用上航天技術的國產(chǎn)雪車有何特別之處

　　降低6%

　　第二代雪車實現(xiàn)了全方位提升。結構設計更精細，模具設計更合理，材料性能進一步提升……風洞測試顯示，與國家隊當時的在用車相比，第二代國產(chǎn)雪車計算風阻系數(shù)降低6%，實測風阻系數(shù)降低4%。

　　2月13日至20日，雪車比賽在北京冬奧會賽場舉辦，比賽共設4枚金牌（男子雙人、女子單人、女子雙人、四人雪車）。賽場上，我國奧運健兒駕駛著一襲“中國紅”國產(chǎn)雪車風馳電掣，開創(chuàng)佳績。

　　在北京冬奧會籌備的數(shù)年里，冰雪運動器材裝備實現(xiàn)重要突破，雙人及四人雪車的國產(chǎn)化便是其中的典型代表。北京化工大學教授楊小平接受采訪時告訴科技日報記者，國產(chǎn)雪車研發(fā)經(jīng)歷了兩個階段。從2019年11月項目組成立，到2021年1月研制出國內首臺雙人碳纖維雪車原理樣機，國產(chǎn)雪車實現(xiàn)“從無到有”的突破。此后，在國家體育總局冬運中心指導下，研發(fā)團隊聯(lián)合中國一汽集團，全面提升雪車各環(huán)節(jié)關鍵技術及性能。2021年9月雪車正式交付使用，迭代升級后的國產(chǎn)雪車不光達到“可用”標準，還實現(xiàn)“好用”的效果。至此，國產(chǎn)雪車在設計、材料、工藝等方面完成突圍。

　　體育休閑領域的材料“寵兒”

　　高科技裝備是體育競賽尤其是奧運會賽場上暗藏的較量。

　　無論是夏季奧運會（以下簡稱夏奧會）還是冬季奧運會（以下簡稱冬奧會），許多比賽項目都需借助器具來完成。比如夏奧會的撐桿跳、自行車、網(wǎng)球，以及冬奧會的雪車、滑冰、滑雪，誰的器材更符合該項運動的特點需求，誰在競技中就會如虎添翼，這也是為何雪車要實現(xiàn)從設計到材料的全部國產(chǎn)化。

　　雪車項目勝負只在“毫厘”之間。2018年平昌冬奧會上，寶馬公司為德國隊打造了高科技碳纖維雪車，成功助力德國隊奪得冠軍。當時，中國國家雪車隊剛剛成立2年，在競技能力上與世界強隊相差懸殊，在雪車設計制造方面更是一片空白。

　　國產(chǎn)雪車在研制過程中突破的一項技術難題，是采用宇航級國產(chǎn)T800級碳纖維，以耐高低溫交變（零下196攝氏度—120攝氏度）韌性專用樹脂，研制高性能碳纖維復合材料。其實，碳纖維復合材料不光受到雪車的“熱捧”，更受追求“輕質高強”性能運動裝備的青睞。

　　楊小平告訴科技日報記者，碳纖維復合材料的優(yōu)勢不僅在于質量輕、設計自由度大，還在于疲勞強度大、破損安全性能好。碳纖維復合材料在百萬次疲勞后，強度保留率仍達90％，遠高于鋼材的40％，而且復合材料中纖維的斷裂不會引起連鎖反應和災難性急劇破壞，是對競賽中運動員的絕佳保護。

　　國產(chǎn)雪車開啟突圍“第一戰(zhàn)”

　　碳纖維是一種重要的戰(zhàn)略新材料，從“十一五”開始，科技部持續(xù)支持，解決了尖端國防應用原材料“卡脖子”的瓶頸。我國嫦娥五號探月、天問一號火星探測以及空間站建造等重要任務使用新型火箭長征五號、長征七號，有不少部段就采用了中國航天研發(fā)的新型碳纖維復合材料，從而確保火箭載荷更大、更安全可靠。

　　這些航天新材料和新工藝，能否助北京冬奧會一臂之力？2017年，國家體育總局主要負責人到訪中國航天科技集團一院703所。在交流中，中國工程院院士、703所所長李仲平提出，我國的航天科技可以助力冬奧，為冰雪運動在國內更好地普及、帶動相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻一份力量。

　　其中，雪車就是一個重要的突破方向。雖然在第一屆冬奧會上它就是正式比賽項目，在國外普及程度較高，但在國內，這項運動還非常小眾。一個重要原因是我們無法制造比賽專用雪車。大到國家隊訓練比賽，小到公眾體驗娛樂，都只能購買國外的產(chǎn)品。而歐美發(fā)達國家的代表隊，均有本國著名的研究機構或公司為其定向研發(fā)，將最新技術應用到比賽裝備中。

　　“我們能夠買到的雪車，與歐美強隊使用的定制版雪車相比，運用的許多技術都相差懸殊，導致在冬奧賽場上，我國運動員面臨極大競爭難度。”楊小平說。

　　2019年，科技部發(fā)布了第二批“科技冬奧”科研項目申報指南，立項支持雪車裝備的研發(fā)制造。專家一致認為：突破冰雪運動裝備“卡脖子”技術，就從雪車開始！

　　參賽雪車主要由復合材料車體與金屬底盤車架組成，對重量、尺寸、基本用材有明確的要求。具體到車體，要求低風阻、耐沖擊，這樣才能提升速度，同時確保運動員的安全。“科研需要協(xié)同攻關，我們廣邀各方優(yōu)勢力量參與，互相支撐。”楊小平說，團隊中既有空氣動力學專家，也有曾執(zhí)教中國雪車隊的教練員，還有新材料專家。

　　團隊成員從“解剖麻雀”開始，對國外的一臺退役雪車層層分析，設計、材料、工藝……雪車內部的面紗被揭開。“看得出來，這臺雪車的氣動外形是經(jīng)過精心設計的。但從我們航天人的視角看，還有較大的優(yōu)化空間。”團隊中航天技術人員的反饋讓項目團隊心里有了底，畢竟火箭整流罩要面對上萬公里的時速，對外形的要求絕非百公里級的雪車可以比擬。在工藝材料方面，團隊也能在航天領域找到重量更輕、強度更大的碳纖維復合材料。

　　造國產(chǎn)雪車就要有所創(chuàng)新。團隊通過風洞試驗與計算結合，完成了雪車氣動外形設計與優(yōu)化，同時將國產(chǎn)的T800宇航級碳纖維復合材料用于車體制造。“它的強度性能較國家隊在用裝備材料提升1倍以上。”楊小平告訴記者，國產(chǎn)雪車還采用了翼身融合結構整體成型的新工藝，這樣一方面保證了雪車車體的低風阻型面精度，另一方面減少了部件連接，提高了車體可靠性。

　　2021年1月，第一代國產(chǎn)雪車研制成型。風洞測試顯示，在滿足冬奧會比賽規(guī)范的前提下，它的風阻系數(shù)較國際同類產(chǎn)品降低了8%。

　　第二代雪車實現(xiàn)全方位提升

　　2021年上半年，第一代雪車接受了中國雪車隊的階段性審查，優(yōu)勢明顯，不足也依然存在，包括底盤車架不夠先進、人機尺寸和操控有待優(yōu)化等。要想讓國產(chǎn)雪車真正馳騁在賽場上，必須加以改進。

　　解決專項問題，需要尋找專業(yè)團隊。原有攻關團隊聯(lián)合中國一汽集團成立攻關組，以“安全可靠、人機操控和氣動減阻”為重點，啟動第二代國產(chǎn)雪車（含雙人和四人車兩種車型）的研制與生產(chǎn)。

　　團隊分工明確。航天科研人員主要負責自主低風阻高可靠碳纖維車體及其他復合材料零部件的設計與制造，一汽集團主要負責雪車底盤、車架及其他金屬零部件的設計與制造。

　　碳纖維復合材料預浸料要在模具內完成鋪貼。這些材料看上去很像壁紙。它是三明治結構，撕開上下兩層的隔離保護膜，夾在中間的黑色碳纖維復合材料預浸料兩面有黏性，輕薄、柔軟、延展性好，呈細小的編織狀。楊小平告訴記者，每根碳纖維單絲的直徑只有頭發(fā)絲直徑的十分之一左右。

　　全車鋪貼完后，還要把鋪覆包封好的車體送進熱壓罐里。通過對車體加熱加壓，原本柔軟的復合材料中間體就會完全固化，成為堅硬結實的車體。

　　“與第一代國產(chǎn)雪車相比，第二代雪車實現(xiàn)了全方位提升。”楊小平表示，結構設計更精細，模具設計更合理，材料性能進一步提升……風洞測試顯示，與國家隊當時的在用車相比，第二代國產(chǎn)雪車計算風阻系數(shù)降低6%，實測風阻系數(shù)降低4%。

　　2021年9月10日，首批第二代4輛國產(chǎn)雪車正式交付國家體育總局冬季運動管理中心。這其中，包括兩輛雙人雪車，兩輛四人雪車。

　　至此，國產(chǎn)雪車的材料、工藝、重量和尺寸等各項指標均滿足國際雪車雪橇聯(lián)合會的標準要求，而且已具備量產(chǎn)能力。隨著國產(chǎn)雪車投入量的增加，我們有理由相信，國產(chǎn)雪車在冬季項目比賽中將會大放異彩。