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

發(fā)布時間:2022-12-23 作者:朱虹 來源:中國教育新聞網(wǎng)

日前,哈爾濱工程大學船舶學院教授姚熊亮帶領(lǐng)團隊開發(fā)建設(shè)了10年的航行器復雜動力學與控制試驗系統(tǒng)突破重重挑戰(zhàn),正式投入使用。當航行器在水空兩種介質(zhì)高速穿越時會受到?jīng)_擊力作用,而這一涉及多學科交叉的復雜力學問題應該如何去研究,一直是橫亙在跨介質(zhì)領(lǐng)域的工程難題。隨著這一大型試驗裝置的投入運行,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,導致航行器的受力和運動異常。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中控系統(tǒng)指令,實驗艙內(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?!拔覀兊膶嶒炁撌钦婵盏?,實驗室有5000多噸水,科研人員只需要在系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù),實驗室就會造出不同的波、流,模擬不同的海洋環(huán)境?!币π芰两榻B。

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

中控室大屏幕上同步展示的還有系統(tǒng)實時捕捉的各種實驗數(shù)據(jù),通過與水聲專業(yè)的先進聲學技術(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)模型實驗或者部分原型實驗、深水實驗,涉及流體力學、空泡動力學、熱力學等多個基礎(chǔ)學科的研究。

該裝置運行后,姚熊亮總覺得時間不夠用,他帶領(lǐng)團隊同時開展多個前沿課題的研究,還有很多任務在排隊?!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驗把相似性規(guī)律吃透了,不然這個數(shù)據(jù)很難運用到實際的工程中。”與此同時,團隊還聯(lián)合其他領(lǐng)域的專家開展水下場光學測量系統(tǒng)以及復合材料方面的研究。

圍繞大型實驗裝置,實驗室還衍生出一些小裝置,實現(xiàn)了技術(shù)突破。曾經(jīng)壓力測量需要將力轉(zhuǎn)化成電信號或運動信號,而如今科研人員可以實現(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力波,再反推入射波?!?/span>

航行器復雜動力學與控制試驗與測試系統(tǒng)是哈爾濱工程大學牽頭,10余家單位共同參與,歷時10年時間建造完成的。“這個項目是學校船海學科實力的體現(xiàn),戴遺山教授的勢流理論、李維揚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,均如實驗室建設(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動和受力的測量就是一句空話。可以說,這個實驗裝置是幾代船海人智慧的結(jié)晶?!币π芰琳f,“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-中國教育新聞網(wǎng) 通訊員 朱虹)

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