國慶科普：“飛越”天安門的紅旗內(nèi)涵高科技
10月1日上午，新中國成立70周年閱兵式上，9架直-8直升機(jī)分別懸掛黨旗、國旗、軍旗飛過天安門廣場。巨幅黨旗和國旗長9米、寬6米，軍旗長7.5米、寬6米，在高空中經(jīng)受著每小時(shí)160至180公里飛行速度的考驗(yàn)。
一般來說，在如此高速下，巨幅旗幟尾部會(huì)產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)，沖擊會(huì)使旗幟邊緣局部受損，進(jìn)而在集中載荷作用下整個(gè)旗幟會(huì)被撕裂。然而閱兵紅旗卻能平整展開，在藍(lán)天映襯下絢麗多姿。記者從承擔(dān)國慶閱兵紅旗攻關(guān)任務(wù)的中國航天科技集團(tuán)五院508所(以下簡稱508所)了解到了其中的奧秘。
在盛大慶典活動(dòng)中進(jìn)行國旗飛行展示，是國際慣例。要解決旗面破損問題，通常是將飛行時(shí)速降至100公里以內(nèi)，或縮小旗面尺寸。但在國慶閱兵中，這兩種方法都不適用。懸掛紅旗的直-8直升機(jī)是空中受閱方隊(duì)的排頭兵，如果飛行速度過低，會(huì)給其后的固定翼飛機(jī)飛行帶來安全隱患。如果將旗面尺寸縮小，又會(huì)影響飛行展示效果。
幾種常規(guī)滌綸材質(zhì)曾被制成紅旗進(jìn)行試飛，結(jié)果紅旗完全無法承受高速氣流的沖刷，破損嚴(yán)重。如果通過增加質(zhì)量的方法加大了旗面材料的強(qiáng)度，就可以使旗面材料變得更加厚重，但在飛行試驗(yàn)中，旗面尾部吹毛脫絲的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，而且紅旗抖動(dòng)異常，聲響巨大。
接到紅旗攻關(guān)任務(wù)后，508所科研團(tuán)隊(duì)迅速開展集智攻關(guān)。通過吸收航天器回收降落傘的研制經(jīng)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，旗面材料在氣流中飛行時(shí)，尾部所受的慣性力大小與材料質(zhì)量分布率成正比。因此增加旗面材料質(zhì)量雖然能提高強(qiáng)度，卻也要承受更大破壞力。
在這一思路引導(dǎo)下，研制團(tuán)隊(duì)將目光投向了航天器降落傘同性質(zhì)材料。該材料所用高強(qiáng)錦絲長絲的線密度極小，粗細(xì)僅有頭發(fā)直徑的三分之一，但強(qiáng)度可達(dá)普通民用錦絲強(qiáng)度的兩倍。最終選取的高強(qiáng)錦絲綢，比神舟飛船降落傘材料強(qiáng)度高17%，重量降低了15%。但對(duì)于掛飛紅旗來說，這種輕薄柔軟的錦絲綢材料自身剛度并不夠。研制團(tuán)隊(duì)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，對(duì)旗面尾部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。他們借鑒降落傘設(shè)計(jì)技術(shù)，在旗面尾部兩側(cè)增加了兩塊梯形“風(fēng)兜”設(shè)計(jì)。風(fēng)兜的存在可以大大提高旗面尾部的受力拒變能力，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。
此時(shí)的閱兵紅旗已經(jīng)達(dá)到了飛行要求，但在高空飛行中透光度太強(qiáng)，展示效果還不完美。508所又邀請專業(yè)的材料研制單位開展研究，在布料上增加了一層特制涂料，不僅改善了外觀，還讓紅旗具備了很好的防雨能力，即使閱兵時(shí)下雨，旗面上的雨水也會(huì)迅速滑落，紅旗依舊能迎風(fēng)飄揚(yáng)。
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