院士解密火炬燃烧系统：高科技为圣火保驾护航

　　奥运圣火：可在八级大风下燃烧

　　北京2008年奥运会火炬可持续燃烧15分钟，在每小时65公里的强风和每小时50毫米雨量的情况下依旧保持燃烧。火炬火焰高度为25厘米至30厘米，在强光和日光情况下均可识别和拍摄。火炬“祥云”究竟是怎样实现上述要求的呢？来自航天科工集团的中国工程院院士刘兴洲对火炬燃烧系统进行了解密。

　　祥云·燃芯：祥云“心脏”三部分构成

　　火炬内部燃烧系统可谓是它的“心脏”。刘兴洲院士介绍说，“祥云”燃烧系统由燃烧器、稳压装置和燃气罐(储存燃气)三部分组成。当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，然后经过稳压阀。稳压阀的作用是使从气罐里出来的气体经过稳压阀后，保持一定的压力。如果气体压力稳定的话，在各种气候变化时，火炬的火焰能保持一定高度。气体从稳压阀出来后，会经过回热管，到达阀门后气体“兵分两路”，一路流到燃烧器的预燃室，另外一路流到主燃室。

　　祥云·焰高：火焰稳定在25至30厘米

　　“在火炬创新设计上，我们采用了双火焰方案。” 刘兴洲院士说：“到达预燃室的气体与空气形成预混火焰，可以保持稳定的燃烧；到达主燃室的气体，将进行空气的补燃，形成饱满的火焰，通过这种形式，以保证火炬的火焰持续保持到25到30厘米，并持续有一定的燃烧时间。”

　　祥云·燃料：丙烷燃烧不会对破坏环境

　　“祥云”的燃料丙烷，丙烷燃烧后形成水蒸气和二氧化碳，不会外界造成污染，是一种环保燃料。它能够适应的温度范围比较宽，由于火炬要在世界各地传递，有的地方温度高，有的地方温度低，因此用丙烷这种燃料是比较适合的。

　　悉尼奥运会的火炬燃料采用的是丁烷和丙烷的混合而成的燃料。“祥云”为什么只选用丙烷呢？刘兴洲院士解释说：“丙烷可在低温可以保持一定的压力，像丁烷在低温时压力就变得很低了，很难喷出来。以往很多火炬传递需要跟着保温车，在保温车里保温，点燃的时候再把燃气罐拿出来，而丙烷燃料适应的温度范围比较宽。”

　　“但是，丙烷并不是说就没有任何问题，它在低温时压力较小，喷出相对困难，而且在丙烷液体变成气体时需要吸收热量，导致燃气罐温度降低，所以我们在设计的时候加了回热管，用火炬火焰的热量来加热燃气罐，使得丙烷是始终保持一定的温度。”刘兴洲说。

　　祥云·焰色：强光下亮黄色火焰清晰可见

　　刘兴洲表示，丙烷气体燃烧火焰的颜色为亮黄色。火炬手传递火炬是一般是跑动的，火焰是动态的，火炬传递中还要经历不同背景，因此丙烷燃烧的火焰颜色的可视性很好，在强光和日光情况下均可识别和拍摄。

　　祥云·燃时：火炬最长可持续燃烧15分钟

　　按照要求，奥运会火炬须持续燃烧15分钟。刘兴洲介绍说，由于“祥云”体积比较小，我们加长了燃料罐的长度。在验收试验时，火炬持续燃烧了27分钟。每个火炬手传递的路程只有200米，因此，祥云燃烧时间足可以保证传递要求。

　　祥云·防爆：燃气罐可承受150个大气压

　　燃料在燃气罐内是否安全，能否出现爆炸的可能？刘兴洲说：“丙烷20摄氏度时，罐内的压力为10个标准大气压，更高的温度下压力就更大。在零下20摄氏度时罐内压力为2个标准大气压。我们现在火炬的燃气罐，经过水压实验可承受150个大气压，所以火炬是安全的，不会出现压力过大爆炸的可能。”

　　祥云·防漏：军工技术确保燃料不外泄

　　以前的奥运会曾经发生过燃气泄漏，从而造成熄火，并带来不安全因素。“我们的火炬的燃气罐和稳压阀是连接在一起的，我们在密封连接上采用了军品的技术，保证燃气罐和稳压阀可靠连接，不会产生泄漏。我们经过多次试验，已经证明这点。”对于防止燃料泄漏的问题，刘兴洲自信地说：“火炬在稳压阀上还有开关，必须用钥匙才能打开，打开后气体才会流出。另外，燃气罐的换拆很方便，它采用螺纹连接，用手拧上就行。”

　　祥云·跌落：跌落后圣火仍然继续燃烧

　　奥运会的圣火应该是不灭的，连续不断的。“火炬在传递过程中，发生跌落时圣火仍然会继续燃烧，重新把火炬捡起来，可以继续前进。”刘兴洲说。

　　祥云·防雨：大雨中火炬不会被浇灭

　　按照要求，火炬在每小时50毫米雨量的情况下依旧保持燃烧。刘兴洲说，目前从实验情况来看，火炬在大雨中不会被浇灭，甚至比大雨雨量大几十倍的雨都不会把火焰熄灭。

　　祥云·抗风：八级大风下可继续燃烧

　　“火炬的抗风性我们也做了很多的实验。我们在高空室造成了风的条件，目前模拟的最大风力为30米/秒。一般来说，15米/秒就是八级大风了。八级大风时，火炬传递就不会进行，因此我们的火炬可以应付足够大的风。”刘兴洲说：“在实验中，我们发现不仅大风对火炬燃烧有影响，突然变化的切变风以及无规则的小风对火炬是有影响，最终我们在实验仓内进行了风切变的模拟，结果是火炬在这种条件下，已然可以燃烧不灭。”

　　火炬顶端的纸卷形状容易形成风的回旋，为此，科研人员在技术上进行了改进。“我们主要是对预然室的抗风性进行提高，只要预燃室不灭，整个火焰就不会灭。我们在预燃室上方加了盖板，提高了它的抗风性能。遇到瞬时的风变，火炬已然可以正常燃烧。“刘院士解释说。

　　祥云·温度：手持火炬不会被烧伤

　　刘兴洲表示，燃烧室本身有一个外壳，不会对火炬的外壳有任何损坏。火炬手手持的部位温度与手温差不多，火炬燃烧不会对火炬手造成伤害。(《竞报》独家提供 文/本报记者 崔鲸涛)