哈爾濱工程大學(xué)：十年打造，航行器復(fù)雜動力學(xué)與控制試驗(yàn)系統(tǒng)投入使用

日前，哈爾濱工程大學(xué)船舶學(xué)院教授姚熊亮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)建設(shè)了10年的航行器復(fù)雜動力學(xué)與控制試驗(yàn)系統(tǒng)突破重重挑戰(zhàn)，正式投入使用。當(dāng)航行器在水空兩種介質(zhì)高速穿越時會受到?jīng)_擊力作用，而這一涉及多學(xué)科交叉的復(fù)雜力學(xué)問題應(yīng)該如何去研究，一直是橫亙在跨介質(zhì)領(lǐng)域的工程難題。隨著這一大型試驗(yàn)裝置的投入運(yùn)行，科研人員將一步步摸索水空穿越中的物理規(guī)律，也許更多未知的自然謎題將被解開。

航行器高速穿越水面時會產(chǎn)生極大的沖擊載荷，航行器表面和尾部出現(xiàn)的空化氣泡和通氣氣泡交織在一起，導(dǎo)致航行器的受力和運(yùn)動異常。這一現(xiàn)象因短暫和捕捉困難，始終無法深入探索研究，也因此成為一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，制約著該類航行器的發(fā)展。

“啟動！”隨著中心控制室的科研人員下達(dá)中控系統(tǒng)指令，實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)平靜的水面掀起劇烈的波浪，水下暗流涌動，航行器高速沖出水面，這驚濤駭浪的瞬間被中控室的科研人員盡收眼底?！拔覀兊膶?shí)驗(yàn)艙是真空的，實(shí)驗(yàn)室有5000多噸水，科研人員只需要在系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室就會造出不同的波、流，模擬不同的海洋環(huán)境。”姚熊亮介紹。

該實(shí)驗(yàn)室建筑面積5500平方米，包含15個大系統(tǒng)，各類設(shè)備近200臺，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜海洋環(huán)境模擬、超低氣壓模擬、水下高清觀測，是國內(nèi)首個實(shí)現(xiàn)“一次減壓，連續(xù)實(shí)驗(yàn)”的大型水動力試驗(yàn)設(shè)施，同時隨著實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不斷優(yōu)化，將逐步實(shí)現(xiàn)“一人指揮、自動實(shí)驗(yàn)”的全自動化實(shí)驗(yàn)流程，大幅提高實(shí)驗(yàn)效率，降低實(shí)驗(yàn)成本。

中控室大屏幕上同步展示的還有系統(tǒng)實(shí)時捕捉的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過與水聲專業(yè)的先進(jìn)聲學(xué)技術(shù)測量數(shù)據(jù)對比，該裝置捕捉數(shù)據(jù)具有較高的精度，能夠滿足工程和科學(xué)研究使用。姚熊亮介紹，該裝置可以開展高速、低速跨介質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)或者部分原型實(shí)驗(yàn)、深水實(shí)驗(yàn)，涉及流體力學(xué)、空泡動力學(xué)、熱力學(xué)等多個基礎(chǔ)學(xué)科的研究。

該裝置運(yùn)行后，姚熊亮總覺得時間不夠用，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)同時開展多個前沿課題的研究，還有很多任務(wù)在排隊(duì)?！艾F(xiàn)在投入精力最多的是航行器出入水時出現(xiàn)的非線性非平穩(wěn)物理過程，我們必須通過大量模擬實(shí)驗(yàn)把相似性規(guī)律吃透了，不然這個數(shù)據(jù)很難運(yùn)用到實(shí)際的工程中?！迸c此同時，團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合其他領(lǐng)域的專家開展水下近場光學(xué)測量系統(tǒng)以及復(fù)合材料方面的研究。

圍繞大型實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)室還衍生出一些小裝置，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。曾經(jīng)壓力測量需要將力轉(zhuǎn)化成電信號或運(yùn)動信號，而如今科研人員可以實(shí)現(xiàn)波—波測量?！拔覀冊谘b置中輸入4個波就能測出航行體中的應(yīng)力波，再反推入射波?！?/span>

航行器復(fù)雜動力學(xué)與控制試驗(yàn)與測試系統(tǒng)是哈爾濱工程大學(xué)牽頭，10余家單位共同參與，歷時10年時間建造完成的?！斑@個項(xiàng)目是學(xué)校船海學(xué)科實(shí)力的體現(xiàn)，戴遺山教授的勢流理論、李維揚(yáng)教授的流固耦合原理、黃勝教授的空化空泡理論以及徐玉如院士的高度智能化倡導(dǎo)，均如實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一盞盞明燈，沒有這些理論的支撐，我們對于航行器的運(yùn)動和受力的測量就是一句空話。可以說，這個實(shí)驗(yàn)裝置是幾代船海人智慧的結(jié)晶。”姚熊亮說，“我們一直以船海領(lǐng)域人才培養(yǎng)的搖籃著稱，如今，我們也可以登陸上天了?！保?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 16px; margin-bottom: 10px; line-height: 2em;">中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng) 通訊員 朱虹）