哈工程让船海梦登陆上天

船舶新闻 · 发表于 2022-12-22 13:21

日前，哈工程船舶学院教授姚熊亮带领团队开发建设了10年的航行器复杂动力学与控制试验系统突破重重挑战，正式投入使用。

当航行器在水空两种介质高速穿越时会受到冲击作用，而这一涉及多学科交叉的复杂力学问题应该如何去研究，一直是横亘在跨介质领域的工程难题。随着这一大型试验装置的投入运行，科研人员将一步步摸索水空穿越中的物理规律，也许更多未知的自然谜题将被解开。

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航行器高速穿越水面时会产生极大的冲击载荷，航行器表面和尾部出现的空化气泡和通气气泡交织在一起，导致航行器的受力和运动异常。这一现象因短暂和捕捉困难，始终无法深入探索研究，也因此成为了一项关键核心技术，制约着该类航行器的发展。

“启动！”随着中心控制室的科研人员下达中控系统指令，实验舱内平静的水面掀起剧烈的波浪，水下暗流涌动，航行器高速冲出水面，这惊涛骇浪的瞬间被中控室的科研人员尽收眼底。“我们的实验舱是真空的，实验室有5000多吨水，科研人员只需要在系统中设置参数，实验室就会造出不同的波、流，模拟不同的海洋环境。”姚熊亮介绍。

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该实验室建筑面积5500平方米，包含15个大系统，各类设备近200台，可实现复杂海洋环境模拟、超低气压模拟、水下高清观测，是国内首个实现“一次减压，连续试验”的大型水动力试验设施，同时随着试验系统不断优化，将逐步实现“一人指挥、自动试验”的全自动化试验流程，大幅提高试验效率，降低试验成本。

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中控室大屏幕上同步展示的还有系统实时捕捉的各种实验数据，通过与水声专业的先进声学技术的测量数据对比，该装置捕捉数据具有较高的精度，能够满足工程和科学研究使用。姚熊亮介绍，该装置可以开展高速、低速跨介质模型试验或者部分原型实验、深水试验，涉及到流体力学、空泡动力学、热力学等多个基础学科的研究。

该装置运行后，姚熊亮总觉得时间不够用，他带领团队同时开展多个前沿课题的研究，还有很多任务在排队。“现在投入精力最多的是航行器出入水时出现的非线性非平稳物理过程，我们必须通过大量模拟实验把相似性规律吃透了，不然这个数据很难运用到实际的工程中。”与此同时，团队还联合其他领域的专家开展水下近场光学测量系统以及复合材料方面的研究。

围绕大型试验装置，实验室还衍生出一些小装置，实现了技术突破。曾经压力测量需要将力转化成电信号或运动信号，而如今科研人员可以实现波-波测量。“我们在装置中输入4个波就能测出我们这个航行体中的应力波，再反推入射波。”

航行器复杂动力学与控制试验与测试系统是哈工程牵头，10余家单位共同参与，历时10年时间建造完成的。“这个项目是学校船海学科实力的体现，戴遗山教授的势流理论、李维扬教授的流固耦合原理、黄胜教授的空化空泡理论，以及徐玉如院士的高度智能化倡导，均如实验室建设的一盏盏明灯，没有这些理论的支撑，我们对于航行器的运动和受力的测量就是一句空话。可以说，这个实验装置是几代船海人智慧的结晶。”姚熊亮说，“我们一直以船海领域人才培养的摇篮著称，如今，我们也可以登陆上天了。”

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