巨幅紅旗：揚我國威

◎ 北京空間機電研究所 李 莉

10月1日上午10時40分許，在慶祝新中國成立70周年閱兵儀式上，空中護旗梯隊的9架直—8直升機分別懸掛黨旗、國旗、軍旗飛過天安門廣場。巨幅黨旗和國旗長9m、寬6m，軍旗長7.5m、寬6m，在高空中經受著160~180 km/h飛行速度考驗。

一般情況下，在如此高的速度下，巨幅旗幟尾部會產生劇烈抖動，受到很強的沖擊，這種沖擊往往會使旗幟邊緣局部受損，進而在集中載荷作用下整個旗幟將被撕裂。但是，懸掛于直升機下方的閱兵紅旗毫發無損，平整展開，絢麗多姿。

在盛大的慶典活動中進行國旗飛行展示是國際慣例，各國通常采用降低飛行速度或縮小旗面尺寸的辦法來解決旗面破損的問題，飛行速度一般不超過100km/h。但是對于國慶閱兵來說，讓懸掛紅旗的直—8直升機降低速度在整體方案上是不可行的，因為它們是整個空中受閱方隊的排頭兵，其后是固定翼飛機，過低的飛行速度會對固定翼飛機產生很大的安全隱患，而如將旗面的尺寸縮小又會大大影響飛行展示效果。

在這種背景下，北京空間機電研究所承接下了國慶閱兵紅旗攻關任務，科研人員集智攻關，迅速攻克了巨幅閱兵紅旗高速飛行旗面破損的技術難題。難題的解決正是得益于北京空間機電研究所在航天器氣動減速領域雄厚的技術實力，柔性的閱兵紅旗在高速氣流下的飛行與航天器回收降落傘的工作原理有一定的相似之處，研制人員通過應用流固耦合仿真分析等降落傘設計方法和思路，完美地呈現了閱兵紅旗的英姿。細微之處彰顯實力，航天技術在關鍵時刻支持了國慶閱兵紅旗的研制工作。

旗面材料更輕更強

國慶閱兵紅旗的需求單位在閱兵訓練開始前，曾選用了幾種市場上常規的滌綸材質的紅旗進行試飛，結果紅旗完全不能承受高速氣流的沖刷，破損嚴重。他們認為破損嚴重是因為紅旗材料的強度不夠，于是決定通過增加質量的方法來增加旗面材料的強度，使旗面材料變得又厚又重，結果經過再次飛行試驗后的旗面尾部吹毛脫絲的現象非常嚴重，而且紅旗飛行時抖動異常，聲響巨大。

從降落傘的研制經驗可知，旗面材料在氣流中飛行時，旗面尾部所受到的慣性力大小與材料的質量分布率成正比，即旗面材料質量增加后，雖然自身的強度提高了，但是所承受的破壞力也更大了。而且飛行試驗也證明，在同等強重比條件下，質量較大的旗面破壞更為嚴重。

在降落傘研制思路的引導下，北京空間機電研究所國慶閱兵紅旗研制團隊著手進行了旗面材料的選取，經過對比各種不同類型的材料，團隊更傾向選擇自己最熟悉的降落傘同性質的材料。降落傘傘衣材料所用高強錦絲長絲的線密度可以達到20旦或更小，粗細僅有頭發絲直徑的1/3，但單紗強度可達普通民用錦絲強度的2倍，因此更易制造出質量輕而強度高的旗面材料。最終，團隊選擇了一種高強錦絲綢，其強度比神舟飛船降落傘用傘衣材料提高了17%，而質量卻降低了15%。

可是，如果簡單地用這種材料制作閱兵紅旗，高空飛行中透光度太強，飛行起來的展示效果不完美。因此，北京空間機電研究所請專門的材料研制廠家經過攻關研究，在布料上涂了一層特制的涂料，既改善了外觀，又使紅旗具有很好的防雨能力，即使閱兵時下雨，雨點打在旗面上也會迅速滑落，紅旗依舊迎風飄揚。

“風兜”設計心思巧妙

紅旗在空中遇到高速氣流沖擊時，不僅容易發生破損撕裂，而且旗面尾部會發生較大變形，這對掛飛紅旗的展示效果產生了很大影響，這就要求旗面材料有一定的剛度，而旗面材料采用的是輕薄柔軟的錦絲綢材料，剛度很低。基于此，北京空間機電研究所的研制人員幾經探索、驗證，通過優化旗面整體結構設計來提高整體剛度。

結合真實飛行試驗數據，參照降落傘流固耦合仿真分析軟件計算結果，設計人員對旗面的尾部進行結構改進優化設計，最終確定了增加“風兜”的技術方案，這同樣是借鑒了降落傘的設計技術。在旗面尾部的兩側分別增加兩塊梯形的兜狀設計，可以大大提高旗面尾部的受力拒變能力，大大減輕風力對旗面尾部的壓迫，既減小旗面變形，又保護旗面。從閱兵飛行效果來看，這項技術也使掛飛展示紅旗設計技術取得了新的突破。

“中國紅”飄過的那一刻，“航天藍”沸騰了。這次任務是繼北京空間機電研究所承擔新中國成立50周年、60周年慶祝大會大型充氣燈籠和紀念抗戰勝利70周年閱兵紅旗項目之后再次承擔的閱兵紅旗打造任務。以國為重，鑄造精品。北京空間機電研究所將不辱使命，繼續打造高技術、高可靠、高品質的航天產品，以實際行動踐行初心使命，為實現中華民族的偉大復興貢獻屬于自己的航天力量。