文/李新亮 劉一君 溫志垠 圖/北京化工大學(xué)

1.輪椅冰壺隊運動員使用碳纖維復(fù)合材料推桿進行日常訓(xùn)練

2.第一輛國產(chǎn)碳纖維雪車

助力國產(chǎn)碳纖維雪車實現(xiàn)從0到1的突破

在國產(chǎn)高端體育器材的需求牽引下，科技部設(shè)立了“科技冬奧”重點專項，由中國航天材料及工藝研究所牽頭，聯(lián)合10家單位，利用碳纖維復(fù)合材料，研制冬季項目的高性能器材。碳纖維雪車是項目組的主要研究目標(biāo)之一，北京化工大學(xué)楊小平教授是這個項目的負責(zé)人。

整個項目研制分為兩個階段。第一個階段是填補空白階段，實現(xiàn)了從“0”到“1”的突破。2019年11月開始，項目組聯(lián)合裝備、設(shè)計、材料、制造和體育等部門，克服底子薄和新冠肺炎疫情影響等困難，于2021年1月研制出了第一臺國產(chǎn)碳纖維雪車。此后，在國家體育總局冬運中心指導(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)及性能。到2021年9月正式交付使用時，迭代升級后的國產(chǎn)雪車不僅達到了“可用”標(biāo)準，還實現(xiàn)了“好用”的效果。

在碳纖維雪車的設(shè)計與建造中，有三大技術(shù)亮點：一是低阻力高可靠外形結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計。二是復(fù)雜翼身融合結(jié)構(gòu)高質(zhì)量整體成型技術(shù)。三是北京化工大學(xué)負責(zé)研制的高抗沖碳/玻混材復(fù)合材料。團隊借鑒航空發(fā)動機包容結(jié)構(gòu)材料設(shè)計，通過采用國產(chǎn)宇航級的T800碳纖維復(fù)合材料，研制出高抗沖碳/?；觳膹?fù)合材料，特別是突破了其耐高低溫性能。復(fù)合材料的一個關(guān)鍵指標(biāo)沖擊或壓縮強度達到了350兆帕，性能達到國際先進水平，為裝備和運動員安全提供了堅實的基礎(chǔ)支撐。

北京冬奧會期間，中國雪車運動員馳騁賽場，雖然國產(chǎn)雪車暫時沒有登上冬奧會的賽場，但我們堅信，在下一屆冬奧會的賽場上，必將能看到“中國紅”在奧林匹克的冰面上馳騁。

3.碳纖維復(fù)合材料推桿

4.方舟老師與學(xué)生開展國產(chǎn)高釩封閉索首用耐久性研究

楊小平教授說，作為材料人，不僅現(xiàn)在用心研制碳纖維二人/四人雪車、滑雪板、冰球桿等器材，更希望在未來，能將石墨烯、生物基橡膠等前沿新材料應(yīng)用到國產(chǎn)高端體育器材研發(fā)上。

碳纖維復(fù)合材料推桿助輪椅冰壺隊奪冠

楊小平教授團隊的另一項主要成果是突破了推桿外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、專用復(fù)合材料體系等多項關(guān)鍵技術(shù)，研究了輕質(zhì)高強的冰壺推桿，有效提高了輪椅冰壺項目的日常訓(xùn)練和比賽水平。

此外，為滿足不同運動員的個性化需求，項目組為每個運動員量身定做了專屬碳纖維復(fù)合材料推桿，助力中國輪椅冰壺隊在北京冬殘奧會輪椅冰壺決賽中，戰(zhàn)勝瑞典隊，為中國代表團斬獲本屆冬殘奧會上的第十八枚金牌。

為冬奧場館安全保駕護航

2020年，北京化工大學(xué)機電工程學(xué)院安全科學(xué)與工程專業(yè)方舟教授，就帶領(lǐng)團隊開始了助力冬奧的研究。團隊以關(guān)鍵材料耐久性研究、健康狀態(tài)監(jiān)測等先進的安全科學(xué)技術(shù)為重點，為北京冬奧會主要場館國家速滑館、鳥巢、冰立方提供安全保障。

5.方舟老師與科研團隊在國家速滑館合影

國產(chǎn)高釩封閉索：國家速滑館“冰絲帶”作為北京冬奧會唯一新建的冰上比賽場館而備受關(guān)注。方舟教授聯(lián)合設(shè)計單位，針對場館建設(shè)中國產(chǎn)高釩封閉索使用時遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題開展研究，打破關(guān)鍵材料上的國際壟斷，不僅保障了“冰絲帶”安全，還推動了國產(chǎn)封閉索產(chǎn)業(yè)化進程。

“健康監(jiān)測”技術(shù)支持：北化科研團隊建立了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、環(huán)境健康監(jiān)測方法，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，與設(shè)計單位協(xié)作，首次形成了完整的設(shè)計、監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、反饋設(shè)計優(yōu)化的閉環(huán)體系。它不僅應(yīng)用于國家速滑館，也受邀為鳥巢、2022年卡塔爾世界杯主賽場等國內(nèi)外著名場館提供技術(shù)方案。

“水”改“冰”安全評估：“水冰轉(zhuǎn)換”的實現(xiàn)可謂世界體育場館的奇跡。在“水立方”改“冰立方”過程中，方舟教授團隊受“冰立方”設(shè)計總負責(zé)人、冬夏雙奧場館總設(shè)計師鄭方的邀請，對屋頂天溝U型鋼底板開展緊急評估工作。通過實地勘察、數(shù)據(jù)采集與分析，為冰立方免去大范圍屋頂更換，節(jié)約大量時間和經(jīng)濟成本。