冬奥会火炬“飞扬”如何“飞”起来？科技为它“编织”外衣图为火炬生产场景冰火相约-四川龙网

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图为火炬生产场景
冰火相约，激情“飞扬” ， 2022北京冬奥会开幕在即，激动人心的火炬接力仪式正在进行中。旋转上升，犹如丝带舞动飘逸，化作顶端的熊熊火焰……作为历届奥运会中备受关注的元素之一，此次冬奥火炬“飞扬”一经亮相就吸睛无数。东华大学孙以泽教授团队是火炬重要部分外飘带（外壳）的关键制造技术提供方，攻克这只火炬背后的高科技。

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春节假期，孙以泽的办公室里还是一番热火朝天的学术讨论。 “科研工作永远是进行时，没有休止符。 ”孙以泽表示，此次率领团队攻关火炬外飘带编织技术，这是国家的需要，义不容辞。
国际领先的三维立体编织技术，为火炬“编织外衣”
小小的火炬背后到底有哪些高科技？孙以泽用“高新材料”“高新装备”“高端制造”来概括。

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图为目前世界上最大的三维球面立体编织机
在合作方的生产车间里，一台足有8米直径的环形“大家伙”正在高速运转着，成千上百根黑色丝束在交织穿梭，乍一看就像是在“织毛衣” ，只需数分钟，便能“织”出一件精确到克的火炬外衣。
孙以泽解释道，火炬外飘带灵动且优美，但由于它是变径、变曲率的，上下不一般粗，曲面厚薄也不一致，传统制造工艺无法实现，而眼前的这个“大家伙”就是“织”火炬外衣的“秘密武器” 。
由东华大学独家研制、世界首创的大尺寸异性结构件三维高精度球面立体编织机，该系列编织机可编织大飞机、高铁等大尺寸结构承力件，也可编织螺旋桨、无人机、火炬外飘带等精密异形结构件。
它总共有576个编织锭子，可编织最大截面500*500毫米，是目前世界上功能最强、编制尺寸最大的三维球面立体编织机。设备工作时，在环形球面轨道内， 576个高速运动锭子不断变轨飞速交叉、穿梭。
“编织过程可以说是‘险象环生’ ，每个运动锭子每个时刻都有14种碰撞的可能， ”孙以泽形象地解释， “好比在四车道高速公路上，有几百甚至上千辆车快速交叉穿梭通行，不仅是高速跑，还要不断交叉、里外穿透变道跑，我们通过智能运算、精准变轨控制，才能避免出现‘交通事故’ 。 ”

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图为团队成员在现场指导立体三维编织
让火炬的姿态“活”起来
还有一道难题——如何用碳纤维复合材料将天马行空的火炬外飘带艺术造型高精度呈现出来。
火炬“飞扬”的外飘带造型非常特殊，是一个高维曲面体，对于工程化制造来说是一种极其复杂的异性结构件。用高科技碳纤维复合材料编织成型，首先要突破的第一道难关就是数学建模。
为了让这些碳纤维复合材料在编织过程中“乖乖听话” ，同时在工业生产中立体还原外飘带柔美飘逸的感觉，孙以泽带领团队研究控制算法、奇妙机构、变轨技术等，从理论推导到实验验证再到生产实践，反复调试。
他们发明了所谓“偏心”编织的方法，解决了大曲率、变密度编织难题；原创了双机器人协同夹持芯模控制算法，保证大尺寸异形结构件编织在复杂受力状态下的动力学性能最优；研发了单纱张力全流程数字化调控技术，实现了恒张力精确编织；研发了高维曲面自动打磨的技能作业机器人系统。实现了火炬外飘带的三维自动化立体编织和自动化打磨，项目技术不仅填补了国内空白，在国际上也处于领先地位。

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