用上航天技术的国产雪车有何特别之处

• 2022-02-15 18:14:03 来源：

科技日报记者 何 亮

2月13日至20日，雪车比赛在北京冬奥会赛场举办，比赛共设4枚金牌（男子双人、女子单人、女子双人、四人雪车）。赛场上，我国奥运健儿驾驶着一袭“中国红”国产雪车风驰电掣，开创佳绩。

在北京冬奥会筹备的数年里，冰雪运动器材装备实现重要突破，双人及四人雪车的国产化便是其中的典型代表。北京化工大学教授杨小平接受采访时告诉科技日报记者，国产雪车研发经历了两个阶段。从2019年11月项目组成立，到2021年1月研制出国内首台双人碳纤维雪车原理样机，国产雪车实现“从无到有”的突破。此后，在国家体育总局冬运中心指导下，研发团队联合中国一汽集团，全面提升雪车各环节关键技术及性能。2021年9月雪车正式交付使用，迭代升级后的国产雪车不光达到“可用”标准，还实现“好用”的效果。至此，国产雪车在设计、材料、工艺等方面完成突围。

体育休闲领域的材料“宠儿”

高科技装备是体育竞赛尤其是奥运会赛场上暗藏的较量。

无论是夏季奥运会（以下简称夏奥会）还是冬季奥运会（以下简称冬奥会），许多比赛项目都需借助器具来完成。比如夏奥会的撑杆跳、自行车、网球，以及冬奥会的雪车、滑冰、滑雪，谁的器材更符合该项运动的特点需求，谁在竞技中就会如虎添翼，这也是为何雪车要实现从设计到材料的全部国产化。

雪车项目胜负只在“毫厘”之间。2018年平昌冬奥会上，宝马公司为德国队打造了高科技碳纤维雪车，成功助力德国队夺得冠军。当时，中国国家雪车队刚刚成立2年，在竞技能力上与世界强队相差悬殊，在雪车设计制造方面更是一片空白。

国产雪车在研制过程中突破的一项技术难题，是采用宇航级国产T800级碳纤维，以耐高低温交变（零下196摄氏度—120摄氏度）韧性专用树脂，研制高性能碳纤维复合材料。其实，碳纤维复合材料不光受到雪车的“热捧”，更受追求“轻质高强”性能运动装备的青睐。

杨小平告诉科技日报记者，碳纤维复合材料的优势不仅在于质量轻、设计自由度大，还在于疲劳强度大、破损安全性能好。碳纤维复合材料在百万次疲劳后，强度保留率仍达90％，远高于钢材的40％，而且复合材料中纤维的断裂不会引起连锁反应和灾难性急剧破坏，是对竞赛中运动员的绝佳保护。

国产雪车开启突围“第一战”

碳纤维是一种重要的战略新材料，从“十一五”开始，科技部持续支持，解决了尖端国防应用原材料“卡脖子”的瓶颈。我国嫦娥五号探月、天问一号火星探测以及空间站建造等重要任务使用新型火箭长征五号、长征七号，有不少部段就采用了中国航天研发的新型碳纤维复合材料，从而确保火箭载荷更大、更安全可靠。

这些航天新材料和新工艺，能否助北京冬奥会一臂之力？2017年，国家体育总局主要负责人到访中国航天科技集团一院703所。在交流中，中国工程院院士、703所所长李仲平提出，我国的航天科技可以助力冬奥，为冰雪运动在国内更好地普及、带动相关产业发展贡献一份力量。

其中，雪车就是一个重要的突破方向。虽然在第一届冬奥会上它就是正式比赛项目，在国外普及程度较高，但在国内，这项运动还非常小众。一个重要原因是我们无法制造比赛专用雪车。大到国家队训练比赛，小到公众体验娱乐，都只能购买国外的产品。而欧美发达国家的代表队，均有本国著名的研究机构或公司为其定向研发，将最新技术应用到比赛装备中。

“我们能够买到的雪车，与欧美强队使用的定制版雪车相比，运用的许多技术都相差悬殊，导致在冬奥赛场上，我国运动员面临极大竞争难度。”杨小平说。

2019年，科技部发布了第二批“科技冬奥”科研项目申报指南，立项支持雪车装备的研发制造。专家一致认为：突破冰雪运动装备“卡脖子”技术，就从雪车开始！

参赛雪车主要由复合材料车体与金属底盘车架组成，对重量、尺寸、基本用材有明确的要求。具体到车体，要求低风阻、耐冲击，这样才能提升速度，同时确保运动员的安全。“科研需要协同攻关，我们广邀各方优势力量参与，互相支撑。”杨小平说，团队中既有空气动力学专家，也有曾执教中国雪车队的教练员，还有新材料专家。

团队成员从“解剖麻雀”开始，对国外的一台退役雪车层层分析，设计、材料、工艺……雪车内部的面纱被揭开。“看得出来，这台雪车的气动外形是经过精心设计的。但从我们航天人的视角看，还有较大的优化空间。”团队中航天技术人员的反馈让项目团队心里有了底，毕竟火箭整流罩要面对上万公里的时速，对外形的要求绝非百公里级的雪车可以比拟。在工艺材料方面，团队也能在航天领域找到重量更轻、强度更大的碳纤维复合材料。

造国产雪车就要有所创新。团队通过风洞试验与计算结合，完成了雪车气动外形设计与优化，同时将国产的T800宇航级碳纤维复合材料用于车体制造。“它的强度性能较国家队在用装备材料提升1倍以上。”杨小平告诉记者，国产雪车还采用了翼身融合结构整体成型的新工艺，这样一方面保证了雪车车体的低风阻型面精度，另一方面减少了部件连接，提高了车体可靠性。

2021年1月，第一代国产雪车研制成型。风洞测试显示，在满足冬奥会比赛规范的前提下，它的风阻系数较国际同类产品降低了8%。

第二代雪车实现全方位提升

2021年上半年，第一代雪车接受了中国雪车队的阶段性审查，优势明显，不足也依然存在，包括底盘车架不够先进、人机尺寸和操控有待优化等。要想让国产雪车真正驰骋在赛场上，必须加以改进。

解决专项问题，需要寻找专业团队。原有攻关团队联合中国一汽集团成立攻关组，以“安全可靠、人机操控和气动减阻”为重点，启动第二代国产雪车（含双人和四人车两种车型）的研制与生产。

团队分工明确。航天科研人员主要负责自主低风阻高可靠碳纤维车体及其他复合材料零部件的设计与制造，一汽集团主要负责雪车底盘、车架及其他金属零部件的设计与制造。

碳纤维复合材料预浸料要在模具内完成铺贴。这些材料看上去很像壁纸。它是三明治结构，撕开上下两层的隔离保护膜，夹在中间的黑色碳纤维复合材料预浸料两面有黏性，轻薄、柔软、延展性好，呈细小的编织状。杨小平告诉记者，每根碳纤维单丝的直径只有头发丝直径的十分之一左右。

全车铺贴完后，还要把铺覆包封好的车体送进热压罐里。通过对车体加热加压，原本柔软的复合材料中间体就会完全固化，成为坚硬结实的车体。

“与第一代国产雪车相比，第二代雪车实现了全方位提升。”杨小平表示，结构设计更精细，模具设计更合理，材料性能进一步提升……风洞测试显示，与国家队当时的在用车相比，第二代国产雪车计算风阻系数降低6%，实测风阻系数降低4%。

2021年9月10日，首批第二代4辆国产雪车正式交付国家体育总局冬季运动管理中心。这其中，包括两辆双人雪车，两辆四人雪车。

至此，国产雪车的材料、工艺、重量和尺寸等各项指标均满足国际雪车雪橇联合会的标准要求，而且已具备量产能力。随着国产雪车投入量的增加，我们有理由相信，国产雪车在冬季项目比赛中将会大放异彩。

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