8日8日晚,在北京奧運會(huì )開(kāi)幕式上,隨著(zhù)體操王子李寧“飛天”點(diǎn)燃主火炬,那一刻世界的目光全都聚焦在承載圣火的主火炬塔上。 這是一座高達30余米的骨架蒙皮結構建筑,造型獨特,加上“鳥(niǎo)巢”自身支撐骨架的高度,塔頂實(shí)際高度達到了近百米。
相比“鳥(niǎo)巢”四周空曠的環(huán)境,這樣的高度自然會(huì )帶來(lái)十分強大的風(fēng)載荷,加之整個(gè)奧運賽程長(cháng)達18天,為了確保主火炬塔安然屹立,必須掌握其風(fēng)載荷情況。然而主火炬塔形狀酷似卷起的膠片,外形十分復雜,現行建筑結構載荷規范沒(méi)有可供參考的體形系數,導致主火炬塔的結構主體設計和外蒙皮設計缺乏可靠的風(fēng)載荷參照數據。為此,必須通過(guò)風(fēng)洞試驗,準確掌握主火炬塔的風(fēng)載體型系數,為結構設計提供精確有力的依據。 重任落在了總裝駐川某基地科研人員的肩上。因為,這里有亞洲最大的風(fēng)洞群,有一流的試驗技術(shù)手段和優(yōu)秀的科研人才隊伍,空氣動(dòng)力學(xué)綜合試驗研究能力居亞洲之首。 2007年底,受北京奧運會(huì )主火炬塔設計部門(mén)委托,基地承擔了主火炬塔抗風(fēng)設計風(fēng)洞試驗任務(wù)。 主火炬塔的設計和造型是北京奧運會(huì )的核心機密之一,為了圓滿(mǎn)完成任務(wù),該基地從精心挑選參試人員入手,確保每個(gè)環(huán)節萬(wàn)無(wú)一失。所有參試人員都是來(lái)自于風(fēng)洞試驗一線(xiàn)的優(yōu)秀科技干部。 這看似平常的風(fēng)洞試驗任務(wù),卻蘊涵著(zhù)諸多技術(shù)難題。 首當其沖的就是模型設計。由于主火炬塔是復雜的卷曲弧面,風(fēng)洞試驗難度十分大。要獲取最準確的測力測壓數據,必須選用最恰當的試驗模型,比例太大或太小都難以滿(mǎn)足試驗要求。參試科研人員運用空氣動(dòng)力學(xué)數值計算技術(shù)手段,對各種比例的試驗模型進(jìn)行分析計算,最終確定為理想狀態(tài)下的1:15縮比模型,并采用分塊數控加工然后拼裝的方法,成功利用7個(gè)鋼聯(lián)接塊將16個(gè)鋁曲板聯(lián)接成一個(gè)整體,保證了模型外形的準確性。與飛行器和其他建筑物的誕生過(guò)程一樣,是風(fēng)洞,為最終確定主火炬塔的總體布局結構設計頒發(fā)了“準生證”。 克服了模型設計難題后,還要破解自然風(fēng)對主火炬塔的“侵襲”。參試人員考慮到每一個(gè)可能產(chǎn)生影響的細微環(huán)節,風(fēng)洞試驗中,他們不但根據不同風(fēng)向安置了長(cháng)12米、高2米的體育場(chǎng)模型,甚至還保留了體育場(chǎng)周邊的大量建筑模型,真實(shí)模擬了主火炬塔周邊的風(fēng)環(huán)境。為了獲得精確的試驗參數,科研人員沿16個(gè)主要風(fēng)向,在厚度僅20毫米的卷疊狀主火炬塔模型內外表面,均勻布置了300多個(gè)測壓點(diǎn)。然而,這并不是一勞永逸的工作,每改變一次試驗狀態(tài),就要全部吊裝試驗模型和主體建筑物模型,還要在300多個(gè)測壓點(diǎn)重新布置傳感器,任務(wù)量十分繁重。 科研人員克服時(shí)間緊任務(wù)重的困難,堅守在風(fēng)洞內24小時(shí)連續奮戰,先后完成主火炬塔試驗模型豎直、平放各種狀態(tài)下的內外表面測壓、整體測力和煙流試驗等各類(lèi)風(fēng)洞試驗60余次,成功解決了主火炬塔總體布局設計、模擬設備的風(fēng)環(huán)境、橫風(fēng)向共振影響等諸多技術(shù)難題,為主火炬塔主體抗風(fēng)設計提供了大量科學(xué)準確的風(fēng)洞試驗數據。
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