求單位在閱兵訓(xùn)練開始前，曾選用了幾種市場(chǎng)上常規(guī)的滌綸材質(zhì)的紅旗進(jìn)行試飛，結(jié)果紅旗完全不能承受高速氣流的沖刷，破損嚴(yán)重。他們認(rèn)為破損嚴(yán)重是因?yàn)榧t旗材料的強(qiáng)度不夠，于是決定通過增加質(zhì)量的方法來增加旗面材料的強(qiáng)度，使旗面材料變得又厚又重，結(jié)果經(jīng)過再次飛行試驗(yàn)后的旗面尾部吹毛脫絲的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，而且紅旗飛行時(shí)抖動(dòng)異常，聲響巨大。

從降落傘的研制經(jīng)驗(yàn)可知，旗面材料在氣流中飛行時(shí)，旗面尾部所受到的慣性力大小與材料的質(zhì)量分布率成正比，即旗面材料質(zhì)量增加后，雖然自身的強(qiáng)度提高了，但是所承受的破壞力也更大了。而且飛行試驗(yàn)也證明，在同等強(qiáng)重比條件下，質(zhì)量較大的旗面破壞更為嚴(yán)重。

在降落傘研制思路的引導(dǎo)下，北京空間機(jī)電研究所國(guó)慶閱兵紅旗研制團(tuán)隊(duì)著手進(jìn)行了旗面材料的選取，經(jīng)過對(duì)比各種不同類型的材料，團(tuán)隊(duì)更傾向選擇自己最熟悉的降落傘同性質(zhì)的材料。降落傘傘衣材料所用高強(qiáng)錦絲長(zhǎng)絲的線密度可以達(dá)到20旦或更小，粗細(xì)僅有頭發(fā)絲直徑的1/3，但單紗強(qiáng)度可達(dá)普通民用錦絲強(qiáng)度的2倍，因此更易制造出質(zhì)量輕而強(qiáng)度高的旗面材料。最終，團(tuán)隊(duì)選擇了一種高強(qiáng)錦絲綢，其強(qiáng)度比神舟飛船降落傘用傘衣材料提高了17%，而質(zhì)量卻降低了15%。

可是，如果簡(jiǎn)單地用這種材料制作閱兵紅旗，高空飛行中透光度太強(qiáng)，飛行起來的展示效果不完美。因此，北京空間機(jī)電研究所請(qǐng)專門的材料研制廠家經(jīng)過攻關(guān)研究，在布料上涂了一層特制的涂料，既改善了外觀，又使紅旗具有很好的防雨能力，即使閱兵時(shí)下雨，雨點(diǎn)打在旗面上也會(huì)迅速滑落，紅旗依舊迎風(fēng)飄揚(yáng)。

“風(fēng)兜”設(shè)計(jì)心思巧妙

紅旗在空中遇到高速氣流沖擊時(shí)，不僅容易發(fā)生破損撕裂，而且旗面尾部會(huì)發(fā)生較大變形，這對(duì)掛飛紅旗的展示效果產(chǎn)生了很大影響，這就要求旗面材料有一定的剛度，而旗面材料采用的是輕薄柔軟的錦絲綢材料，剛度很低。基于此，北京空間機(jī)電研究所的研制人員幾經(jīng)探索、驗(yàn)證，通過優(yōu)化旗面整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高整體剛度。

結(jié)合真實(shí)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參照降落傘流固耦合仿真分析軟件計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)人員對(duì)旗面的尾部進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定了增加“風(fēng)兜”的技術(shù)方案，這同樣是借鑒了降落傘的設(shè)計(jì)技術(shù)。在旗面尾部的兩側(cè)分別增加兩塊梯形的兜狀設(shè)計(jì)，可以大大提高旗面尾部的受力拒變能力，大大減輕風(fēng)力對(duì)旗面尾部的壓迫，既減小旗面變形，又保護(hù)旗面。從閱兵飛行效果來看，這項(xiàng)技術(shù)也使掛飛展示紅旗設(shè)計(jì)技術(shù)取得了新的突破。

“中國(guó)紅”飄過的那一刻，“航天藍(lán)”沸騰了。這次任務(wù)是繼北京空間機(jī)電研究所承擔(dān)新中國(guó)成立50周年、60周年慶祝大會(huì)大型充氣燈籠和紀(jì)念抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵紅旗項(xiàng)目之后再次承擔(dān)的閱兵紅旗打造任務(wù)。以國(guó)為重，鑄造精品。北京空間機(jī)電研究所將不辱使命，繼續(xù)打造高技術(shù)、高可靠、高品質(zhì)的航天產(chǎn)品，以實(shí)際行動(dòng)踐行初心使命，為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)屬于自己的航天力量。