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【哈程大】解密深海黑鱼——《潜艇结构设计规范》的问世 [复制链接]

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发表于 2019-7-11 20:33:45 来自手机 |显示全部楼层

解密深海黑鱼
——记1978年全国科学大会奖获奖项目《潜艇结构设计规范》的问世


开 栏 的 话


        不忘初心方能行稳致远
        不忘本来方能开辟未来
        70年,哈尔滨工程大学始终与新中国国防现代化和海军战略转型休戚与共

        新时代,接过历史的接力棒
        民族复兴的弄潮儿,需要更强大的精神力量
        《工学周报》特别策划“礼赞70年·祖国不会忘记”
        翻阅校史通鉴,倾听前辈讲述
        重温那些“国字号”科技成果的背后
        一代代哈军工传人用青春与热血谱写的爱国奋斗之歌
        这是我们致敬历史的骄傲
        也是我们奋进新时代的自信

        开篇,让我们——
        从1978年,全国科学大会上
        学校一举获得的7项奖讲起
        感受亲历者们的初心与坚守
        透过历史,触摸信仰、激扬心灵、礼赞祖国!
        更昭示新时代青年
        爱国奋进者
        祖国不会忘记!

奖项二:潜艇结构设计规范
完成人:许辑平、邱聪、陈起富、郭梁
讲述人:陈起富
成果简介:“潜艇设计结构规范”是我国潜艇研制工作的首部规范,为国产潜艇研制,保证产品质量,提高研制水平奠定了基础,为建设强大海军做出了贡献。1978年,荣获全国科学大会奖。

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        潜艇,别称“深海黑鱼”,是能够在水下航行的作战舰艇。在近代大国海军中配置了巡航导彈或洲际彈道导彈的潜艇更是大国重器,彰显国之威力,其研发与制造对一个国家的科研水平、工业能力要求极高,全世界只有少数国家能够生产和研制。

        新中国成立之初,研制潜艇成为国家强固海防的重要任务,剖析深海黑鱼的内部结构,形成一部行业设计规范,让潜艇的研制工作有据可循是祖国的迫切需求,我校有幸承担《潜艇结构设计规范》编纂的核心任务,许辑平、邱聪、陈起富、郭梁4位老师勇担重任,用了6年的时间圆满地完成了这项光荣使命,填补了该领域国内空白,为建设强大的海军做出了贡献,向祖国和人民交上了一份满意的答卷。

一项光荣的使命


        建国初期,党和国家领导人高瞻远瞩,决定建设强大海军,隐蔽性好、威慑力强的潜艇是海军建设的重要项目。在那个百废待兴的年代,我国的科研能力弱、工业水平较低,研制潜艇十分困难。我们的潜艇建造事业从模仿与装配开始,引进前苏联建造潜艇的技术与设备,进行转让制造。在前苏联专家指导下,潜艇的组装在江南造船厂火热进行,由于技术落后,装配一条潜艇需要几年的时间,但却从未放弃。50年代中期,我国成功生产了一批国产潜艇,积累了建造潜艇的经验和能力。

        1953年,中国人民解放军军事工程学院成立,海军工程系以建立强大海军为目标,瞄准海军需求与祖国需要,老一辈哈军工人一边潜心教学,一边专注科研,建立了完备的舰船设计制造专业教学科研体系和教师队伍。1955年,我国开始自行研发设计潜艇,哈军工从那时便加入了这支队伍。1958年秋,潜艇设计专业邓三瑞教授带领海军系潜艇专业的教师和学员赴上海与当时的产品技术人员组成研发小组,自行设计并建造了我国第一艘试验型水滴形潜艇,这项工作培育和锻炼了潜艇设计的一批人才,开阔了我国自主研发潜艇的道路。

        我国最初的潜艇结构设计规范来源于苏联,逐渐凸显出不适应国情的弊端。这期间,哈军工海军系老一辈科学家始终坚持潜艇的研制工作,在技术水平与理念上走在全国前列。1963年,在哈军工建院10周年的学术交流大会上,许辑平教授发表论文《中间支骨对潜艇壳体的稳定性的计算规则》,论文指出“对于大潜深大型潜艇的大直径耐压圆柱壳体,为提高耐压壳体的稳定性和强度,在环肋圆柱壳上设置中间支骨能有效地提高壳板的强度和稳定性,并减轻联体重量。”这一结论引起了国防科委、国防工办(现国防科工办)的关注,从那时起便萌发了编纂符合中国国情的《潜艇结构设计规范》的想法,但项目因文革一度中断。

        1972年,国防科委、国防工办正式立项《潜艇结构设计规范》,并在全国范围内组建筹备组,包括大连工学院(大连理工大学)、上海交通大学、华中工学院(华中科技大学)、701研究所等在内的4所高校、3个研究所。整个《潜艇结构设计规范》的编制工作,将内容分为耐压结构、水舱……等7个部分,7家参研单位各管一摊。哈军工负责编制《带有中间支骨的圆柱形耐压船体结构设计规范》,是整个编制任务中最难的部分。接受任务的许辑平却说:“最难的任务也是最光荣的任务。”就这样由海军工程系102教研组许辑平、邱聪、陈起富、郭梁4人组成的潜艇规范课题组正式成立了,他们为完成这项艰难而光荣的使命付出了6年的时间。

一部涉密教科书的问世


        《潜艇结构设计规范》相当于是一部解密海底黑鱼构造的教科书,它是潜艇结构设计完整、准确的技术规范。在潜艇研制过程中,按照既定的标准、规范的要求进行设计,在实际环境中的应用达到规定的标准。《带有中间支骨的圆柱形耐压船体结构设计规范》实际要解决的问题就是,在保证潜艇强度和稳定性的情况下,最大限度的减轻艇体的重量。在没有任何参考资料的情况下,以许辑平教授为组长的课题组开始了新中国首部《潜艇结构设计规范》的编制工作。

        在课题组中,许辑平负责总体规划与设计,邱聪负责项目试验,陈起富负责结构设计的分析、编制程序、上机计算,郭梁负责团队的后勤保障。设计规范的编制不同与其他的项目需要进行多次的海试,更多时候需要面对大量的数据、公式进行演算分析,对理论知识的要求相当高。在陈起富的记忆中,编制项目的6年里,项目组成员几乎每天一起度过,大家边学习边研究,不断提出问题、讨论问题。面对研究难点,每个人都会再进行各种可能性的假设、反推,逆演算,每个公式和理论的确定有时要经过几百次的推算过程,直到毫无瑕疵。许辑平经常唠叨着,“大国重器,容不得一丝马虎”“尽心尽力尽情地对待每一个环节,才能不辜负党和国家的信任。”作为许辑平学生的陈起富,将老师的话句句记在心里。

        技术设计规范的编制需要大量的数据,要进行反复的演算、推理,以形成通用的标准与公式。当时的年代,实验条件、计算手段落后,计算机的“人——机”对话手段落后,要手编程序,通过穿孔纸带输入,输出数据需按次序识别,操作过程很繁琐,每运算一次都需要厚厚一卷的打孔纸带,纸条上面密密麻麻的孔都是人工一个一个敲上去的,出现任何错误又要进行补孔,测算一个数据需要几个小时,在现在无法想象。为了不耽误时间,陈起富每次去机房之前都将纸带仔细核对,以便快速配合计算机进行数据的转换。

        陈起富的脑海里总是浮现出当年的场景,项目组的成员每天形影不离,提问题、碰方案、交流思想……时而为了一个疑点争论得面红耳赤,时而又为得来不易的结论兴奋不已。6年,2000多个日日夜夜,大家除了各自的教学任务,每天几乎只做这一件事。

        伴随着改革开放的脚步,经历了多年的积累和沉淀,中国科技事业迎来了新的春天。1978年3月,全国科学大会召开,《潜艇结构设计规范》鉴定通过,以其开创性的历史贡献,对中国海军建设的深远意义,获首届全国科学大会奖。1980年2月,六机部正式批准,标志着《潜艇结构设计规范》的合法使用性;1981年1月,《潜艇结构设计规范》开始实施,并广泛应用于我国潜艇事业的研制工作中,成为该领域一部众所周知的涉密教科书。

一个悬而未决的问题


        发现一个新的问题,往往比解决一个问题更令人兴奋。在《潜艇结构设计规范》编制的过程中,陈起富发现在大直径潜艇薄壳结构设计中,肋骨间距越小,壳体越薄时,局部稳定性与整体稳定性计算结论反常,这对于大型潜艇结构设计中有相当大的影响。发现问题后,陈起富立刻报告给项目负责人许辑平,经过项目组成员的多次探讨与试验,都无法解释该现象,在国内外文献中均无相关论述,多年从事舰艇结构力学研究的科学家以其责任感与敏感性判断,规律性的公式、计算过程出现反常,就必须要进一步进行系列分析,“大直径潜艇壳体薄计算反常”成为该领域专家们挂心的一个新课题,全国潜艇研制领域的专家曾多次开会讨论,中国科学院院士、工程力学专家钱令希院士也曾就此问题与许辑平等人进行探讨、分析,终无所获。

        这个悬而未决的问题,一直是许辑平、陈起富心中惦念的问题,在未来的科研工作中,一代代结构力学专业的学生从前辈手中接过接力棒,以此为研究课题,薪火相传、接续奋斗。时隔多年,关于该问题研究成果如雨后春笋般涌现,多篇论文对在大直径薄壳结构计算中对某些结构参数组合情况出现的异常现象,给出了避免不利区域的界限曲线的结论。压在陈起富心头十几年的问题,终于解决了,课题研究取得重大进展固然开心,令他欣慰的是,许多论文研究成果出自他的学生之手,中国的潜艇事业的后继者们。

一个与时俱进的项目


        随着时代的进步,潜艇应用领域逐渐拓宽,《潜艇结构设计规范》虽编制完成,但潜艇研制的事业在一代又一代人手中不断接力。为顺应时代的发展,陈起富在流体与固体交界学科中寻找新的科技增长点,开展了流固耦合动力学的学科研究工作。

        如今85岁的陈起富教授已退休多年,他的学生王晓天、姚熊亮等都成长为舰船结构相关领域的杰出人才。王晓天继承了老师的专业方向,在校工作30余年,凭借深厚的理论功底编写《潜艇强度》专业教材,清晰深刻地阐述了潜艇耐压船体(环肋圆柱壳、圆锥壳)的应力及稳定性计算等技术难点,是潜艇设计与制造专业的学生以及工程技术人员重要参考资料。1987年,姚熊亮跟随导师陈起富教授从事流固耦合动力学的研究,在工程结构力学方向找到新的突破口,在流固耦合分析方向上见解独到,并成为爆 炸与冲击动力学、结构振动与噪声控制、复合材料的舰船应用方向的领军人物。

        中国的潜艇事业伴随着祖国的成长,从步履蹒跚到走向世界,如今国家的潜艇事业在维护国家海洋权益、开发海洋资源、探寻海底奥秘等领域扮演着重要的角色。站在老一辈潜艇事业开创者的肩头,后继者们励精图治、接续奋斗,通过渐进式创新、颠覆性创新、以及系统重构,我们的潜艇正发生着根本性变化,一代代潜艇事业的奋进者从中国制造到中国创造的全部历程,为国家的潜艇研制事业不断注入新鲜血液,让这神秘的深海黑鱼游得更深更远。

        初心寄语:

        我们这一代人在党的教育下,党和人民的利益高于一切的思想在头脑里根深蒂固。能够接到党派给的任务,我们觉得这是无比光荣的事,为了早日出成果,许辑平带着我们3个年轻人每天从早到晚、从天亮到天黑,脑子里装的都是研究课题,有时候睡在被窝里脑子还在潜意识地思考,虽然很累很辛苦,但没有一个人叫苦,没有一个人放弃。任务完成的那天,每个人都是发自内心的开心,胜利完成党和国家的任务是无尚光荣的事。希望现在的年轻人在做科研时能够摒除私心、去掉功利思想,心无旁骛地钻研,默默无闻的研究态度才是学者应该具备的。

——陈起富
2019年6月30日

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中国人民解放军军事工程学院(“哈军工”创建于1953年,陈赓大将担任首任院长兼政委。1960年前后,按照尖端专业集中,常规专业分散的方针,将炮兵、装甲兵、工兵、防化四个系调离学院,扩建为单独的有关兵种工程学院,现在分别发展成为南京理工大学、陆军装甲兵学院、解放军理工大学工程兵工程学院、陆军防化学院。1970年“哈军工”南迁与分建。南迁长沙部分发展成为“国防科技大学”,留守原址部分发展成为“哈尔滨工程大学”


中国人民解放军军事工程学院(1953.9-1966.4)

—>哈尔滨工程学院(1966.4-1970.6)

—>哈尔滨船舶工程学院(1970.6-1994.4)+长沙工学院(1970.6-1978.6)

—>哈尔滨工程大学(1994.4~至今)+国防科技大学(1978.6~至今)

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