騫翮遠(yuǎn)翥拓新路 篤信精勤譜華章

陳曦

他，睿智嚴(yán)謹(jǐn)，取得了至高榮譽(yù)。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析和振動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域優(yōu)秀科學(xué)家的奧林匹克競(jìng)技場(chǎng)上，他勇奪一“金”。他提出的汽輪機(jī)整圈連接長(zhǎng)葉片振動(dòng)設(shè)計(jì)的新方法和葉片調(diào)頻的“三重點(diǎn)”理論，解決了我國(guó)自行設(shè)計(jì)大容量汽輪機(jī)中的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵，促成了新中國(guó)成立初期我國(guó)新一代主力機(jī)組的批量生產(chǎn)。隨后又連續(xù)在振動(dòng)診斷技術(shù)和動(dòng)力學(xué)拓展領(lǐng)域不斷刷新國(guó)內(nèi)外記錄，成為引領(lǐng)該領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的一代楷模。

他，循循善誘，作風(fēng)樸素低調(diào)。在動(dòng)力學(xué)及振動(dòng)工程學(xué)科領(lǐng)域這方熱土上，他培養(yǎng)了一批骨干和精英。他甘愿做動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一捧春泥，用豐厚的學(xué)養(yǎng)和高尚的品德言傳身教，培育著我國(guó)該領(lǐng)域的科技新苗。

他，就是我國(guó)著名機(jī)械動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)專(zhuān)家、中國(guó)工程院院士黃文虎教授。

預(yù)拓荒者砥礪前行

1949年畢業(yè)于浙江大學(xué)電機(jī)系電訊組的黃文虎，有幸與新中國(guó)共同成長(zhǎng)，后因工作需要被抽調(diào)改行學(xué)習(xí)力學(xué)并任力學(xué)教師，而在哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生班學(xué)習(xí)時(shí)的結(jié)業(yè)論文指定研究振動(dòng)問(wèn)題，更讓他明確了一生的專(zhuān)業(yè)研究方向。他作為工科大學(xué)的教師，一生密切關(guān)注結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用研究，解決了若干生產(chǎn)中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。

從上世紀(jì)50年代到70年代初，黃文虎一直從事振動(dòng)理論的研究和教學(xué)工作，但還未和實(shí)際的工程問(wèn)題相結(jié)合。直到1972年，他來(lái)到哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)，恰逢我國(guó)“五年計(jì)劃”經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展時(shí)期，他們發(fā)現(xiàn)建國(guó)初期仿照蘇聯(lián)技術(shù)自行設(shè)計(jì)的20萬(wàn)千瓦主力機(jī)組已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，為此，哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)承擔(dān)起了自行研制大容量的60萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組的重點(diǎn)工程項(xiàng)目，希望為我國(guó)研制新的主力機(jī)組，擺脫國(guó)外的技術(shù)壟斷，提高國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新能力。

在這一重點(diǎn)工程中，黃文虎憑借著在振動(dòng)研究領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，主要負(fù)責(zé)汽輪機(jī)葉片振動(dòng)設(shè)計(jì)理論和技術(shù)問(wèn)題的探索和研究，這也是大容量機(jī)組研制過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。因?yàn)榘礆鈩?dòng)力要求，該機(jī)末級(jí)葉片長(zhǎng)達(dá)1米，葉片所承受的離心力近萬(wàn)噸，如果汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上葉片的頻率與氣流激振力的頻率重迭，將發(fā)生危險(xiǎn)的“共振”現(xiàn)象。葉片的激烈振動(dòng)可能導(dǎo)致葉片斷裂，巨大離心力下的斷葉片將造成重大事故，嚴(yán)重的甚至機(jī)毀人亡。

為了提高葉片動(dòng)剛度和強(qiáng)度，黃文虎決定采用拱形圍帶和松拉金整圈連接方案。但這一方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)頻原則不明，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到有關(guān)設(shè)計(jì)方法，這樣，長(zhǎng)葉片設(shè)計(jì)就成了60萬(wàn)千瓦機(jī)組設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

黃文虎在困難面前迎難而上，展開(kāi)深入的調(diào)查，并與工廠(chǎng)設(shè)計(jì)人員一起構(gòu)造力學(xué)模型，推導(dǎo)振動(dòng)方程，在沒(méi)有國(guó)外資料的情況下，他利用自己長(zhǎng)期積累的振動(dòng)知識(shí)，提出了一種全新的理論與計(jì)算方法。緊接著，他與設(shè)計(jì)人員一同編排程序，一起計(jì)算，一起作振動(dòng)模型試驗(yàn)，結(jié)果證明他們所提出的被稱(chēng)之為“三重點(diǎn)”調(diào)頻理論是正確的，使得長(zhǎng)葉片設(shè)計(jì)工作得以順利進(jìn)行。利用這一方法，設(shè)計(jì)的長(zhǎng)葉片既輕巧，又安全，節(jié)省了大量的合金材料，和法國(guó)同類(lèi)自由長(zhǎng)葉片相比，約輕1/3左右。廠(chǎng)方?jīng)Q定采納，用于60萬(wàn)千瓦機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)，黃文虎創(chuàng)造性地解決了這一關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，促成了我國(guó)新一代主力機(jī)組的批量生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)這一理論在國(guó)內(nèi)外是首創(chuàng)，填補(bǔ)了中國(guó)汽輪機(jī)長(zhǎng)葉片振動(dòng)計(jì)算中的空白。有關(guān)這方面的文章《整圈連接葉片組的自由和受迫振動(dòng)》、《具有隨機(jī)參數(shù)的周期結(jié)構(gòu)的振動(dòng)》分別于1981年和1982年發(fā)表在美國(guó)的權(quán)威雜志《美國(guó)航空航天學(xué)報(bào)》上，多次被國(guó)內(nèi)外檢索引用。

值得一提的是，同類(lèi)型的葉片結(jié)構(gòu)不限于電廠(chǎng)的汽輪發(fā)電機(jī)組，還廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭的液氧泵及化工流程機(jī)械等多種旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)。該創(chuàng)新理論和方法廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)有關(guān)廠(chǎng)所，是我國(guó)在該領(lǐng)域自主創(chuàng)新的典范，而黃文虎院士以卓越的貢獻(xiàn)成為我國(guó)該領(lǐng)域的拓荒者。

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手共同劍指

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜、自動(dòng)化水平越來(lái)越高、機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用和影響越來(lái)越大，機(jī)器運(yùn)行中發(fā)生的任何故障或失效不僅會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至還可能導(dǎo)致人員傷亡。通過(guò)對(duì)設(shè)備工況進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)故障發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行早期診斷，找出故障原因，采取措施避免設(shè)備的突然損壞，使之安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。開(kāi)展故障診斷技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。黃文虎團(tuán)隊(duì)則是國(guó)內(nèi)故障診斷技術(shù)研究的先行者，先后在學(xué)術(shù)上發(fā)展了模糊診斷、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等診斷技術(shù)，他們提出的模糊診斷等新概念和方法，把人工智能專(zhuān)家系統(tǒng)理論及新一代計(jì)算機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和方法引入故障診斷。這些開(kāi)創(chuàng)性的工作為故障診斷開(kāi)辟了新路。

同時(shí)，黃文虎團(tuán)隊(duì)致力于故障診斷設(shè)備的研制和開(kāi)發(fā)工作，在國(guó)內(nèi)較早和成功地將微機(jī)應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)組和振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷上，開(kāi)發(fā)了幾套具有中國(guó)特色的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可將大量機(jī)組運(yùn)行資料儲(chǔ)存起來(lái)，隨時(shí)通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)查閱歷史運(yùn)行資料。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了故障診斷系統(tǒng)產(chǎn)品，裝備于國(guó)內(nèi)多家電廠(chǎng)和石化企業(yè)，取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，產(chǎn)品已列入《1995年國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃項(xiàng)目》。

黃文虎團(tuán)隊(duì)針對(duì)當(dāng)時(shí)全國(guó)電力供應(yīng)嚴(yán)重短缺，多家發(fā)電廠(chǎng)機(jī)組故障頻發(fā)的情況，選擇了與專(zhuān)業(yè)研究所及清華大學(xué)、上海交大、華中科技大學(xué)等高校強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，在國(guó)家“六五”、“七五”、“八五”計(jì)劃期間，連續(xù)在國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目支持下，系統(tǒng)地開(kāi)展了發(fā)電系統(tǒng)機(jī)組故障診斷技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的研究。應(yīng)用于若干電廠(chǎng)，取得了系列的成果，有效緩解了國(guó)內(nèi)電力供應(yīng)的窘境，也進(jìn)一步增強(qiáng)了他們?cè)诠收显\斷技術(shù)方面的研究信心。

在這之后，黃文虎團(tuán)隊(duì)還將故障診斷技術(shù)引向航天飛行器，在衛(wèi)星等空間飛行器故障診斷技術(shù)方面取得重要成果，為故障診斷技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)拓了途徑。針對(duì)神舟號(hào)載人飛船飛行過(guò)程中無(wú)法預(yù)知的故障，他們提出了“對(duì)應(yīng)于在空間運(yùn)行的衛(wèi)星，在地面設(shè)置一個(gè)同步運(yùn)行的、并實(shí)時(shí)與之比對(duì)的模擬器的方案”。此設(shè)備對(duì)空間運(yùn)行的衛(wèi)星出現(xiàn)的故障，將可由地面專(zhuān)家進(jìn)行“實(shí)時(shí)的”故障診斷，并“實(shí)時(shí)”給出消除障礙、恢復(fù)正常運(yùn)行的對(duì)策。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了其可行性，得到了設(shè)計(jì)部門(mén)的采納，并獲得國(guó)防科工委科技進(jìn)步獎(jiǎng)，是我國(guó)故障診斷技術(shù)的又一次大跨步前進(jìn)。

動(dòng)力學(xué)界譜寫(xiě)新章

動(dòng)力學(xué)的反問(wèn)題是70年代以來(lái)科學(xué)發(fā)展的前沿問(wèn)題，有極其廣泛和深遠(yuǎn)的前景。而黃文虎是在中國(guó)率先提出研究動(dòng)力學(xué)反問(wèn)題的人之一。他將自動(dòng)控制理論中的系統(tǒng)辯識(shí)理論應(yīng)用于振動(dòng)參數(shù)的辯識(shí)中，并把研究重點(diǎn)放在還不成熟的時(shí)域方法上，得出了振動(dòng)參數(shù)可辯識(shí)性條件的若干結(jié)論。他發(fā)展了結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)的辯識(shí)方法，提出了一些計(jì)算方法，在提高識(shí)別精度、抗干擾能力、鑒別虛假模態(tài)等方面作出了重大改進(jìn)。因而在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的反問(wèn)題研究方面取得了較系統(tǒng)的成果，在“結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)識(shí)別的理論基礎(chǔ)研究”方面獲得航天部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

在我國(guó)航天技術(shù)的不同發(fā)展階段，黃文虎團(tuán)隊(duì)還開(kāi)展了相應(yīng)的研究。包括早期的艙體翼面組合結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析和計(jì)算程序研究；捆綁火箭動(dòng)力學(xué)研究；對(duì)首次采用三軸穩(wěn)定體制的東方紅三號(hào)通訊衛(wèi)星的大面積柔性太陽(yáng)能帆板振動(dòng)及穩(wěn)定性研究；航天結(jié)構(gòu)主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制的研究；航天器多體復(fù)雜系統(tǒng)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)與控制研究等，并取得了一系列可喜成績(jī)。

為了改善衛(wèi)星的力學(xué)環(huán)境以增加有效載荷，黃文虎團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了整星減振隔振技術(shù)的研究，空間飛行器不同于地面設(shè)備，它受到質(zhì)量、空間、電源、電磁兼容等多種條件的嚴(yán)格限制，使得減振隔振可采取的手段十分有限，迄今國(guó)際上在大型衛(wèi)星上也尚未能突破。他們以風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星為背景，積累了多種方案的大量仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室模型的試驗(yàn)結(jié)果，為航天部門(mén)的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。與我國(guó)重工集團(tuán)702所合作，在國(guó)內(nèi)開(kāi)拓將動(dòng)力學(xué)研究的領(lǐng)域擴(kuò)展到水下和出、入水面的高速航行體動(dòng)力學(xué)，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)動(dòng)力學(xué)研究不斷發(fā)展。

行為世范德藝雙馨

作為一位博士生導(dǎo)師，黃文虎教授自上世紀(jì)五十年代走上那三尺講臺(tái)的時(shí)候，便對(duì)教書(shū)育人有了深深的迷戀和虔誠(chéng)的使命感。他深知人才對(duì)國(guó)家發(fā)展的重要性，更懂得國(guó)家對(duì)創(chuàng)新人才的渴求，因此，對(duì)學(xué)生他總是傾囊相授、毫無(wú)保留，先后培養(yǎng)博士生70余人，大部分已成為國(guó)內(nèi)航天、航空及其他領(lǐng)域的技術(shù)骨干；對(duì)學(xué)科建設(shè)他更是不遺余力、無(wú)私奉獻(xiàn)，籌建飛行器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度專(zhuān)業(yè)，參與教材翻譯與編寫(xiě)工作，有效促進(jìn)了該學(xué)科的發(fā)展。

學(xué)為人師、行為世范，顯大家氣度；著書(shū)立說(shuō)、厚德載物，成高山仰止。相信隨著時(shí)間的推移，黃文虎院士對(duì)于我國(guó)動(dòng)力學(xué)理論的建設(shè)和發(fā)展所起到的作用，必將日益凸顯。而他培養(yǎng)的高新人才也必將在科技創(chuàng)新打拼出自己的一片天地，為祖國(guó)的創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)夢(mèng)注入自己的力量！

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

黃文虎，浙江永康人，1926年出生，1945年考入浙江大學(xué)電機(jī)系電訊組，1950年到哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生班學(xué)習(xí)。曾任職哈工大航天學(xué)院飛行器動(dòng)力學(xué)與控制研究所教授、哈工大副校長(zhǎng)、校長(zhǎng)，中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，1995年入選中國(guó)工程院院士。專(zhuān)業(yè)方向是一般力學(xué)，又稱(chēng)動(dòng)力學(xué)與控制。承擔(dān)并完成了國(guó)家和各部門(mén)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目共70多項(xiàng)，創(chuàng)造性地解決了若干關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，部省級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)6項(xiàng)，二、三等獎(jiǎng)10項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外出版專(zhuān)著7部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文334篇。