李海超： 挺進艦船減振降噪的“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(shù)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(tǒng)

“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(xù)產(chǎn)氣，‘可燃冰試采成功，由我國自主設(shè)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(shù)正是他所在的團隊研發(fā)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(yè)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?；蝿拥臅r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(shù)，讓“藍鯨”的“手”晃動減小，從而保障平臺在復雜水域環(huán)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(shè)計適用于全球深海作業(yè)，工作水深3000多米，鉆井深度達到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。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(shè)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(guān)。團隊開展了多項工作，如仿真建模、對標分析等，經(jīng)過仿真計算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、減隔振處理、實測數(shù)據(jù)校準等過程，最終讓藍鯨1號平臺在正常作業(yè)工況下有了一個安靜平和的環(huán)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(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(lián)想到了在船舶振動噪聲預報方法以及試驗評估系統(tǒng)研發(fā)領(lǐng)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(fā)達國家，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，歐美等國在此領(lǐng)域還有很多先進技術(shù)對我們封鎖，我國在船舶振動噪聲定量設(shè)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(chǎn)權(quán)的船舶振動噪聲試驗評估系統(tǒng)。可以說，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普通學生之間的聯(lián)系。在導師龐福振教授指導下，李海超開始探索研發(fā)船舶結(jié)構(gòu)振動噪聲評估方法以及試驗評估系統(tǒng)，從此走進了科研的“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)振動噪聲評估方法研究，如何創(chuàng)新突破船舶振動噪聲試驗評估軟件開發(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)驗可借鑒，遇到的很多問題一時間連癥結(jié)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(lǐng)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(guān)鍵技術(shù)，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(fā)船舶振動噪聲試驗評估系統(tǒng)時，李海超也是精益求精?！坝浀卯敃r剛開發(fā)的計算程序與國內(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。”李海超說。

他們一輪輪地優(yōu)化算法，反復修改、調(diào)試、試驗，最終，他們研發(fā)的船舶振動噪聲試驗評估系統(tǒng)與國際先進的測試系統(tǒng)峰值誤差降至0.3分貝。這個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水平一爭高下的能力，將為我國艦船振動噪聲設(shè)計與控制提供精準的數(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，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(guān)時，李海超和團隊建立了非常詳細的平臺結(jié)構(gòu)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(xù)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(jié)構(gòu)以簡化模型。

到了計算分析的時候，模型計算死機、重心等關(guān)鍵信息與設(shè)計不符、局部結(jié)構(gòu)形變異常、總振動結(jié)果與實際明顯不符等一系列問題接連出現(xiàn)?！拔腋杏X當年1個月時間幾乎經(jīng)歷了過去3年學習中遇到的所有建模困難?！崩詈３f。

很多問題來自他們當時對海洋平臺結(jié)構(gòu)認識較淺。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平臺振動噪聲的影響，但平臺作為超大型海上復雜結(jié)構(gòu)，很多設(shè)備和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)功能和重要程度，李海超和團隊成員一起翻閱了1000余份設(shè)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(shù)骨干，刪減了多余結(jié)構(gòu)。

研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)艦船振動噪聲評估系統(tǒng)時，李海超只懂得界面布局、數(shù)據(jù)處理和算法實現(xiàn)等，對硬件系統(tǒng)及軟硬件結(jié)合還一竅不通。他帶著兩個師弟輾轉(zhuǎn)沈陽、無錫、上海等地調(diào)研學習。學習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(diào)研讓他們明確了各系統(tǒng)間的運行關(guān)系，初步掌握了船舶振動噪聲試驗評估系統(tǒng)開發(fā)要點，為后面歷時一年半的研發(fā)工作打下了基礎(chǔ)。

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(guān)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(guān)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?nèi)ズ＿吜镞_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(qū)、各類水面水下艦船守衛(wèi)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(chuàng)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(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(lǐng)域最有實力的學科之一”。

進行水下航行器結(jié)構(gòu)振動噪聲模型試驗

帶著自研的振動噪聲試驗評估系統(tǒng)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(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)計圖紙和經(jīng)驗估算振動噪聲到如今各種三維設(shè)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(xiàn)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(jié)構(gòu)振動與噪聲領(lǐng)域成果頗豐，獲得了國家技術(shù)發(fā)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(shù)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?！耙宰鎳枰獮榈谝恍枰?、以國防需求為第一使命”是一代代軍工人的價值追求，“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(yè)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(jīng)有了一些眉目，如果能繼續(xù)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(jié)構(gòu)振動噪聲預報方法。”是工作，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，瞄準船舶減振降噪國家重大戰(zhàn)略需求，開展艦船振動噪聲預報評估基礎(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個地去完成?！崩詈３f。

責任編輯：馬春梅