讓“大雪花”經(jīng)受住風(fēng)的考驗
2月4日,立春之日。晶瑩的“大雪花”在鳥巢綻放,冬奧開幕式盛典如約而至。藝術(shù)與創(chuàng)意完美的結(jié)合離不開科學(xué)的驗證,有一支隊伍負(fù)責(zé)將想象落地。他們是來自北京交通大學(xué)的一群了解風(fēng)、分析風(fēng)、利用風(fēng)的馭風(fēng)人。
自2018年起,作為風(fēng)洞實驗室研究團隊,北京交通大學(xué)教授李波與課題組成員就開始投入到冬奧場館建設(shè)與運動員輔助訓(xùn)練中,涉及冬奧會開幕式。風(fēng)洞實驗室的研究人員要做的工作就是“讓風(fēng)的影響消失”。
2021年7月,李波接到北京冬奧組委會的通知,需驗證“大雪花”的點火方案,原方案是將其從場館頂部懸吊下來并傾斜于地面,火炬手將火炬插入,繼而起吊升空、旋轉(zhuǎn)。憑借著提供建國70周年慶典花車、建黨百年慶典紅色拱門等重要項目的抗風(fēng)咨詢工作。李波意識到,保障“大雪花”的點火功能是關(guān)鍵,立馬組成了攻關(guān)團隊設(shè)計方案。
這期間,他們反復(fù)試驗,初版“大雪花”模型質(zhì)地輕薄,無法進(jìn)行傳統(tǒng)的建筑物風(fēng)洞試驗?zāi)P痛罱?,團隊經(jīng)過多次修正,最后采用鋁合金3D打印制作出試驗所需的高保真縮尺模型,逼真程度讓主火炬設(shè)計團隊大為贊嘆。
經(jīng)過多次試驗,團隊發(fā)現(xiàn)按照原方案,無論風(fēng)速如何,“大雪花”總是控制不住地左右搖擺,火炬手根本無法將火炬插入到大雪花中。最終,團隊提出建議將原方案調(diào)整為“懸掛+支架”的方式,保證“大雪花”的穩(wěn)定性,確保點火儀式順利舉行。
冬奧火炬零排放背后的奧秘
2月4日晚,北京冬奧會開幕式在國家體育場隆重舉行,隨著最后一棒火炬手將火炬放入“雪花”中央,星光璀璨,“雪花”綻放。在這其中,哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院蘇彥慶教授團隊的3D打印技術(shù)有效助力了北京冬奧會零碳排放火炬的研發(fā)和制造。
蘇彥慶教授團隊對多種3D打印材料進(jìn)行了測試和優(yōu)化,對火炬內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成形工藝優(yōu)化,對燃燒器3D打印工藝進(jìn)行了系統(tǒng)驗證和改進(jìn),最后成功制備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統(tǒng),保障了冬奧會主火炬燃燒的可靠性。
此外,為保證火炬外觀質(zhì)量和燃燒效果,除要求尺寸精度準(zhǔn)確外,還需要保證3D打印火炬內(nèi)部的致密度接近鍛態(tài),以保證內(nèi)部燃燒器氣密性要求和火炬表面拋光質(zhì)量要求。蘇彥慶教授團隊及哈特三維技術(shù)團隊對3D打印裝備進(jìn)行了改進(jìn),配套研發(fā)了新型打印工藝,進(jìn)一步提升了打印效率和打印火炬內(nèi)部質(zhì)量,滿足了火炬生產(chǎn)的各方面要求。
為冬奧賽場的大氣層“做CT”
高山滑雪、跳臺滑雪、越野滑雪……每一項運動都與天氣的變化密不可分,準(zhǔn)確把握風(fēng)向、溫度、濕度等信息對賽事保障至關(guān)重要。北京理工大學(xué)張軍院士、集成電路與電子學(xué)院呂昕、胡偉東團隊與國家衛(wèi)星氣象中心合作,采用風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星獲取北京——張家口區(qū)域的遙感數(shù)據(jù),為冬奧賽場提供精準(zhǔn)的溫度、濕度、風(fēng)場和降雪等天氣預(yù)報信息。
“要對冬奧天氣作出預(yù)測,首先要有足夠的天氣數(shù)據(jù),需要通過風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星搭載的微波成像儀(MWRI)來獲取海量信息?!眻F隊負(fù)責(zé)人胡偉東介紹道。
風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星可全天候、全天時觀測大氣,在探測波段方面實現(xiàn)了紫外、可見、紅外和微波的全波譜探測。依托強大的風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星,北理工科研團隊可以獲取全球、全天候、三維、適時準(zhǔn)確的大氣參數(shù)、地表參數(shù)、海洋動力環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)。同時,北理工團隊利用微波太赫茲遙感技術(shù)探測衛(wèi)星所搭載的微波成像儀(MWRI),即可獲取雪深、雪水當(dāng)量等重要的積雪參數(shù)??梢哉f,該團隊借助風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星給大氣層做了一個“CT”,全方位了解大氣的狀態(tài)。
冬奧園區(qū)里的無人駕駛“汽車總動員”
在北京冬奧會首鋼示范園區(qū)內(nèi),不同類型的自動駕駛車輛正在來回穿梭。與一般車輛不同的是,這些車沒有駕駛員直接操作,卻可以熟練地進(jìn)行自主避障、路徑規(guī)劃、智能調(diào)度等。這就是由清華大學(xué)與首鋼集團牽頭,聯(lián)合百度、智行者、福田等多家參與單位研制的全天候多車型L4級無人駕駛汽車。
作為北京市科技冬奧專項“全天候多車型自動駕駛技術(shù)開發(fā)及首鋼園區(qū)功能示范(科技冬奧)”的項目負(fù)責(zé)人,清華大學(xué)車輛與運載學(xué)院楊殿閣教授從2018年起帶領(lǐng)團隊針對冬奧全天候運行的特殊工況,圍繞“車”“路”“云”“仿真”“示范”,研發(fā)了中巴公交等七種類型的無人車;建設(shè)了首鋼園區(qū)智慧道路,開發(fā)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車云端控制與調(diào)度平臺,實現(xiàn)對無人駕駛汽車的實時監(jiān)控與遠(yuǎn)程調(diào)度。
“面向冬奧復(fù)雜多變極寒天氣以及中國的人車混雜復(fù)雜道路交通場景,在自動駕駛相關(guān)技術(shù)研發(fā)過程中,團隊基于清華多學(xué)科優(yōu)勢,聯(lián)合多家單位進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),實現(xiàn)了全天候高級別自動駕駛技術(shù)并向全世界展示。”楊殿閣說。
據(jù)悉,該項目研發(fā)的多種車型L4級自動駕駛車輛,結(jié)合了首鋼冬奧園區(qū)實際應(yīng)用需求,圍繞首鋼冬奧園區(qū)無人接駁、無人公交、無人清潔、無人文件及快遞派送、共享約車等實際應(yīng)用場景,為2022年北京冬奧會自動駕駛示范提供了強有力的技術(shù)支撐與保障。
(整理:中青報·中青網(wǎng)記者 葉雨婷)
來源:中國青年報
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