20世紀50年代初,800多名青年師生響應國家號召,從全國各地齊聚哈爾濱工業大學。短短十餘年裡,他們創辦了24個新專業,為哈工大乃至全國高等教育界創設了一批新興學科,一個以機電、電氣、土木、工程經濟等為主的專業教學體系基本建成,為國家工業化建設解決了“燃眉之急”。而這支平均年齡只有27.5歲的教師隊伍,就是後人常常提起的哈工大“八百壯士”。中國工程院院士、我國著名的力學家、航天工程專家、教育家黃文虎就是這“八百壯士”之一。
1950年,黃文虎懷著參與建設新中國的迫切心情,告別了江南水鄉來到了寒冷的北國冰城哈爾濱,從此與祖國的力學與振動事業結下了不解之緣。他是我國最早提出和發展故障診斷技術的科學家之一,他將該技術與航天結合,為神舟飛船的順利發射和安全執行立下了汗馬功勞。紮根冰城的70載,黃文虎不斷攀登著我國科研領域的一座座高峰。
去“北大荒”報效祖國
1926年,黃文虎出生於上海。5歲開始在永康縣讀小學,10歲轉入鄰縣金華中學附小,後考入金華中學。
為了躲避日軍的轟炸,金華中學從城裡搬到了敵後,學習環境和條件異常艱苦。但是由於當時師生們都認識到,國家處於危急存亡關頭,只有堅持學好本領,才有可能拯救國家。因此喧囂裡的學習氛圍非常好,學習熱情也很高,他們一邊逃難一邊讀書,整整顛沛流離了8年才上完初中和高中課程。黃文虎認識到中國之所以落後是因為科技落後,於是他毅然選擇了科技救國、育人強國這條路,從此便矢志不渝地走了下去。
1945年,黃文虎考入浙江大學工學院電機系。大學畢業後,黃文虎被分配到天津的中央電工二廠工作。1950年,當哈爾濱工業大學到天津招聘人才時,黃文虎興沖沖的報了名,最終如願以償的來到哈工大研究生班。他回憶說,來哈爾濱的路上,看到路邊很多煙囪冒煙,以為冒煙的地方就是工廠,看到有這麼多“工廠”,他們感到十分振奮,後來才知道那些是採暖鍋爐。
1953年,黃文虎從研究生班畢業留校任教。那時,全國掀起向蘇聯學習的熱潮,他接到了一項艱鉅的任務:轉行,向蘇聯專家學習理論力學,專攻動力學和振動。
“國家有需要,作為熱血青年,當然是義不容辭。”就這樣,黃文虎一邊跟蘇聯專家學習理論力學,一邊做教師給學生上課。從此,他終生致力於動力學和振動工程的研究領域及相關教育事業當中。
書寫精彩的振動人生
20世紀70年代初,黃文虎被下放到哈爾濱汽輪機廠勞動。該廠正在設計我國最大容量的60萬千瓦汽輪機,面臨著汽輪機整圈連線葉片組振動設計的難題。
就在廠裡的技術人員對此一籌莫展時,黃文虎勇擔重任。他每天騎著腳踏車到廠裡上班,經常加班加點工作,忙著構建力學模型、推導振動公式、設計實驗方案。終於,在不懈的努力下,針對大容量汽輪機整圈連線長葉片組的振動設計,他提出了創新的計算方法和調頻的“三重點”理論,解決了這類結構振動設計國內外懸而未解的難題。
“三重點”理論在當時是國際首創,填補了我國汽輪機長葉片振動計算的空白。由於相關方法對渦輪機葉片組的振動設計普遍適用,很快為國內各汽輪機制造廠和研究所廣泛採用,取得了重大的經濟效益和社會效益。黃文虎的論文被選登在國際權威期刊《美國航空航天學報》上。
改革開放後,我國進入社會主義建設事業的新時期。國內用電量劇增,但是發電裝機容量不足,且發電裝置經常出現故障,從而導致電力緊張,各地頻繁停電。黃文虎認為“科研專案要適應國家需要”,於是他將目光聚焦在 “裝置故障診斷”的研究上。
裝置故障診斷是一種給裝置“看病”的技術。20世紀80年代初,該技術研究在中國尚處於起步階段。黃文虎和轉子動力學專家夏松波帶頭成立了哈工大“裝置故障診斷課題組”,並連續承擔了有關故障診斷技術的國家“六五”“七五”“八五”國家科技攻關專案。
1985年1月,黃文虎(一排左十)參加上海國家重點建設專案鑑定會併合影留念
在新領域開疆拓土,黃文虎和他的研究團隊所經歷的困難是外人無法想象的。進行“發電裝置的故障診斷技術”專案研究時,專案團隊計劃做試驗卻找不到願意提供支援的發電廠。多番尋找之下,只有一個處於偏遠地區的小電廠——大慶新華髮電廠願意嘗試。
幾年中,黃文虎率領團隊披星戴月、風餐露宿,往返於學校和工廠之間。他們對大型汽輪發電機組故障診斷理論和方法進行了深入地研究,把人工智慧專家系統理論方法和人工神經網路技術引入故障診斷,提出了"模糊診斷"的新概念,應用"模糊數學理論"提出了故障診斷的模糊綜合評判法。該系統也是國內較早實現的實用型機組故障診斷系統,並於1987年獲航天工業部科技進步一等獎。
之後,黃文虎團隊的科研成果不斷湧現。“七五”期間,他們承擔了“大型汽輪發電機組故障診斷裝置”科技攻關專案,並於1992年獲機械電子部科技進步獎一等獎和國家科技進步獎三等獎;“八五”期間,他們承擔了“大型旋轉機械狀態監測分析以及故障診斷技術的研究”國家科技攻關專案,科研成果達到世界先進水平,並獲國家科技進步獎。
1997年,黃文虎( 左四)出席振動學術會議合影(前排左三為杜慶華院士)
除此之外,黃文虎團隊還承擔了“汽輪發電機組振動故障診斷機理研究”“軸系穩定性及軸承故障研究”“多臺200 MW機組故障診斷研究”等一系列課題研究,各種榮譽也隨之而來。
黃文虎曾說:“什麼是幸福?當官、有錢都不是,對我來說,破解科技難題,那才是什麼都比不了的幸福。”正是對這種“幸福”的執著追求,黃文虎才得以成為中國“故障診斷”技術的開拓者,書寫了不一樣的振動人生。
神舟“守護神”
1992年9月,我國載人航天工程立項,並明確了“三步走”的發展戰略。為了跟隨國家航天發展的需求,黃文虎將研究重點轉移到飛船故障診斷技術研究上。
故障診斷系統是保證飛船在執行過程中及時檢測並排除故障、保證航天員安全的不可缺少的系統。黃文虎形象地解釋:“汽車如果出現了故障,還可以停下來檢修;但飛船一旦上了天,是不可能給你檢修機會的。”因此,提高飛船的故障檢測和診斷能力至關重要。
1991年1月,黃文虎(左一)出席中蘇宇航科技討論會(左三為孫家棟院士、左四為哈工大黨委書記姜以宏)
1994年至1996年,神舟系列飛船還沒有完整的故障診斷系統方案。飛船總體設計部門提出,希望研製出一種針對設計階段尚未想到的故障,系統能夠自動診斷的方案。這是一個很大的難題,但憑著多年在民用系統故障診斷方面的豐富經驗和對相關領域國際先進經驗的充分了解,以黃文虎教授為首的哈爾濱工業大學動力學與控制研究所,在沒有資料可循條件下,僅僅用了3年時間,便向飛船總體設計部門提交了載人飛船"故障診斷"系統的論證方案,且受到了航天五院的高度評價。
在載人飛船"故障診斷"系統的論證方案中,他們提出了採用“天地一體化”設計思想,包括故障檢測、診斷、隔離和恢復4個過程。飛船上天以後,地面有一個與在軌飛船同步執行的模擬“飛船”系統。當軌道上的飛船發回的訊號出現不正常時,地面指揮部透過“故障診斷”系統進行診斷,找出故障源,並在地面同步執行的“飛船”上進行驗證,確認在此故障源下復現所檢測的不正常現象,此時才能向軌道上的飛船傳送指令,按指定的措施啟動飛船上的裝置自動排除故障。整個過程不需要航天員的參與,是完全自動化的方案(已在實驗室驗證)。
黃文虎說:“雖然可靠度0.997已超過國際標準,但我們還是希望每一次發射都能成功,航天員都能安全返回。但是航天員在天上任務繁重,又不是專業的故障診斷專家,不可能親自檢測故障,因此必須實現故障診斷系統的完全自動化。”
2003年10月15日9時,中國第一艘載人飛船“神舟五號”成功發射!其中,黃文虎率領團隊完成的故障診斷系統,保證了“神舟五號”的順利發射和安全執行,相關成果獲得航天工業部和航天工業總公司科技進步獎三等獎。
2004年1月,黃文虎(左六)出席航天三院三亞論壇並與參會成員合影留念
1995年,因為在航天器減振、隔振技術研究以及流體動力學若干新技術等方面的卓越貢獻,黃文虎當選為中國工程院院士。
從教幾十年,黃文虎門下弟子如雲,僅博士就有70多人,其中不乏中國科學院院士。黃文虎不僅桃李滿天下,在他的言傳身教下,長子黃慶新子承父業,目前也在哈工大從事力學的教研工作,他的長孫從事航天事業。一家三代,都將自己的青春奉獻給了中國的科研事業!