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投入使用

日前，哈爾濱工程大學船舶學院教授姚熊亮帶領團隊開發建設了10年的航行器復雜動力學與控制試驗系統突破重重挑戰，正式投入使用。當航行器在水空兩種介質高速穿越時會受到沖擊力作用，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領域的工程難題。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生極大的沖擊載荷，航行器表面和尾部出現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，也因此成為一項關鍵核心技術，制約著該類航行器的發展。

“啟動！”隨著中心控制室的科研人員下達中控系統指令，實驗艙內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。“我們的實驗艙是真空的，實驗室有5000多噸水，科研人員只需要在系統中設置參數，實驗室就會造出不同的波、流，模擬不同的海洋環境。”姚熊亮介紹。

該實驗室建筑面積5500平方米，包含15個大系統，各類設備近200臺，可實現復雜海洋環境模擬、超低氣壓模擬、水下高清觀測，是國內首個實現“一次減壓，連續實驗”的大型水動力試驗設施，同時隨著實驗系統不斷優化，將逐步實現“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實時捕捉的各種實驗數據，通過與水聲專業的先進聲學技術測量數據對比，該裝置捕捉數據具有較高的精度，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，他帶領團隊同時開展多個前沿課題的研究，還有很多任務在排隊。“現在投入精力最多的是航行器出入水時出現的非線性非平穩物理過程，我們必須通過大量模擬實驗把相似性規律吃透了，不然這個數據很難運用到實際的工程中。”與此同時，團隊還聯合其他領域的專家開展水下近場光學測量系統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，實現了技術突破。曾經壓力測量需要將力轉化成電信號或運動信號，而如今科研人員可以實現波—波測量。“我們在裝置中輸入4個波就能測出航行體中的應力波，再反推入射波。”

航行器復雜動力學與控制試驗與測試系統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，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晶。”姚熊亮說，“我們一直以船海領域人才培養的搖籃著稱，如今，我們也可以登陸上天了。”（中國教育報-中國教育新聞網 通訊員 朱虹）