北京奧運(yùn)會(huì)上的火炬和煙花.ppt

1、1,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云” 北京奧運(yùn)會(huì)上的煙花,北京奧運(yùn)會(huì)上的火炬和煙花,2,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,北京奧運(yùn)會(huì)火炬名為“祥云”，造型的設(shè)計(jì)來(lái)自中國(guó)傳統(tǒng)的紙卷軸。從科技含量上，北京奧運(yùn)會(huì)火炬在燃燒穩(wěn)定性與外界環(huán)境適應(yīng)性方面達(dá)到了新的技術(shù)高度，能在每小時(shí)65公里的強(qiáng)風(fēng)和每小時(shí)50毫米的大雨情況下保持燃燒。在工藝方面使用錐體曲面異型一次成型技術(shù)和鋁材腐蝕、著色技術(shù)。燃料采用丙烷，更加符合環(huán)保要求，順應(yīng)綠色奧運(yùn)的理念，北京奧運(yùn)會(huì)的火炬外形制作材料還是可回收的環(huán)保材料。,3,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,“祥云”的燃料選擇經(jīng)過(guò)多次模擬實(shí)驗(yàn)，最終確定為丙烷，丙烷燃燒后主要產(chǎn)物是二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響也

2、可以降到最低，不但如此，丙烷還可以適應(yīng)比較大的溫度范圍，在零下40時(shí)仍能產(chǎn)生1個(gè)以上的飽和蒸汽氣壓并形成燃燒。此外，由于丙烷燃燒產(chǎn)生的火焰呈亮黃色，在火炬手跑動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)飄動(dòng)的火焰在不同的背景下非常醒目，這樣的顏色便于識(shí)別和電視轉(zhuǎn)播、新聞攝影的需要。,4,5,6,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,“祥云”擁有極為出色的抗風(fēng)能力。在加滿燃料的情況下它可以燃燒1520分鐘，即使在8級(jí)大風(fēng)和每小時(shí)50毫米的暴雨等情況下也能保持穩(wěn)定燃燒。 高溫不褪色也是“祥云”的高強(qiáng)本領(lǐng)之一?；鹁婵谕康募t色顏料不僅代表了熊熊燃燒的火焰，還是一種蓄含高科技的產(chǎn)品。這種顏料耐得住1000攝氏度的高溫，并且這種溫度下也不褪色。,7,北

3、京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,在“祥云”極具古典韻味的外表下還跳動(dòng)著一顆有力的“心臟”，其心臟的燃燒系統(tǒng)包含燃燒器、穩(wěn)壓裝置、燃?xì)夤奕糠帧?“祥云”的燃燒器采用了創(chuàng)新的雙火焰方案，即預(yù)燃室加主燃室。預(yù)燃室和主燃室分開(kāi)的做法在奧運(yùn)火炬的設(shè)計(jì)上尚屬首次。當(dāng)燃?xì)饬鞒龊?，一部分進(jìn)入燃燒器的主燃室，形成擴(kuò)散的比較飽滿的火焰；另一部分則進(jìn)入預(yù)燃室，保持一個(gè)較小但十分穩(wěn)定的火焰，如果出現(xiàn)極端情況，主燃室火焰熄滅，埋在火炬頂端下方的預(yù)燃室仍不受影響，能保證火炬繼續(xù)燃燒。,8,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,不滅的火焰雙火焰方案 火炬在傳遞過(guò)程中要求不能熄滅，而且不論刮風(fēng)還是下雨，都必須保持火炬燃燒的狀態(tài)。盡管大家過(guò)去也都想

4、了很多方法，但是在奧運(yùn)會(huì)歷史上還是經(jīng)常出現(xiàn)意外。例如：上一屆雅典奧運(yùn)會(huì)在火炬?zhèn)鬟f的兩個(gè)最重要的儀式上都曾出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。與此不同，在悉尼奧運(yùn)會(huì)上，奧運(yùn)火炬還首次實(shí)現(xiàn)在海底傳遞。 對(duì)于一般的奧運(yùn)火炬來(lái)說(shuō)，要保證火焰不滅，那么必須要能夠始終足夠的產(chǎn)生大量的熱才能維持火焰的在各種極端情況下，相應(yīng)的要求氣體燃料足夠多，燃燒室中產(chǎn)生火焰熱量足夠大才能抵御各種情況。這樣以來(lái)勢(shì)必要求燃燒系統(tǒng)所占的體積很大，相應(yīng)火炬的重量也會(huì)增加。但是對(duì)于奧運(yùn)火炬?zhèn)鬟f手來(lái)說(shuō)，從安全的角度考慮，不希望火焰的熱量過(guò)大，同時(shí)為了使用方便，也不希望火炬的體積和重量過(guò)大的。因此，技術(shù)系統(tǒng)中對(duì)同一參數(shù)出現(xiàn)了完全相反的要求，在TRIZ理論中

5、將這種情況稱為“物理矛盾”。在TRIZ理論中，由第41號(hào)到51號(hào)創(chuàng)新原理來(lái)專門解決物理矛盾。,9,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,在奧運(yùn)火炬歷史上，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)使用鎂、火藥、樹脂、橄欖油各種材料作為火炬的燃料(關(guān)于各屆奧運(yùn)火炬情況參見(jiàn)附錄中的表格)。1936年柏林奧運(yùn)會(huì)制作了第一把火炬，由鎂為主的燃料供燃。但是在1956年奧運(yùn)會(huì)火炬的最后一棒，采用鎂和鋁做燃料，火焰很亮，但劇烈燃燒產(chǎn)生的灰燼卻灼傷了火炬手的手臂。 因此，這種采取固體鎂的燃燒方式，逐漸被替代。1960年羅馬奧運(yùn)會(huì)的火炬用天然樹脂松香作燃料。天然的樹脂是一種彈性體。后來(lái)，到1972年慕尼黑奧運(yùn)會(huì)首次引入了液體燃料。在壓力作用下，燃料以液態(tài)存

6、貯，燃燒時(shí)則是氣體，這樣既安全又易于儲(chǔ)存，以后的奧運(yùn)會(huì)火炬大都采用了這種方式。,10,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,“祥云”之“芯”分三部分 美麗的祥云、火熱的漆紅、古樸的紙卷軸2008奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”有著完美的外表。在美麗的外表下，“祥云”跳動(dòng)著一顆有力的“心臟”。為了給火炬提供可靠的燃燒系統(tǒng)，航天科工集團(tuán)為奧運(yùn)圣火貢獻(xiàn)了一顆可靠的“芯”。這顆“芯”的燃燒系統(tǒng)包含燃燒器，穩(wěn)壓裝置，燃?xì)夤奕糠?。其中燃燒器采用了?chuàng)新的雙火焰方案，即預(yù)燃室加主燃室。預(yù)燃室與主燃室分開(kāi)的做法在奧運(yùn)火炬的設(shè)計(jì)上尚屬首次，預(yù)燃室的火焰將保證火炬“火種不熄”，即便遇到大風(fēng)天氣，埋在火炬頂端下方的預(yù)燃室仍不受影響。而主燃室衍

7、生出的火焰將使整支火炬的火苗熊熊燃燒，保證火炬的視覺(jué)效果。,11,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,“亮黃”火焰不會(huì)忽高忽低 “祥云”的設(shè)計(jì)采用了穩(wěn)壓閥，它用于保持氣體的壓力，從而使火焰高度得以穩(wěn)定。 與往屆奧運(yùn)會(huì)火炬的混合燃料不同，北京2008奧運(yùn)會(huì)火炬的燃料采用丙烷。這是一種價(jià)格低廉的常用燃料，而且溫度范圍比較寬。丙烷燃燒只形成水蒸氣和二氧化碳，沒(méi)有其他物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合綠色奧運(yùn)的要求。丙烷氣體燃燒的火焰顏色為亮黃色，這樣的顏色便于識(shí)別和電視轉(zhuǎn)播、新聞攝影的需要。,12,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,不用保溫車燃料穩(wěn)定供應(yīng) 當(dāng)火炬的燃料溫度至20時(shí)，燃料罐內(nèi)的丙烷燃料會(huì)產(chǎn)生10個(gè)左右大氣壓的壓

8、力，而結(jié)實(shí)的“祥云”的燃料罐可以承受150個(gè)大氣壓。因此，完全不必?fù)?dān)心火炬燃料因壓力過(guò)大產(chǎn)生外泄。當(dāng)外界溫度低至-20時(shí)，丙烷燃料產(chǎn)生的大氣壓僅為2個(gè)，在如此低的大氣壓下，如何保證火炬的能源供給源源不斷呢？穩(wěn)壓閥和回?zé)峁軐⒔鉀Q這一問(wèn)題。 以往的奧運(yùn)會(huì)火炬采用的是混合燃料，需要配備保溫車以保持燃料的溫度和產(chǎn)生的壓力，北京2008奧運(yùn)會(huì)火炬使用回?zé)峁?，將火炬燃燒所產(chǎn)生的熱量用以加熱燃料。這樣，燃料罐不用借助外部加熱裝置的幫忙，就能使燃料產(chǎn)生足夠的壓力，支持火炬熊熊燃燒。,13,北京奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”,跌落遇雨火炬繼續(xù)燃燒 為了確保祥云燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定，每一個(gè)細(xì)節(jié)都得到了充分考慮，燃?xì)夤薏捎寐菁y連接，

9、避免安裝疏忽造成無(wú)法點(diǎn)燃。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了火炬意外跌落時(shí)仍會(huì)繼續(xù)燃燒。北京2008奧運(yùn)會(huì)火炬在燃燒穩(wěn)定性與外界環(huán)境適應(yīng)性方面達(dá)到了新的技術(shù)高度，能在每小時(shí)65公里的強(qiáng)風(fēng)和每小時(shí)50毫米的大雨情況下保持燃燒。,14,一、鞭炮和爆竹 我國(guó)人民有一個(gè)傳統(tǒng)習(xí)慣，在喜慶吉日、喬遷開(kāi)業(yè)之時(shí)，都要放鞭炮、爆竹，以示慶賀，增添喜慶氣氛。 爆竹內(nèi)的火藥是以1硫2硝3碳的黑色火藥為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的，一般配方是： 硝酸鉀（KNO3）3克 硫磺（S）2克 炭粉（C） 4.5克 蔗糖（C12H22O11） 5克 鎂粉（Mg）12克 點(diǎn)燃后的爆炸反應(yīng)主要是： S2KNO33CK2SN23CO2707千焦,15,爆炸反應(yīng)的特點(diǎn)有

10、： 反應(yīng)速度極快； 產(chǎn)生大量熱并導(dǎo)致高溫； 體積急劇膨脹； 低敏感度。,一、鞭炮和爆竹,16,二、煙花,煙花即花炮、彩色煙火、禮花，常用于節(jié)日之夜，也可用作照明彈、信號(hào)彈。 結(jié)構(gòu)。由底部和頂端兩部分組成。底部為一大爆竹，裝黑色火藥，爆炸時(shí)將頂端推向空中。頂端為一圓球，裝有燃燒劑（主要成分為黑色火藥）、助燃劑（主要成分為鋁鎂合金、硝酸鉀、硝酸鋇等，其中硝酸鹽分解放出大量氧，使燃燒更旺）、發(fā)光劑（鋁粉或鎂粉， 燃燒時(shí)放出白熾光）、發(fā)色劑（為各種 金屬鹽，是產(chǎn)生色彩的關(guān)鍵成分）、 笛音劑（高氯酸鉀和苯甲酸的混合物， 燃燒時(shí)發(fā)出美聲）。,17,成分。不同顏色煙花的配方見(jiàn)表 表常見(jiàn)焰色煙花配方 焰色 配

11、方組成（克） 紅焰 氯酸鉀2.5硫磺粉2.5木炭粉1 硝酸鍶8 綠焰 氯酸鉀3 硫磺粉1.5木炭粉0.5硝酸鍶6 藍(lán)焰 硫磺粉2 硝酸鉀9三硫化二銻2 黃焰 氯酸鉀3 硫磺粉12木炭粉2硝酸鈉5 白焰 硫磺粉3木炭粉2硝酸鉀12鎂粉1 紫焰 氯酸鉀7硫磺粉5硝酸鉀7蔗糖2,18,焰色來(lái)源于高溫下金屬離子的焰色反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)室里我們可利用焰色反應(yīng)來(lái)鑒定金屬離子(見(jiàn)下表)： 離子 鋰 鈉 鉀 銣 銫 鈣 鍶 鋇 銅 焰色 紅 黃 紫 紫紅 紫紅 橙紅 紅 黃綠 綠 除上述發(fā)色劑外，還有硝酸銫（天藍(lán)）、硝酸銣（紫紅）、氯化鉈（綠）、硫酸銅（藍(lán)）、硝酸銦（藍(lán)靛色）等。高級(jí)煙花中有笛音劑。,19,奧運(yùn)會(huì)上

12、的煙火,開(kāi)幕式鳥巢焰火燃放，共有16000枚煙花在鳥巢上空競(jìng)相斗艷（閉幕式8000枚），不論是燃放數(shù)量，還是燃放時(shí)長(zhǎng)以及燃放地點(diǎn)選擇，均超過(guò)往屆奧運(yùn)會(huì)，而且還將采用空氣發(fā)射、植入芯片等最新燃放技術(shù)。奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上的焰火盛宴，同時(shí)也是世界焰火史的一次革命。,20,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,開(kāi)幕式和閉幕式上的焰火表演震撼了全世界，震撼，不僅因其恢宏的場(chǎng)面和對(duì)燃放過(guò)程的精確控制，而且因其綻放地清爽煙花燃放數(shù)量雖大，卻沒(méi)有紙屑?xì)堅(jiān)h落，也沒(méi)有刺鼻異味。燃放成功則要?dú)w功于多項(xiàng)世界首創(chuàng)的技術(shù)：燃放每一個(gè)瞬間都由電腦計(jì)算完成，而芯片煙花的采用，使操控可精確到每個(gè)火花；制造煙花的材料也獨(dú)樹一幟，環(huán)保材料代替“紙殼壓力艙

13、”、壓縮空氣取代火藥，這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，解決了煙花的環(huán)保問(wèn)題。,21,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,讓焰火構(gòu)成一個(gè)腳印的圖案是世界范圍內(nèi)的首創(chuàng)。在15公里內(nèi)布放29個(gè)腳印，每?jī)蓚€(gè)腳印之間的距離就要控制在500米左右，從永定門開(kāi)始，向北每隔500米就布設(shè)了一個(gè)焰火發(fā)射系統(tǒng)，而腳印之間的時(shí)間間隔是兩秒。每個(gè)腳印大概在空中170到180米的高度綻放，每個(gè)腳印在空中持續(xù)的時(shí)間是五六秒鐘，如果那時(shí)站在中軸線上的任一位置，能看到前、中、后三個(gè)腳印，之后的腳印離你太遠(yuǎn)就看不到了。,22,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,我們中國(guó)人看煙火的機(jī)會(huì)并不是很少，但是這次奧運(yùn)會(huì)上的煙火還是讓大家都為之驚嘆的，奧運(yùn)會(huì)的煙火和以往的傳統(tǒng)的煙火有了哪些重

14、大的突破呢？ 第一是體現(xiàn)出來(lái)了這么大規(guī)模的燃放，它很安全，藥物的配方，使用了安全的氧化劑代替了過(guò)去不安全的氯酸鉀的氧化劑，這是一個(gè)突破。 第二個(gè)突破就是這一次煙花多數(shù)是用了開(kāi)發(fā)研制出來(lái)的無(wú)煙的或者微煙的這種煙花技術(shù)。 第三個(gè)突破就是科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新。,23,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,綠色奧運(yùn)，不能讓大家看夠玩夠后，留下一地殘?jiān)?，滿場(chǎng)黑煙，所以，研究小組改變了煙花的金屬可燃物和色焰劑，這樣，沒(méi)有燃燒完全的殘?jiān)蚣?xì)小燃燒產(chǎn)物即使彌漫在空中，也難以形成肉眼能見(jiàn)的煙霧，更不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的殘?jiān)碗s質(zhì)。最要緊的是，這種焰火燃燒后，產(chǎn)生的是二氧化碳、一氧化氮、氮?dú)狻⑺魵獾葰怏w，而不產(chǎn)生一氧化碳、二氧化氮和微粒狀固體可吸

15、入顆粒物，對(duì)人體和環(huán)境絕對(duì)無(wú)害。,24,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,動(dòng)態(tài)焰火帶給全世界觀眾無(wú)與倫比的驚喜與贊嘆，而這些動(dòng)態(tài)焰火的主要研發(fā)者，就是北京理工大學(xué)宇航科學(xué)技術(shù)學(xué)院的趙家玉老師，他身兼北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)閉幕式焰火團(tuán)隊(duì)專家組組長(zhǎng)。這也是繼1949年開(kāi)國(guó)大典負(fù)責(zé)煙花燃放之后，北京理工大學(xué)對(duì)國(guó)人的又一次巨型獻(xiàn)禮。 奧運(yùn)期間燃放的焰火，具備無(wú)殘?jiān)o(wú)煙或少煙、環(huán)保無(wú)公害的要求，相關(guān)技術(shù)均已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。而動(dòng)態(tài)焰火的研發(fā)在全球更是首次。,25,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,與以往靜態(tài)燃燒的奧運(yùn)五環(huán)焰火圖案不同，本屆奧運(yùn)開(kāi)幕式的奧運(yùn)五環(huán)焰火第一次“動(dòng)”了起來(lái)-紅、綠、白、藍(lán)、黃五色圓環(huán)從不同方位升上天空，在114米高空開(kāi)始套

16、在一起，隨即逐步形成“奧運(yùn)五環(huán)”圖案并運(yùn)行到170米的高空。,26,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,冷焰火就是采用燃點(diǎn)較低的金屬粉末，經(jīng)過(guò)一定比例加工而成的冷光無(wú)煙焰火，冷焰火燃點(diǎn)低，燃點(diǎn)在60-80，外部溫度30-50，對(duì)人體無(wú)傷害。適用于舞臺(tái)表演和各種造型設(shè)計(jì)。而普通焰火燃點(diǎn)在500-800之間，燃燒時(shí)容易對(duì)人體造成傷害。冷焰火科技含量高，以環(huán)保無(wú)污染而倍受人們青睞。,27,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,燃放焰火雖然是我國(guó)舉行慶典的傳統(tǒng)項(xiàng)目，但是現(xiàn)有的焰火品種在材料和燃放上存在很大的安全隱患。為此，奧運(yùn)焰火材料的選擇突出了安全環(huán)保。比如在黏合劑材料上，使用賽璐珞、環(huán)氧樹脂等新材料取代了容易吸濕霉變的淀粉材料，既能增強(qiáng)煙

17、花制品的安全性，又能提高焰火的亮度和色度，還不容易出現(xiàn)“啞炮”現(xiàn)象。 傳統(tǒng)焰火燃放時(shí)產(chǎn)生的大量煙塵和有害氣體，會(huì)對(duì)環(huán)境及人體造成損害。燃放有害焰火也有悖于北京奧組委對(duì)世界人民的承諾。但是，以當(dāng)前的科技水平還不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃放，無(wú)煙煙花一直是焰火科技有待解決的難題。 南京理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)突破了制作無(wú)煙或微煙焰火關(guān)鍵技術(shù)的障礙，研制出了焰火的微煙引線。使用這種微煙引線引燃雖然也有煙霧，但煙霧濃度要比目前廣泛使用的有煙引線帶來(lái)的煙霧濃度低73%，可以在最大程度上避免污染。,28,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,從唐代記載的“一硝二磺三木炭”，1000多年來(lái)，我國(guó)的常規(guī)煙花產(chǎn)品主要成分都包含黑火藥，其主要成分是硝酸鉀

18、、硫磺、木炭，這些物質(zhì)燃燒后會(huì)產(chǎn)生硫化鉀、二氧化硫等成分，既有濃煙，也對(duì)環(huán)境和人體有害。而且，硝酸鉀也容易吸潮。 今天，煙花產(chǎn)品所用藥劑主要由主燃劑、色焰劑、火花與火花分枝劑組成。其中，主燃劑由含碳、氫、氧、氮的硝基化合物組成，色焰劑由鍶、鋇、銅、鈉、鈣等化合物組成，火花劑主要由金屬可燃物組成。 奧運(yùn)會(huì)所用煙花在藥劑原材料選擇和藥劑配方上作了改進(jìn)。,29,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,首先，在藥劑原材料選擇方面，采用硝基化合物、多基化合物等可燃物質(zhì)取代硫磺，以鐵鈦合金等輕金屬粒子、氧化鉍氧化劑，替代了鎂、汞、鉛等物質(zhì)。 由于所用的原料不吸潮，點(diǎn)燃溫度在230到250之間，增強(qiáng)了在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中的安全性，并且原料純度要求均在95%以上。 其次，通過(guò)藥劑配方研究，使焰火燃放時(shí)，產(chǎn)生二氧化碳、一氧化氮、氮?dú)?、水蒸氣等氣體，而不產(chǎn)生一氧化碳、二氧化氮和微粒狀固體可吸入顆粒物，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。,30,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,這樣，金屬可燃物和色焰劑在燃燒過(guò)程中最終形成的金屬氧化物和氯化物粒子小于1m，可以防止或減少未燃燒完全的殘?jiān)蚣?xì)小燃燒產(chǎn)物彌漫在空中，形成肉眼能見(jiàn)的煙霧。煙花燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的殘?jiān)碗s質(zhì)，不會(huì)出現(xiàn)殘留物、彈片、紙屑飛下等情況。,31,奧運(yùn)會(huì)上的煙火,奧運(yùn)會(huì)煙花科技的創(chuàng)新亮點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：新材料的應(yīng)用，新品種的研