李海超： 挺進艦船減振降噪的“無人區”

蘇智 王超

潛艇越安靜，被敵方發現的概率就越低。民用船舶如果振動噪聲大，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噪聲有嚴格的限值要求，超過了會被重罰。

.李海超與師弟交流學術問題

參與“藍鯨1號”海洋平臺振動噪聲實船測試

給課題組師弟們講解振動噪聲試驗評估系統

“日前，我國首次在南海神狐海域進行的天然氣水合物試開采已連續產氣，‘可燃冰試采成功，由我國自主設計建造的‘藍鯨1號海上鉆井平臺功不可沒”聽聞消息，哈爾濱工程大學的李海超異常激動，“藍鯨1號”上的振動噪聲預報與控制技術正是他所在的團隊研發的。

為“藍鯨”減振

“藍鯨1號”這種高端海工裝備在進行資源鉆探等高精度作業時，振動大的話，平臺上精密儀器的使用會直接受到影響。這就好比人用手去抓東西，當手不停晃動的時候很難抓住。李海超所在團隊的工作，就是通過減振降噪的技術，讓“藍鯨”的“手”晃動減小，從而保障平臺在復雜水域環境下對石油、可燃冰等資源的精準勘探和采集。

這并不容易，“藍鯨1號”的設計適用于全球深海作業，工作水深3000多米，鉆井深度達到15000多米，是目前全球作業水深、鉆井深度最深的半潛式鉆井平臺。平臺總長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、電氣、鉆井包等部分，此外還有幾千件各類型的機械設備，振動噪聲激勵源分布廣泛，振動噪聲較大。

2015年，李海超跟著導師龐福振等幾位教授，同其他同學一起常駐煙臺，進行科研攻關。團隊開展了多項工作，如仿真建模、對標分析等，經過仿真計算、結構優化設計、減隔振處理、實測數據校準等過程，最終讓藍鯨1號平臺在正常作業工況下有了一個安靜平和的環境，安靜到什么程度？用一個例子就可以說明：居住艙室噪音控制到了50分貝左右的水平，僅相當于夜間家人穿著拖鞋從身邊經過的聲音。

勇闖“無人區”

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

這不禁讓他聯想到了在船舶振動噪聲預報方法以及試驗評估系統研發領域，他也早已體會到了被“卡脖子”的痛苦。

船舶振動噪聲預報、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達國家，我國現階段主要購買這些國家的專利產品，這就導致我們無法獲取系統源代碼，一旦被禁止使用，我們可能無法工作。同時，歐美等國在此領域還有很多先進技術對我們封鎖，我國在船舶振動噪聲定量設計、船舶振動噪聲控制等方面與國際先進水平存在差距，也沒有自主知識產權的船舶振動噪聲試驗評估系統。可以說，在高端艦船及海工裝備，特別是國防裝備發展等方面，我們亟須突破關鍵技術。

李海超感覺到了國之重任與自己這個普通學生之間的聯系。在導師龐福振教授指導下，李海超開始探索研發船舶結構振動噪聲評估方法以及試驗評估系統，從此走進了科研的“無人區”。

在科研“無人區”行走無疑是痛苦的，如何探索性地開展船舶結構振動噪聲評估方法研究，如何創新突破船舶振動噪聲試驗評估軟件開發、系統集成、軟硬件匹配等關鍵技術，這些都沒有成熟的經驗可借鑒，遇到的很多問題一時間連癥結都找不到，有時李海超甚至懷疑，自己選的這條路是不是個死胡同？

李海超沒有放棄，他帶領團隊突破了激勵載荷分析、模型簡化、邊界條件模擬等眾多關鍵技術，首次真正建立了我國自己的振動噪聲預報方法，該方法比以往的預報方法更快、更準確，也更具有普適性。在研發船舶振動噪聲試驗評估系統時，李海超也是精益求精。“記得當時剛開發的計算程序與國內比較成熟的軟件在數據處理方面的峰值誤差約1分貝，這個數值在工程上完全是可以接受的誤差范圍，但我們覺得這1分貝的差異也不應該存在。”李海超說。

他們一輪輪地優化算法，反復修改、調試、試驗，最終，他們研發的船舶振動噪聲試驗評估系統與國際先進的測試系統峰值誤差降至0.3分貝。這個誤差說明我們自主研發的測試系統基本具備了與國際先進水平一爭高下的能力，將為我國艦船振動噪聲設計與控制提供精準的數據支撐。目前，該系統已完成可靠性、安全性、維修性、測試性、保障性、環境適應性六性試驗，待條件成熟后將列裝各類船舶裝備。

不“安靜”的實驗室

“藍鯨”攻關時，李海超和團隊建立了非常詳細的平臺結構振動噪聲分析模型，僅幾何模型就占用了不少于1G的存儲空間，可這使得后續計算困難重重，普通計算機難以進行該模型計算，可手頭又沒有超級計算機，只能再刪減非必要結構以簡化模型。

到了計算分析的時候，模型計算死機、重心等關鍵信息與設計不符、局部結構形變異常、總振動結果與實際明顯不符等一系列問題接連出現。“我感覺當年1個月時間幾乎經歷了過去3年學習中遇到的所有建模困難。”李海超說。

很多問題來自他們當時對海洋平臺結構認識較淺。一開始，李海超僅用結構和設備的尺度來衡量其對整個平臺振動噪聲的影響，但平臺作為超大型海上復雜結構，很多設備和結構雖然看起來龐大，其實對平臺整體振動噪聲的影響微乎其微。于是，為了了解海洋平臺各結構功能和重要程度，李海超和團隊成員一起翻閱了1000余份設計圖紙資料，多次請教了時任研究院振動噪聲組的主管和技術骨干，刪減了多余結構。

研發自主知識產權艦船振動噪聲評估系統時，李海超只懂得界面布局、數據處理和算法實現等，對硬件系統及軟硬件結合還一竅不通。他帶著兩個師弟輾轉沈陽、無錫、上海等地調研學習。學習過程中他們接觸到了一位專業工程師，李海超利用下班后不多的空余時間向他請教。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35天的出差調研讓他們明確了各系統間的運行關系，初步掌握了船舶振動噪聲試驗評估系統開發要點，為后面歷時一年半的研發工作打下了基礎。

做船舶振動噪聲的科研實在不“安靜”，機房噪聲可達70分貝，李海超常常一待就是十幾天甚至一兩個月。攻關最緊張的時候，大家早上6點多就到研究院，一直工作到晚上10點以后，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。在煙臺為“藍鯨”攻關時，正好大家工作的研究院離海不遠，從6樓向外望就能清晰地看到遠處深藍的大海，小師弟當時問李海超：“等咱們這個項目完成了，你帶我們去海邊溜達一圈行不行？”，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，項目還未完成，當天晚上大家一起加班到9點多，臨行前只匆匆吃了頓飯，李海超便送他去趕當晚的輪渡了。

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、各類水面水下艦船守衛的強大海防，離不開一代代軍工人的努力與奉獻。

李海超所就讀的哈爾濱工程大學前身是創建于1953年的中國人民解放軍軍事工程學院，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、海軍裝備、海洋開發、核能應用領域重要的人才培養和科學研究基地。2017年，該校船舶與海洋工程學科更在國際學科評估中獲評“世界上該領域最有實力的學科之一”。

進行水下航行器結構振動噪聲模型試驗

帶著自研的振動噪聲試驗評估系統參與2019年上海海事展

進行“藍鯨2號”海洋平臺振動噪聲實船測試

學校艦船振動噪聲方向的研究也歷經了從無到有、從輕到重的過程，李海超已經是第四代研究者了。從起初前輩們的手繪設計圖紙和經驗估算振動噪聲到如今各種三維設計琳瑯滿目，艦船振動噪聲亦是進行了系列化實船測試，實現了艦船全周期過程的定量評估。

李海超的導師龐福振教授作為第三代研究者，他在艦船結構振動與噪聲領域成果頗豐，獲得了國家技術發明二等獎、國防科技進步一等獎、軍隊科技進步一等獎等10余項獎項。剛來到這里跟隨導師學習時，李海超一度受挫，他對艦船振動噪聲研究方向一點兒也不懂，參加課題組學術會議像聽天書，入學不滿一個月時甚至一度想過退學。不知所措的他被龐福振教授建議去參觀下校史館，原以為這只是導師的一個普通安排，沒想到這次參觀讓他深受觸動。“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值追求，“服務國家戰略、國防需求”是哈工程人的宗旨，傳承“哈軍工精神”是每一期學員的神圣使命。看著校史館一張張珍貴的畫卷，他感慨萬千，這不就是一代代軍工人為我國海洋強國夢奮斗的真實寫照嗎？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！

碩士即將畢業時，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，龐福振教授的一席話再次讓李海超心動。

“你的研究已經有了一些眉目，如果能繼續下去，可能就會讓我們苦心鉆研的船舶減振降噪前進一步，建立屬于我們自己的船舶結構振動噪聲預報方法。”是工作，還是繼續科研？李海超果斷選擇了后者，他立志繼續追隨前輩，瞄準船舶減振降噪國家重大戰略需求，開展艦船振動噪聲預報評估基礎及應用研究。

“未來的路還很長，要做的事還很多，完成了設計階段的基礎研究，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個地去完成。”李海超說。

責任編輯：馬春梅