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碳纤维复材加速雪车国产化 | 点亮北京冬奥 炫彩中国智慧

　　2月15日晚，北京冬奥会男子双人雪车比赛在国家雪车雪橇中心“雪游龙”落下帷幕。中国组合孙楷智和吴青泽获得第14名，创造了我国选手在冬奥会该项目上的历史最好成绩。奥运赛场上，孙楷智和吴青哲驾驶着耀眼的“中国红”雪车，在“雪游龙”赛道上风驰电掣，驶出了中国速度。雪车比赛共产生女子单人、女子双人、男子双人、男子四人雪车4枚金牌。尽管此次国产雪车并未在北京冬奥会比赛中亮相，但我国已经采用高性能碳纤维复合材料成功制备了国产雪车，在该领域实现了“零”的突破。

　　由于雪车制造技术含量高、工艺复杂，一直被国外垄断，影响了雪车项目在我国的发展。2019年，科技部“科技冬奥”重点专项设立了“冬季项目碳纤维复合材料高性能器材关键技术”项目，国产雪车是项目的重点攻关对象。如今，我国雪车实现了“从无到有”的突破，第二代国产雪车便是典型代表。

　　从最初的研发到如今的第二代国产雪车，国产雪车的研发之路充满坎坷与荆棘，但依然无法阻挡研发团队前进的脚步。2019年10月，由中国航天科技集团一院703所牵头，联合北京化工大学、中国航天空气动力技术研究院、北京体育大学、东莞理工学院等多家相关领域技术优势单位申报了该项目并获得支持。

　　航天一院703所作为国产雪车专项攻关小组的核心，负责首台国产双人雪车样机的设计、研制及应用示范。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”效果。至此，国产雪车在设计、材料、工艺等方面完成突围。

　　最让人振奋鼓舞的是，第二代雪车与第一代国产雪车相比，实现了全方位提升。北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室副主任杨小平是碳纤维复合材料高性能器材关键技术的项目负责人。据杨小平介绍，第二代雪车的结构设计更加精细，模具设计也更合理，材料性能得到进一步提升。风洞测试数据显示，与国家队在用车相比，第二代国产雪车的计算风阻系数降低6%，实测风阻系数降低4%。

　　雪车被誉为“冰上F1”，是名副其实的冬奥会“速度之王”。雪车车体从外观上看像一辆敞篷赛车，不仅有底盘、方向舵，选手更是能够坐在车内完成比赛。雪车尾部装有制动器，舵手通过雪车内两个把手控制的滑轮系统驾驶雪车。就这样一辆纯靠人工操纵，无机械动力系统助力的雪车，时速可以超过100千米。

　　为了能够让国产雪车在赛场风驰电掣，帮助运动员提高成绩，车身所用材料需要具有质量轻、强度高的性能特点。杨小平介绍，国产雪车的研制采用了高性能碳纤维复合材料，是由轻质高强的国产宇航级碳纤维TG800与耐高低温交变(-196℃～120℃)韧性专用树脂复合而成。

2月17日，中国雪车运动员正在训练备战。(CFP 供图)

　　国产雪车所用的碳纤维复合材料是设计过程中的最大亮点。“TG800是航天航空领域应用发展的新型材料，材料密度只有钢的1/5左右，强度却是钢的2倍。”杨小平介绍说，这种材料运用到雪车上可以在确保装备安全的前提下大幅减轻雪车车身质量，目前双人雪车的车身质量不到50千克。特别值得一提的是，TG800的一个关键指标：冲击或压缩强度达到了350兆帕，能够保护运动员在发生撞车事故时不受到伤害。

　　杨小平强调，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测试后，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。

　　不仅如此，科研团队还解决了舵面车身流线化、雪车制造及头盔制造等方面的技术难题。他们实现了舵面车身系统优化，测试结果与国际同类产品相比，风阻系数降低了8%；采用热压罐技术，结合一体化制造，检测结果显示缺陷小于1%，保证了高安全性。同时，雪车运动员的头盔结合3D打印的点阵技术和碳纤维复合材料，并采集运动员头部的个性化数据进行定制。碳纤维头盔的质量减轻了20%，风阻系数也明显下降，运动员佩戴的舒适度显著提高。

　　雪车项目并不是我国体育运动强项，中国雪车国家队在2015年才成立，属于起步晚的项目，但在本届冬奥会上，中国雪车运动员们团结拼搏的身影感染着我们，激发了更多人对冰雪运动的兴趣。北京冬奥会已经成为实现全民冰雪运动的契机，“带动三亿人参与冰雪运动”，越来越多的萌娃、青少年、体育运动爱好者拿起雪板，走向雪场;穿上冰鞋，在冰场上肆意飞舞。

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