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天工大改进神九坐垫设计 研制关键部件复合材料 |
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 神九升空举世瞩目，记者了解到，这次航天任务中天津元素继续发挥着重要作用。首位女航天员与另外两位男航天员的坐垫继续由天津大学快速成型中心承担研制。针对女性身体特点，此次天大设计的坐垫相比以前有新的改进。神九关键部件复合材料采用的则是天津工业大学复合材料研究所研制的高技术含量的特种纺织增强材料。  图为神舟九号航天员乘组指挥长景海鹏（中）、航天员刘旺（左）、航天员刘洋（右）模拟器进行上升段操作训练 天津大学：改进女航天员坐垫设计 天津大学快速成型中心主任崔国起介绍说，早在1999年，中心就接到了设计航天员坐垫的任务。应用在神九上的技术，早在几年前中心就已经研究出了具体结果，这两年研究的内容是在为更远的目标作技术储备。相比过去神九首次选用了女航天员，由于和男航天员身材上的明显差距，比如说三围这对男航天员来说无所谓，但女航天员的坐垫设计因此在工艺上有改进。同时由于每个航天员的坐垫都是“量身制作”，所以中心专门派出了一个女专家为主的团队，便于和女航天员交流，所以也是验证过程，使我们这个项目能更顺利地完成。   女航天员刘洋 日常生活中坐垫非常普通，但在航天任务中，坐垫是重要的一部分，它在保障航天员生命安全方面发挥着重要作用。崔主任说，神舟飞船在升空急剧加速和着陆急剧减速的过程中会产生10个g甚至20个g的加速度，这时候人处于超重的状态，相当于体重增加了10倍、20倍。加上宇航服，航天员给坐垫施加的压力甚至可以重达一吨。加速度超过一定的限制之后，会给航天员内脏、脊柱等造成伤害，甚至威胁生命安全。而坐垫的缓冲减震设计可以有效降低加速度，使其处于航天员身体耐受的范围，从而保证航天员身体安全。 天津工业大学：研制关键部件复合材料 天津工业大学复合材料研究所的工作人员也在密切关注着有关“神九”的消息，因为“神九”关键部件复合材料采用的正是该研究所研制的高技术含量的特种纺织增强材料，代表了中国先进复合材料的应用水平。天津工业大学复合材料研究所所长陈利教授介绍,为了适应严酷的飞行环境和减轻结构重量，神舟九号飞船的关键部位选用了高性能复合材料,天津工业大学研制的特种纺织增强材料成为复合材料关键部件的首选增强骨架材料，具有重量轻、强度高、抗烧蚀优异的性能,同时减轻了结构重量，显著提高了飞船的性能。  崔国起用模具演示赋型坐垫的使用方法 在这次航天任务中，天津大学快速成形中心继续承担了宇航员“赋型缓冲减振坐垫”的研制任务。 “神九”飞天的主要亮点之一就是中国女航天员将首进太空，崔国起说，为便于与女航天员进行充分沟通，我们接到研制任务后，特意派出了一支精干的女科研人员队伍为女航天员设计坐垫。” “赋型缓冲减振坐垫”作为航天员大系统中一个重要部件，可有效减轻飞船升空和着落时产生的加速度和颠簸对航天员身体的影响，显著提高航天员升空和着陆过程中的舒适性和安全性。 崔国起形象地比喻说“就像平时乘坐电梯时，我们承受的是一倍的身体重量，神舟飞船在升空急剧加速和着陆急剧减速的过程中会产生10个g、20个g甚至更多的加速度，这时候人处于超重的状态，相当于体重增加了10倍、20倍甚至更多。加上宇航服，航天员给坐垫施加的压力甚至可以重达一吨。加速度超过一定的限制之后，会给航天员内脏、脊柱等造成伤害，甚至威胁生命安全。而坐垫的缓冲减震设计可以有效降低加速度，从而最大限度地保障航天员的安全。” “‘赋型缓冲减振坐垫’是根据航天员的身体形状量身定做的。设计时，比‘量身裁衣’还要复杂，仅仅有腰围、胸围、肩宽等简单的数据远远不够，设计时，需要用流动式光学测量仪等特殊设备，从航天员身上采集几十万个数据点，这些数据会在电脑中形成数字化的身体模型，并按照航天医学等方面的要求来设计个性化的坐垫。这样做是为了尽可能合理地增加身体与坐垫的接触面积，减少冲击加速度。”崔国起介绍说。 虽然几个宇航员的坐垫样式上都一样，但形状却相差较大，需要按人进行精准量身设计，飞行时要对号入座。杨利伟在天津做报告时对天大设计的产品给予了高度评价。有个航天员也称赞说“着陆时的确感受到这是为我专门设计的”。 经过复杂的量体——设计——计算验证----快速制模——模型验证——模具设计制作，崔国起和同事们仅用了3个月左右的时间保质保量地按时完成了任务。 在承担“神九”研制任务的同时，崔国起领导的项目组还在深入开展复合材料非线性大变形动态仿真技术的研究，希望未来能参与承担载人登月工程的研制任务。与此同时，他领导的快速成形中心还向近千家中小企业提供了设计研发服务，成为天津大学服务天津经济的一个重要基地，并辐射国内25个省市。 现年40岁的何宇任载人飞船系统总指挥，他于1994年毕业于天津大学电子工程专业，进入中国航天科技集团公司中国空间技术研究院载人飞船总体室。2002年，何宇承担了神舟飞船仿真系统的研制工作，负责总体方案的制定，不到半年时间，飞船仿真系统就完成了调试并交付航天员训练。神舟六号飞船研制发射时，何宇已担任总体主任设计师之职独当一面，后担任载人二期型号副总设计师。 据航天业内人士介绍，何宇对于航天员将进行的操作，他都会先进舱认证。从航天员由轨道舱下到返回舱、船上的脚踏板、扶手位置合不合适，到紧急情况下航天员撤离过程中，设备会否钩到航天服，何宇都亲自上阵体验。 “天宫一号”升空后，天津大学电子信息工程学院党委书记刘开华、院长马建国向何宇发去祝贺短信说：“您为我国航天航空事业做出了重要贡献，是天津大学电子信息工程学院全体师生的荣耀，也是全体天大人的荣耀！”学院负责人已经向何宇发出邀请，请他在适当的时候回母校看看，向学弟学妹们讲讲航天人的故事。何宇回短信表示感谢母校。 何宇在学期间的老师李志华对他的印象是“踏实低调，学习认真，为人坦诚”。 中国航天科技集团公司总经理马兴瑞于1982年9月至1985年4月在天津大学一般力学专业攻读硕士研究生。据天津大学北京校友会副会长、航空航天分会荣誉会长，天津大学1964届无线电系毕业生张广仁介绍，马兴瑞工作认真、精益求精，工作能力很强，他对母校的感情很深，曾多次回到母校，对校友会工作也很支持，天津大学115年校庆时他回到母校出席庆祝大会。 据张广仁介绍，据不完全统计，在北京的航天航空系统工作的天大人就有80余人，何宇的领导、中国空间技术研究院副院长李忠宝，航天科技集团科技委专职常委、中国资源应用卫星中心原主任郭建宁也是天大校友，对于马兴瑞、何宇等优秀的航天航空领域优秀人才均出自天大，张广仁并没有感到意外，“天大人在航天领域是出了名的，天大人遍布了计算机、无线电、化工、材料、建工、精密仪器等在内的关键岗位和关键技术领域，以踏实工作、严谨认真、精益求精、默默奉献为业内称道。” 采集几万个数据点量身定做的“坐垫” 作为航天员大系统中一个重要部件，‘赋形缓冲减振坐垫’安装在飞船返回舱中，可在发生撞击的瞬间有效地分散人体应力，保护航天员免受损伤，它的性能直接影响到航天员的舒适性和安全性。与“神五”、“神六”坐垫相比，“神七”坐垫的工艺更加精细，航天员乘坐起来也将更加舒适和安全。由天津科研团队研发，并在天津完成生产的“赋形缓冲减振坐垫”，目前技术水平已达到国际先进行列，并填补了国内空白。而这一成果的取得，科研人员花了整整10年时间。 1998年，负责神舟飞船设计制造的相关单位找到了天津大学内燃机研究所快速成形中心，希望他们能够承担航天员专用坐垫的研制任务。接到任务后，一个由15名科研人员组成的团队成立，并组织可行性论证。经过三年多的努力，科研团队攻克了多项技术难关，自主研发完成了由快速取模、三维非接触式光学测量、CAD/CAM、CAE动态仿真、虚拟设计验证和激光快速成形等技术构成的航天员赋形坐垫研制工艺。坐垫由复合材料制造，平均厚度大体在70毫米左右，可提高舒适性。 普通坐垫与身体接触的部分通常是设计成柔软的，这样才舒服。然而，航天员的坐垫与身体接触的部分都是硬的，赋形设计的目的是使航天员身体外形与坐垫内表面均匀贴合，保护航天员的生命安全，提高航天员在坐垫中的舒适性。坐垫使用发泡模具制造，采用缓冲减振材料。赋形坐垫设计时，仅仅有腰围、胸围、肩宽等简单的数据远远不够，需要用特殊的设备从航天员身上采集几万个数据点，这些数据会在电脑中形成一个数字化的身体模型，之后还需要按照航天医学等方面的要求来设计个性化的赋形坐垫。飞船在升空和着陆时，会产生较大的加速度和颠簸，对航天员脊椎和颈椎会产生较大的冲击，航天员坐垫可以有效缓解这一效应。而在升空过程中，宇航员的腿部和上身是团在一起的。 | |
发表于 2015-11-10 21:06:15
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