李海超： 挺進(jìn)艦船減振降噪的“無人區(qū)”

蘇智 王超

潛艇越安靜，被敵方發(fā)現(xiàn)的概率就越低。民用船舶如果振動(dòng)噪聲大，不僅人不舒服，還可能威脅到水中生物的安全。國際海事組織對船舶振動(dòng)噪聲有嚴(yán)格的限值要求，超過了會(huì)被重罰。

.李海超與師弟交流學(xué)術(shù)問題

參與“藍(lán)鯨1號(hào)”海洋平臺(tái)振動(dòng)噪聲實(shí)船測試

給課題組師弟們講解振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估系統(tǒng)

“日前，我國首次在南海神狐海域進(jìn)行的天然氣水合物試開采已連續(xù)產(chǎn)氣，‘可燃冰試采成功，由我國自主設(shè)計(jì)建造的‘藍(lán)鯨1號(hào)海上鉆井平臺(tái)功不可沒”聽聞消息，哈爾濱工程大學(xué)的李海超異常激動(dòng)，“藍(lán)鯨1號(hào)”上的振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)與控制技術(shù)正是他所在的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的。

為“藍(lán)鯨”減振

“藍(lán)鯨1號(hào)”這種高端海工裝備在進(jìn)行資源鉆探等高精度作業(yè)時(shí)，振動(dòng)大的話，平臺(tái)上精密儀器的使用會(huì)直接受到影響。這就好比人用手去抓東西，當(dāng)手不停晃動(dòng)的時(shí)候很難抓住。李海超所在團(tuán)隊(duì)的工作，就是通過減振降噪的技術(shù)，讓“藍(lán)鯨”的“手”晃動(dòng)減小，從而保障平臺(tái)在復(fù)雜水域環(huán)境下對石油、可燃冰等資源的精準(zhǔn)勘探和采集。

這并不容易，“藍(lán)鯨1號(hào)”的設(shè)計(jì)適用于全球深海作業(yè)，工作水深3000多米，鉆井深度達(dá)到15000多米，是目前全球作業(yè)水深、鉆井深度最深的半潛式鉆井平臺(tái)。平臺(tái)總長100多米，有近30層樓的高度。這座海上“巨無霸”包含有船體、輪機(jī)、電氣、鉆井包等部分，此外還有幾千件各類型的機(jī)械設(shè)備，振動(dòng)噪聲激勵(lì)源分布廣泛，振動(dòng)噪聲較大。

2015年，李海超跟著導(dǎo)師龐福振等幾位教授，同其他同學(xué)一起常駐煙臺(tái)，進(jìn)行科研攻關(guān)。團(tuán)隊(duì)開展了多項(xiàng)工作，如仿真建模、對標(biāo)分析等，經(jīng)過仿真計(jì)算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、減隔振處理、實(shí)測數(shù)據(jù)校準(zhǔn)等過程，最終讓藍(lán)鯨1號(hào)平臺(tái)在正常作業(yè)工況下有了一個(gè)安靜平和的環(huán)境，安靜到什么程度？用一個(gè)例子就可以說明：居住艙室噪音控制到了50分貝左右的水平，僅相當(dāng)于夜間家人穿著拖鞋從身邊經(jīng)過的聲音。

勇闖“無人區(qū)”

2020年，美國突然禁止一些國內(nèi)高校使用MATLAB軟件，哈爾濱工程大學(xué)也在其中。MATLAB是一套科研常用的虛擬仿真軟件，當(dāng)時(shí)正使用它做論文的李海超遇到了巨大的麻煩，一時(shí)間找不到替代軟件，原本即將完成的論文擱置不前。

這不禁讓他聯(lián)想到了在船舶振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)方法以及試驗(yàn)評估系統(tǒng)研發(fā)領(lǐng)域，他也早已體會(huì)到了被“卡脖子”的痛苦。

船舶振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)、分析和控制大多基于通用軟件，市場上這類成熟的軟件絕大多來源于歐美等發(fā)達(dá)國家，我國現(xiàn)階段主要購買這些國家的專利產(chǎn)品，這就導(dǎo)致我們無法獲取系統(tǒng)源代碼，一旦被禁止使用，我們可能無法工作。同時(shí)，歐美等國在此領(lǐng)域還有很多先進(jìn)技術(shù)對我們封鎖，我國在船舶振動(dòng)噪聲定量設(shè)計(jì)、船舶振動(dòng)噪聲控制等方面與國際先進(jìn)水平存在差距，也沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船舶振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估系統(tǒng)?？梢哉f，在高端艦船及海工裝備，特別是國防裝備發(fā)展等方面，我們亟須突破關(guān)鍵技術(shù)。

李海超感覺到了國之重任與自己這個(gè)普通學(xué)生之間的聯(lián)系。在導(dǎo)師龐福振教授指導(dǎo)下，李海超開始探索研發(fā)船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲評估方法以及試驗(yàn)評估系統(tǒng)，從此走進(jìn)了科研的“無人區(qū)”。

在科研“無人區(qū)”行走無疑是痛苦的，如何探索性地開展船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲評估方法研究，如何創(chuàng)新突破船舶振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成、軟硬件匹配等關(guān)鍵技術(shù)，這些都沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，遇到的很多問題一時(shí)間連癥結(jié)都找不到，有時(shí)李海超甚至懷疑，自己選的這條路是不是個(gè)死胡同？

李海超沒有放棄，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了激勵(lì)載荷分析、模型簡化、邊界條件模擬等眾多關(guān)鍵技術(shù)，首次真正建立了我國自己的振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)方法，該方法比以往的預(yù)報(bào)方法更快、更準(zhǔn)確，也更具有普適性。在研發(fā)船舶振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估系統(tǒng)時(shí)，李海超也是精益求精?！坝浀卯?dāng)時(shí)剛開發(fā)的計(jì)算程序與國內(nèi)比較成熟的軟件在數(shù)據(jù)處理方面的峰值誤差約1分貝，這個(gè)數(shù)值在工程上完全是可以接受的誤差范圍，但我們覺得這1分貝的差異也不應(yīng)該存在?！崩詈３f。

他們一輪輪地優(yōu)化算法，反復(fù)修改、調(diào)試、試驗(yàn)，最終，他們研發(fā)的船舶振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估系統(tǒng)與國際先進(jìn)的測試系統(tǒng)峰值誤差降至0.3分貝。這個(gè)誤差說明我們自主研發(fā)的測試系統(tǒng)基本具備了與國際先進(jìn)水平一爭高下的能力，將為我國艦船振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)與控制提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。目前，該系統(tǒng)已完成可靠性、安全性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性六性試驗(yàn)，待條件成熟后將列裝各類船舶裝備。

不“安靜”的實(shí)驗(yàn)室

“藍(lán)鯨”攻關(guān)時(shí)，李海超和團(tuán)隊(duì)建立了非常詳細(xì)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲分析模型，僅幾何模型就占用了不少于1G的存儲(chǔ)空間，可這使得后續(xù)計(jì)算困難重重，普通計(jì)算機(jī)難以進(jìn)行該模型計(jì)算，可手頭又沒有超級(jí)計(jì)算機(jī)，只能再刪減非必要結(jié)構(gòu)以簡化模型。

到了計(jì)算分析的時(shí)候，模型計(jì)算死機(jī)、重心等關(guān)鍵信息與設(shè)計(jì)不符、局部結(jié)構(gòu)形變異常、總振動(dòng)結(jié)果與實(shí)際明顯不符等一系列問題接連出現(xiàn)?！拔腋杏X當(dāng)年1個(gè)月時(shí)間幾乎經(jīng)歷了過去3年學(xué)習(xí)中遇到的所有建模困難?！崩詈３f。

很多問題來自他們當(dāng)時(shí)對海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)較淺。一開始，李海超僅用結(jié)構(gòu)和設(shè)備的尺度來衡量其對整個(gè)平臺(tái)振動(dòng)噪聲的影響，但平臺(tái)作為超大型海上復(fù)雜結(jié)構(gòu)，很多設(shè)備和結(jié)構(gòu)雖然看起來龐大，其實(shí)對平臺(tái)整體振動(dòng)噪聲的影響微乎其微。于是，為了了解海洋平臺(tái)各結(jié)構(gòu)功能和重要程度，李海超和團(tuán)隊(duì)成員一起翻閱了1000余份設(shè)計(jì)圖紙資料，多次請教了時(shí)任研究院振動(dòng)噪聲組的主管和技術(shù)骨干，刪減了多余結(jié)構(gòu)。

研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)艦船振動(dòng)噪聲評估系統(tǒng)時(shí)，李海超只懂得界面布局、數(shù)據(jù)處理和算法實(shí)現(xiàn)等，對硬件系統(tǒng)及軟硬件結(jié)合還一竅不通。他帶著兩個(gè)師弟輾轉(zhuǎn)沈陽、無錫、上海等地調(diào)研學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過程中他們接觸到了一位專業(yè)工程師，李海超利用下班后不多的空余時(shí)間向他請教。他們一行三人住在工程師家里，白天自己編寫程序代碼，晚上向工程師請教。

這次長達(dá)35天的出差調(diào)研讓他們明確了各系統(tǒng)間的運(yùn)行關(guān)系，初步掌握了船舶振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估系統(tǒng)開發(fā)要點(diǎn)，為后面歷時(shí)一年半的研發(fā)工作打下了基礎(chǔ)。

做船舶振動(dòng)噪聲的科研實(shí)在不“安靜”，機(jī)房噪聲可達(dá)70分貝，李海超常常一待就是十幾天甚至一兩個(gè)月。攻關(guān)最緊張的時(shí)候，大家早上6點(diǎn)多就到研究院，一直工作到晚上10點(diǎn)以后，研究院熄燈閉門，不允許再待了為止。

課題組一位師弟是吉林人，沒見過大海。在煙臺(tái)為“藍(lán)鯨”攻關(guān)時(shí)，正好大家工作的研究院離海不遠(yuǎn)，從6樓向外望就能清晰地看到遠(yuǎn)處深藍(lán)的大海，小師弟當(dāng)時(shí)問李海超：“等咱們這個(gè)項(xiàng)目完成了，你帶我們?nèi)ズ＿吜镞_(dá)一圈行不行？”，李海超毫不猶豫地說了句肯定沒問題。但遺憾的是，師弟要返校上課時(shí)，項(xiàng)目還未完成，當(dāng)天晚上大家一起加班到9點(diǎn)多，臨行前只匆匆吃了頓飯，李海超便送他去趕當(dāng)晚的輪渡了。

四代傳承，接力奮斗

從新中國一開始的“有海無防”到如今有航母、055大驅(qū)、各類水面水下艦船守衛(wèi)的強(qiáng)大海防，離不開一代代軍工人的努力與奉獻(xiàn)。

李海超所就讀的哈爾濱工程大學(xué)前身是創(chuàng)建于1953年的中國人民解放軍軍事工程學(xué)院，也就是人們常說的“哈軍工”，而今，它已成為國家“三海一核”——船舶工業(yè)、海軍裝備、海洋開發(fā)、核能應(yīng)用領(lǐng)域重要的人才培養(yǎng)和科學(xué)研究基地。2017年，該校船舶與海洋工程學(xué)科更在國際學(xué)科評估中獲評“世界上該領(lǐng)域最有實(shí)力的學(xué)科之一”。

進(jìn)行水下航行器結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲模型試驗(yàn)

帶著自研的振動(dòng)噪聲試驗(yàn)評估系統(tǒng)參與2019年上海海事展

進(jìn)行“藍(lán)鯨2號(hào)”海洋平臺(tái)振動(dòng)噪聲實(shí)船測試

學(xué)校艦船振動(dòng)噪聲方向的研究也歷經(jīng)了從無到有、從輕到重的過程，李海超已經(jīng)是第四代研究者了。從起初前輩們的手繪設(shè)計(jì)圖紙和經(jīng)驗(yàn)估算振動(dòng)噪聲到如今各種三維設(shè)計(jì)琳瑯滿目，艦船振動(dòng)噪聲亦是進(jìn)行了系列化實(shí)船測試，實(shí)現(xiàn)了艦船全周期過程的定量評估。

李海超的導(dǎo)師龐福振教授作為第三代研究者，他在艦船結(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲領(lǐng)域成果頗豐，獲得了國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、國防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等10余項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。剛來到這里跟隨導(dǎo)師學(xué)習(xí)時(shí)，李海超一度受挫，他對艦船振動(dòng)噪聲研究方向一點(diǎn)兒也不懂，參加課題組學(xué)術(shù)會(huì)議像聽天書，入學(xué)不滿一個(gè)月時(shí)甚至一度想過退學(xué)。不知所措的他被龐福振教授建議去參觀下校史館，原以為這只是導(dǎo)師的一個(gè)普通安排，沒想到這次參觀讓他深受觸動(dòng)。“以祖國需要為第一需要、以國防需求為第一使命”是一代代軍工人的價(jià)值追求，“服務(wù)國家戰(zhàn)略、國防需求”是哈工程人的宗旨，傳承“哈軍工精神”是每一期學(xué)員的神圣使命?？粗Ｊ佛^一張張珍貴的畫卷，他感慨萬千，這不就是一代代軍工人為我國海洋強(qiáng)國夢奮斗的真實(shí)寫照嗎？前輩們在新中國一窮二白的背景下取得了如此驕人的成績，我們這一輩有什么理由不為之奮斗！

碩士即將畢業(yè)時(shí)，李海超的科研工作已步入正軌，不少知名船企向李海超拋來橄欖枝。面臨選擇時(shí)，龐福振教授的一席話再次讓李海超心動(dòng)。

“你的研究已經(jīng)有了一些眉目，如果能繼續(xù)下去，可能就會(huì)讓我們苦心鉆研的船舶減振降噪前進(jìn)一步，建立屬于我們自己的船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)方法?！笔枪ぷ?，還是繼續(xù)科研？李海超果斷選擇了后者，他立志繼續(xù)追隨前輩，瞄準(zhǔn)船舶減振降噪國家重大戰(zhàn)略需求，開展艦船振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)評估基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。

“未來的路還很長，要做的事還很多，完成了設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)研究，還有建造期、試航期、修理期等船舶不同階段的研究需要一個(gè)個(gè)地去完成?！崩詈３f。

責(zé)任編輯：馬春梅