08年北京奥运会上的火炬和烟花

1、1o北京奥运会火炬“祥云”o北京奥运会上的烟花北京奥运会上的火炬和烟花2北京奥运会火炬“祥云”o 北京奥运会火炬名为“祥云”，造型的设计来自中国传统的纸卷轴。从科技含量上，北京奥运会火炬在燃烧稳定性与外界环境适应性方面达到了新的技术高度，能在每小时65公里的强风和每小时50毫米的大雨情况下保持燃烧。在工艺方面使用锥体曲面异型一次成型技术和铝材腐蚀、着色技术。燃料采用丙烷，更加符合环保要求，顺应绿色奥运的理念，北京奥运会的火炬外形制作材料还是可回收的环保材料。 3北京奥运会火炬“祥云”o “祥云”的燃料选择经过多次模拟实验，最终确定为，丙烷燃烧后主要产物是二氧化碳和水，对环境的负面影响也可以降到

2、最低，不但如此，丙烷还可以适应比较大的温度范围，在零下40时仍能产生1个以上的饱和蒸汽气压并形成燃烧。此外，由于丙烷燃烧产生的火焰呈亮黄色，在火炬手跑动时，动态飘动的火焰在不同的背景下非常醒目，这样的颜色便于识别和电视转播、新闻摄影的需要。456北京奥运会火炬“祥云”o “祥云”拥有极为出色的抗风能力。在加满燃料的情况下它可以燃烧1520分钟，即使在8级大风和每小时50毫米的暴雨等情况下也能保持稳定燃烧。 o 高温不褪色也是“祥云”的高强本领之一。火炬口涂的红色颜料不仅代表了熊熊燃烧的火焰，还是一种蓄含高科技的产品。这种颜料耐得住1000摄氏度的高温，并且这种温度下也不褪色。 7北京奥运会火炬

3、“祥云”o 在“祥云”极具古典韵味的外表下还跳动着一颗有力的“心脏”，其心脏的燃烧系统包含燃烧器、稳压装置、燃气罐三部分。 o “祥云”的燃烧器采用了创新的双火焰方案，即预燃室加主燃室。预燃室和主燃室分开的做法在奥运火炬的设计上尚属首次。当燃气流出后，一部分进入燃烧器的主燃室，形成扩散的比较饱满的火焰；另一部分则进入预燃室，保持一个较小但十分稳定的火焰，如果出现极端情况，主燃室火焰熄灭，埋在火炬顶端下方的预燃室仍不受影响，能保证火炬继续燃烧。 8北京奥运会火炬“祥云”o不灭的火焰不灭的火焰双火焰方案双火焰方案火炬在传递过程中要求不能熄灭，而且不论刮风还是下雨，都必须保持火炬燃烧的状态。尽管大家

4、过去也都想了很多方法，但是在奥运会历史上还是经常出现意外。例如：上一届雅典奥运会在火炬传递的两个最重要的仪式上都曾出现熄火现象。与此不同，在悉尼奥运会上，奥运火炬还首次实现在海底传递。对于一般的奥运火炬来说，要保证火焰不灭，那么必须要能够始终足够的产生大量的热才能维持火焰的在各种极端情况下，相应的要求气体燃料足够多，燃烧室中产生火焰热量足够大才能抵御各种情况。这样以来势必要求燃烧系统所占的体积很大，相应火炬的重量也会增加。但是对于奥运火炬传递手来说，从安全的角度考虑，不希望火焰的热量过大，同时为了使用方便，也不希望火炬的体积和重量过大的。因此，技术系统中对同一参数出现了完全相反的要求，在tri

5、z理论中将这种情况称为“物理矛盾”。在triz理论中，由第41号到51号创新原理来专门解决物理矛盾。9北京奥运会火炬“祥云”o 在奥运火炬历史上，曾经出现过使用镁、火药、树脂、橄榄油各种材料作为火炬的燃料(关于各届奥运火炬情况参见附录中的表格)。1936年柏林奥运会制作了第一把火炬，由镁为主的燃料供燃。但是在1956年奥运会火炬的最后一棒，采用镁和铝做燃料，火焰很亮，但剧烈燃烧产生的灰烬却灼伤了火炬手的手臂。 因此，这种采取固体镁的燃烧方式，逐渐被替代。1960年罗马奥运会的火炬用天然树脂松香作燃料。天然的树脂是一种弹性体。后来，到1972年慕尼黑奥运会首次引入了液体燃料。在压力作用下，燃料以

6、液态存贮，燃烧时则是气体，这样既安全又易于储存，以后的奥运会火炬大都采用了这种方式。10北京奥运会火炬“祥云”o“祥云祥云”之之“芯芯”分三部分分三部分 美丽的祥云、火热的漆红、古朴的纸卷轴2008奥运会火炬“祥云”有着完美的外表。在美丽的外表下，“祥云”跳动着一颗有力的“心脏”。为了给火炬提供可靠的燃烧系统，航天科工集团为奥运圣火贡献了一颗可靠的“芯”。这颗“芯”的燃烧系统包含燃烧器，稳压装置，燃气罐三部分。其中燃烧器采用了创新的双火焰方案，即预燃室加主燃室。预燃室与主燃室分开的做法在奥运火炬的设计上尚属首次，预燃室的火焰将保证火炬“火种不熄”，即便遇到大风天气，埋在火炬顶端下方的预燃室仍不

7、受影响。而主燃室衍生出的火焰将使整支火炬的火苗熊熊燃烧，保证火炬的视觉效果。 11北京奥运会火炬“祥云”“亮黄亮黄”火焰不会忽高忽低火焰不会忽高忽低 “祥云”的设计采用了稳压阀，它用于保持气体的压力，从而使火焰高度得以稳定。 与往届奥运会火炬的混合燃料不同，北京2008奥运会火炬的燃料采用。这是一种价格低廉的常用燃料，而且温度范围比较宽。丙烷燃烧只形成水蒸气和二氧化碳，没有其他物质，不会对环境造成污染，符合绿色奥运的要求。丙烷气体燃烧的火焰颜色为亮黄色，这样的颜色便于识别和电视转播、新闻摄影的需要。 12北京奥运会火炬“祥云” 不用保温车燃料稳定供应不用保温车燃料稳定供应 当火炬的燃料温度至2

8、0时，燃料罐内的丙烷燃料会产生10个左右大气压的压力，而结实的“祥云”的燃料罐可以承受150个大气压。因此，完全不必担心火炬燃料因压力过大产生外泄。当外界温度低至-20时，丙烷燃料产生的大气压仅为2个，在如此低的大气压下，如何保证火炬的能源供给源源不断呢？稳压阀和回热管将解决这一问题。 以往的奥运会火炬采用的是混合燃料，需要配备保温车以保持燃料的温度和产生的压力，北京2008奥运会火炬使用回热管，将火炬燃烧所产生的热量用以加热燃料。这样，燃料罐不用借助外部加热装置的帮忙，就能使燃料产生足够的压力，支持火炬熊熊燃烧。 13北京奥运会火炬“祥云”o 跌落遇雨火炬继续燃烧跌落遇雨火炬继续燃烧 为了确

9、保祥云燃烧系统的稳定，每一个细节都得到了充分考虑，燃气罐采用螺纹连接，避免安装疏忽造成无法点燃。同时也实现了火炬意外跌落时仍会继续燃烧。北京2008奥运会火炬在燃烧稳定性与外界环境适应性方面达到了新的技术高度，能在每小时65公里的强风和每小时50毫米的大雨情况下保持燃烧。 14一、鞭炮和爆竹一、鞭炮和爆竹我国人民有一个传统习惯，在喜庆吉日、乔迁开业之时，我国人民有一个传统习惯，在喜庆吉日、乔迁开业之时，都要放鞭炮、爆竹，以示庆贺，增添喜庆气氛。都要放鞭炮、爆竹，以示庆贺，增添喜庆气氛。爆竹内的火药是以爆竹内的火药是以1硫硫2硝硝3碳的黑色火药碳的黑色火药为基础发展而来为基础发展而来的，一般配方

10、是：的，一般配方是：硝酸钾（硝酸钾（kno3）3克克硫磺（硫磺（s）2克克炭粉（炭粉（c） 4.5克克蔗糖（蔗糖（c12h22o11） 5克克镁粉（镁粉（mg）12克克点燃后的爆炸反应主要是：点燃后的爆炸反应主要是：s2kno33ck2sn23co2707千焦千焦 15爆炸反应的特点有：爆炸反应的特点有： 反应速度极快；反应速度极快； 产生大量热并导致高温；产生大量热并导致高温； 体积急剧膨胀；体积急剧膨胀； 低敏感度。低敏感度。一、鞭炮和爆竹一、鞭炮和爆竹 16二、烟花二、烟花 结构。结构。由底部和顶端两部分组成。底部为一大爆竹，装由底部和顶端两部分组成。底部为一大爆竹，装黑色火药，爆炸时将

11、顶端推向空中。顶端为一圆球，装有黑色火药，爆炸时将顶端推向空中。顶端为一圆球，装有燃烧剂燃烧剂（主要成分为黑色火药）、（主要成分为黑色火药）、助燃剂助燃剂（主要成分为铝（主要成分为铝镁合金、硝酸钾、硝酸钡等，其中硝酸盐分解放出大量氧，镁合金、硝酸钾、硝酸钡等，其中硝酸盐分解放出大量氧，使燃烧更旺）、使燃烧更旺）、发光剂发光剂（铝粉或镁粉，（铝粉或镁粉，燃烧时放出白炽光）、燃烧时放出白炽光）、发色剂发色剂（为各种（为各种金属盐，是产生色彩的关键成分）、金属盐，是产生色彩的关键成分）、笛音剂笛音剂（高氯酸钾和苯甲酸的混合物，（高氯酸钾和苯甲酸的混合物，燃烧时发出美声）。燃烧时发出美声）。 17成分

12、。不同颜色烟花的配方见表成分。不同颜色烟花的配方见表表常见焰色烟花配方表常见焰色烟花配方焰色焰色 配方组成（克）配方组成（克）红焰红焰 氯酸钾氯酸钾2.5硫磺粉硫磺粉2.5木炭粉木炭粉1 硝酸锶硝酸锶8绿焰绿焰 氯酸钾氯酸钾3 硫磺粉硫磺粉1.5木炭粉木炭粉0.5硝酸锶硝酸锶6蓝焰蓝焰 硫磺粉硫磺粉2 硝酸钾硝酸钾9三硫化二锑三硫化二锑2黄焰黄焰 氯酸钾氯酸钾3 硫磺粉硫磺粉12木炭粉木炭粉2硝酸钠硝酸钠5白焰白焰 硫磺粉硫磺粉3木炭粉木炭粉2硝酸钾硝酸钾12镁粉镁粉1紫焰紫焰 氯酸钾氯酸钾7硫磺粉硫磺粉5硝酸钾硝酸钾7蔗糖蔗糖218 焰色来源于高温下金属离子的焰色反应。在实验室里我焰色来源于

13、高温下金属离子的焰色反应。在实验室里我们可利用焰色反应来鉴定金属离子们可利用焰色反应来鉴定金属离子(见下表见下表)：离子离子 锂锂 钠钠 钾钾 铷铷 銫銫 钙钙 锶锶 钡钡 铜铜焰色焰色 红红 黄黄 紫紫 紫红紫红 紫红紫红 橙红橙红 红红 黄绿黄绿 绿绿 除上述发色剂外，还有硝酸銫（天蓝）、硝酸铷（紫除上述发色剂外，还有硝酸銫（天蓝）、硝酸铷（紫红）、氯化铊（绿）、硫酸铜（蓝）、硝酸铟（蓝靛色）等。红）、氯化铊（绿）、硫酸铜（蓝）、硝酸铟（蓝靛色）等。高级烟花中有笛音剂。高级烟花中有笛音剂。 19 奥运会上的烟火奥运会上的烟火 开幕式鸟巢焰火燃放，共有开幕式鸟巢焰火燃放，共有16000枚烟枚

14、烟花在鸟巢上空竞相斗艳（闭幕式花在鸟巢上空竞相斗艳（闭幕式8000枚），枚），不论是燃放数量，还是燃放时长以及燃放地不论是燃放数量，还是燃放时长以及燃放地点选择，均超过往届奥运会，而且还将采用点选择，均超过往届奥运会，而且还将采用空气发射、植入芯片等最新燃放技术。奥运空气发射、植入芯片等最新燃放技术。奥运会开幕式上的焰火盛宴，同时也是会开幕式上的焰火盛宴，同时也是20奥运会上的烟火奥运会上的烟火 开幕式和闭幕式上的焰火表演震撼了全世界，开幕式和闭幕式上的焰火表演震撼了全世界，震撼，不仅因其恢宏的场面和对燃放过程的精确控震撼，不仅因其恢宏的场面和对燃放过程的精确控制，而且因其绽放地清爽制，而且因

15、其绽放地清爽烟花燃放数量虽大，烟花燃放数量虽大，却却燃放成功燃放成功则要归功于多项世界首创的技术：燃放每一个瞬间则要归功于多项世界首创的技术：燃放每一个瞬间都由电脑计算完成，而芯片烟花的采用，使操控可都由电脑计算完成，而芯片烟花的采用，使操控可精确到每个火花；制造烟花的材料也独树一帜，环精确到每个火花；制造烟花的材料也独树一帜，环保材料代替保材料代替“纸壳压力舱纸壳压力舱”、压缩空气取代火药，、压缩空气取代火药，这两项技术的应用，解决了烟花的环保问题。这两项技术的应用，解决了烟花的环保问题。 21奥运会上的烟火奥运会上的烟火o 让焰火构成一个脚印的图案是世界范围内的首创。让焰火构成一个脚印的图

16、案是世界范围内的首创。在在15公里内布放公里内布放29个脚印，每两个脚印之间的距个脚印，每两个脚印之间的距离就要控制在离就要控制在500米左右，从永定门开始，向北每米左右，从永定门开始，向北每隔隔500米就布设了一个焰火发射系统，而脚印之间米就布设了一个焰火发射系统，而脚印之间的时间间隔是两秒。每个脚印大概在空中的时间间隔是两秒。每个脚印大概在空中170到到180米的高度绽放，每个脚印在空中持续的时间是米的高度绽放，每个脚印在空中持续的时间是五六秒钟，如果那时站在中轴线上的任一位置，能五六秒钟，如果那时站在中轴线上的任一位置，能看到前、中、后三个脚印，之后的脚印离你太远就看到前、中、后三个脚印

17、，之后的脚印离你太远就看不到了。看不到了。22奥运会上的烟火奥运会上的烟火 我们中国人看烟火的机会并不是很少，但是这次奥运会上我们中国人看烟火的机会并不是很少，但是这次奥运会上的烟火还是让大家都为之惊叹的，奥运会的烟火和以往的的烟火还是让大家都为之惊叹的，奥运会的烟火和以往的传统的烟火有了哪些重大的突破呢？传统的烟火有了哪些重大的突破呢？ 第一是体现出来了这么大规模的燃放，它很安全，药第一是体现出来了这么大规模的燃放，它很安全，药物的配方，使用了安全的氧化剂代替了过去不安全的氯酸物的配方，使用了安全的氧化剂代替了过去不安全的氯酸钾的氧化剂，这是一个突破。钾的氧化剂，这是一个突破。 第二个突破就

18、是这一次烟花多数是用了开发研制出来第二个突破就是这一次烟花多数是用了开发研制出来的无烟的或者微烟的这种烟花技术。的无烟的或者微烟的这种烟花技术。 第三个突破就是科学技术的创新。第三个突破就是科学技术的创新。 23奥运会上的烟火奥运会上的烟火 绿色奥运，不能让大家看够玩够后，留下绿色奥运，不能让大家看够玩够后，留下一地残渣，满场黑烟，所以，研究小组改变了烟花一地残渣，满场黑烟，所以，研究小组改变了烟花的金属可燃物和色焰剂，这样，没有燃烧完全的残的金属可燃物和色焰剂，这样，没有燃烧完全的残渣或细小燃烧产物即使弥漫在空中，也难以形成肉渣或细小燃烧产物即使弥漫在空中，也难以形成肉眼能见的烟雾，更不会产

19、生过多的残渣和杂质。最眼能见的烟雾，更不会产生过多的残渣和杂质。最要紧的是，这种焰火燃烧后，产生的是二氧化碳、要紧的是，这种焰火燃烧后，产生的是二氧化碳、一氧化氮、氮气、水蒸气等气体，而不产生一氧化一氧化氮、氮气、水蒸气等气体，而不产生一氧化碳、二氧化氮和微粒状固体可吸入颗粒物，对人体碳、二氧化氮和微粒状固体可吸入颗粒物，对人体和环境绝对无害。和环境绝对无害。24奥运会上的烟火奥运会上的烟火o 动态焰火带给全世界观众无与伦比的惊喜与赞叹，动态焰火带给全世界观众无与伦比的惊喜与赞叹，而这些动态焰火的主要研发者，就是北京理工大学而这些动态焰火的主要研发者，就是北京理工大学宇航科学技术学院的赵家玉老

20、师，他身兼北京奥运宇航科学技术学院的赵家玉老师，他身兼北京奥运会开闭幕式焰火团队专家组组长。这也是继会开闭幕式焰火团队专家组组长。这也是继1949年开国大典负责烟花燃放之后，北京理工大学对国年开国大典负责烟花燃放之后，北京理工大学对国人的又一次巨型献礼。人的又一次巨型献礼。o 奥运期间燃放的焰火，具备无残渣、无烟或少烟、奥运期间燃放的焰火，具备无残渣、无烟或少烟、环保无公害的要求，相关技术均已达到世界领先水环保无公害的要求，相关技术均已达到世界领先水平。而动态焰火的研发在全球更是首次。平。而动态焰火的研发在全球更是首次。25奥运会上的烟火奥运会上的烟火 与以往静态燃烧的奥运五环焰火图案与以往静

21、态燃烧的奥运五环焰火图案不同，本届奥运开幕式的奥运五环焰火第一不同，本届奥运开幕式的奥运五环焰火第一次次“动动”了起来了起来-红、绿、白、蓝、黄红、绿、白、蓝、黄五色圆环从不同方位升上天空，在五色圆环从不同方位升上天空，在114米高米高空开始套在一起，随即逐步形成空开始套在一起，随即逐步形成“奥运五环奥运五环”图案并运行到图案并运行到170米的高空。米的高空。26奥运会上的烟火奥运会上的烟火 冷焰火冷焰火就是采用燃点较低的金属粉末，就是采用燃点较低的金属粉末，经过一定比例加工而成的冷光无烟焰火，经过一定比例加工而成的冷光无烟焰火，冷冷焰火焰火燃点低，燃点在燃点低，燃点在60-80，外部温，外部

22、温度度30-50，对人体无伤害。适用于舞，对人体无伤害。适用于舞台表演和各种造型设计。而普通焰火燃点在台表演和各种造型设计。而普通焰火燃点在500-800之间，燃烧时容易对人体造之间，燃烧时容易对人体造成伤害。冷焰火科技含量高，以环保无污染成伤害。冷焰火科技含量高，以环保无污染而倍受人们青睐。而倍受人们青睐。 27奥运会上的烟火奥运会上的烟火o 燃放焰火虽然是我国举行庆典的传统项目，但是现有的焰火燃放焰火虽然是我国举行庆典的传统项目，但是现有的焰火品种在材料和燃放上存在很大的安全隐患。为此，奥运焰火材料的品种在材料和燃放上存在很大的安全隐患。为此，奥运焰火材料的选择突出了安全环保。比如在黏合剂

23、材料上，使用赛璐珞、环氧树选择突出了安全环保。比如在黏合剂材料上，使用赛璐珞、环氧树脂等新材料取代了容易吸湿霉变的淀粉材料，既能增强烟花制品的脂等新材料取代了容易吸湿霉变的淀粉材料，既能增强烟花制品的安全性，又能提高焰火的亮度和色度，还不容易出现安全性，又能提高焰火的亮度和色度，还不容易出现“哑炮哑炮”现象。现象。o 传统焰火燃放时产生的大量烟尘和有害气体，会对环境及人传统焰火燃放时产生的大量烟尘和有害气体，会对环境及人体造成损害。燃放有害焰火也有悖于北京奥组委对世界人民的承诺。体造成损害。燃放有害焰火也有悖于北京奥组委对世界人民的承诺。但是，以当前的科技水平还不可能实现无烟燃放，无烟烟花一直

24、是但是，以当前的科技水平还不可能实现无烟燃放，无烟烟花一直是焰火科技有待解决的难题。焰火科技有待解决的难题。o南京理工大学研究团队突破了制作无烟或微烟焰火关键技术的南京理工大学研究团队突破了制作无烟或微烟焰火关键技术的障碍，研制出了焰火的微烟引线。使用这种微烟引线引燃虽然也有障碍，研制出了焰火的微烟引线。使用这种微烟引线引燃虽然也有烟雾，但烟雾浓度要比目前广泛使用的有烟引线带来的烟雾浓度低烟雾，但烟雾浓度要比目前广泛使用的有烟引线带来的烟雾浓度低73%，可以在最大程度上避免污染。，可以在最大程度上避免污染。28奥运会上的烟火奥运会上的烟火o从唐代记载的从唐代记载的“一硝二磺三木炭一硝二磺三木炭

25、”，1000多年来，我国的常多年来，我国的常规烟花产品主要成分都包含黑火药，其主要成分是硝酸钾、硫规烟花产品主要成分都包含黑火药，其主要成分是硝酸钾、硫磺、木炭，这些物质燃烧后会产生硫化钾、二氧化硫等成分，磺、木炭，这些物质燃烧后会产生硫化钾、二氧化硫等成分，既有浓烟，也对环境和人体有害。而且，硝酸钾也容易吸潮。既有浓烟，也对环境和人体有害。而且，硝酸钾也容易吸潮。o今天，烟花产品所用药剂主要由主燃剂、色焰剂、火花与火花今天，烟花产品所用药剂主要由主燃剂、色焰剂、火花与火花分枝剂组成。其中，主燃剂由含碳、氢、氧、氮的硝基化合物分枝剂组成。其中，主燃剂由含碳、氢、氧、氮的硝基化合物组成，色焰剂由

26、锶、钡、铜、钠、钙等化合物组成，火花剂主组成，色焰剂由锶、钡、铜、钠、钙等化合物组成，火花剂主要由金属可燃物组成。要由金属可燃物组成。o奥运会所用烟花在药剂原材料选择和药剂配方上作了改进。奥运会所用烟花在药剂原材料选择和药剂配方上作了改进。29奥运会上的烟火奥运会上的烟火o首先，在药剂原材料选择方面，采用硝基化合物、多基化合物首先，在药剂原材料选择方面，采用硝基化合物、多基化合物等可燃物质取代硫磺，以铁钛合金等轻金属粒子、氧化铋氧化等可燃物质取代硫磺，以铁钛合金等轻金属粒子、氧化铋氧化剂，替代了镁、汞、铅等物质。剂，替代了镁、汞、铅等物质。o由于所用的原料不吸潮，点燃温度在由于所用的原料不吸潮，点燃温度在230到到250之间，增之间，增强了在生产、运输、使用过程中的安全性，并且原料纯度要求强了在生产、运输、使用过程中的安全性，并且原料纯度要求均在均在95%以上。以上。o其次，通过药剂配方研究，使焰火燃放时，产生二氧化碳、一其次，通过药剂配方研究，使焰火燃放时，产生二氧化碳、一氧化氮、氮气、水蒸气等气体，而不产生一氧化碳、二氧化氮氧化氮、氮气、水蒸气等气体，而不产生一氧化碳、二氧化氮和微粒状固