国内首艘深远海绿色智能技术试验船研发记

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<article><section data-type="rtext">科技日报记者 金凤 近日，我国首艘深远海绿色智能技术试验船“未来”号，结束为期16天的特装设备实海试验及深远海科考试验后，抵达上海。这是自今年7月交付以来，“未来”号开展的首次深远海试验。历时6年科研攻关和设计制造的“未来”号，是一座集中试、科研、保障于一体的“移动的海上实验室”。中国船舶集团有限公司七〇二所所长、深海技术科学太湖实验室执行主任、“未来”号建设项目总指挥叶聪细数其全能性：“它既能开展新型绿色智能技术试验，又可提供深海装备应用与试验支持，还能助力科学家开展深远海洋调查。”6年来，深海技术科学太湖实验室及其连云港中心，联合中船集团旗下十余家单位集智攻关，突破动力系统、科考支撑系统、动态测试系统中的多项关键核心技术，为我国海洋科技自主创新注入强劲动力。
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 “‘未来’号将努力打通船海装备技术从科研成果到产业应用的梗阻，为我国船舶工业和深海科技高质量发展构筑新支点。”叶聪说。稳定输出的绿色“心脏”“‘未来’号开展多项作业的同时，又要为大量精密测试设备供电，因此，它的‘心脏’必须强劲可靠、绿色智能。”深海技术科学太湖实验室连云港中心主任张海华表示。“未来”号配备4台主柴油发电机、6台推进器，动力十足。“但挑战在于，海上定位作业时所需动力较小。若动力系统全开，油耗会很大，既不经济也不环保。”中船集团七一一所动装部系统集成副主任、“未来”号动力系统现场负责人周瑜介绍，为让“未来”号能根据作业需求“量力而行”，团队采用多相整流和变速发电技术，试图使电流输出更稳定，让发动机根据用电需求调节转速和输出功率。然而，这些技术在最初的系泊试验中，给了团队一记重挫：4台发电机并车时出现功率振荡，导致发电不稳定。“当时，我们几乎访遍船舶电力系统技术专家，却始终找不到解决方法。”周瑜犹记得那时的紧张与焦虑：距离船舶交付仅剩三四个月。那段时间，船厂码头的集装箱成了会议室。每天清晨，大家围坐在集装箱里制定试验方案，随后钻进在建船舱，在刺耳的噪声中，蹲在仪器前进行测试。晚上七八点钟，大家再回到集装箱里复盘，梳理线索。就这样，大家反复调整参数，历经上百次并车试验和多轮技术评审论证，终于找到症结所在。“问题在于动力系统设备的性能不匹配。我们迅速优化核心零部件和参数，更换发电机电缆，重新布置滤波器和冷却管路，并测试电力系统性能。”周瑜和同事们在一个个不眠之夜中“闯关”，最终迎来曙光。今年4月，动力电力系统重新进行系泊试验。随着发电机组并车功率稳步上升并最终稳定在额定负荷，集控室里响起了热烈的欢呼和掌声。周瑜给记者算了一笔账：“依靠这套技术，发电机每年可节油456吨，减少碳排放约1420吨，这相当于560辆小汽车一年的排放量。”无惧风浪的“水下电梯”在“未来”号中央，有一个下挖的“水池”贯穿甲板、直通海洋，名曰月池。“未来会有更多像‘蛟龙’号、‘奋斗者’号这样的潜器。”叶聪表示，潜器入海需要作业平台支撑，“未来”号的一大使命就是为深海装备作业提供保障。月池便是深海装备入海的重要“门户”。“深海装备通过月池布放到海洋里作业，能减少大风大浪等恶劣海况的影响。科研人员操作装备进行水下观测、采样和特种作业也会更高效。”“未来”号监造组组长刘杨告诉记者。月池虽打造了一片“舒适区”，但挑战在于如何让潜器通过它平稳入海。最初，6家单位的二三十位科研人员集中研讨，却始终没有商量出理想方案。经过十几轮讨论，有人提出大胆想法：能不能把潜器固定在作业舱里，从月池前盖板上铺设轨道，连接作业舱的抱紧装置，让潜器像坐电梯一样，沿着轨道直达船底？这个主意让大家眼前一亮，但能否落地，还需精密验证。团队立即设计图纸，并进行数据建模和预演。方案初步通过后，很快又遇到难题：“轨道和抱紧装置的结构强度，是按承载最大体积、重量的深海装备设计的，而有些深海装备重心偏离作业舱中心，这给轨道和船体结构带来安全隐患。”刘杨说。此后三四个月，团队在不增重的前提下，不断改进月池提升系统、盖板、轨道和抱紧装置方案，加固月池结构，为其“强筋健骨”。作业舱要沿相向的两条轨道下滑，轨道需平行、顺直。“我们不断论证、测试，后来决定在月池舱壁和轨道之间加不锈钢垫板，并每隔500毫米用一道焊缝固定。”中船澄西船舶修造有限公司正高级工程师魏崇华说。施工团队反复打磨工艺，最终将两根轨道的平直精度误差控制在1毫米内，让作业舱能顺畅无阻地直通海底。智能装备的“全真考场”作为中试验证平台，“未来”号将“考场”设在了深海。大大小小的设备、器件和系统，只有经受住“深海考场”风浪的考验，才能“上岗”。“我们在船上设置了8000多个数据采集点，以监测设备状态、感知周边环境变化。”“未来”号动态测试系统研发工程师姚凤翔和团队在为全船布下这些“耳目”的同时，挑战也随之而来：如何为不同厂家、不同功能的智能设备与系统，建立一套科学、合理且高效的实船测试验证方法？“我们一边梳理国际标准化组织、国际电工委员会制定的技术规范以及各大船级社的要求，一边与设备厂商及研制单位逐一明确各类智能设备的功能边界、性能指标和测试需求，随后制定测试方案，建立评价指标体系。”姚凤翔说。在这一过程中，他们遇到不少困难。“如何高效采集被测设备、系统的运行数据是核心挑战，而自主航行系统的实时决策日志、智能操舵系统的操控指令、导航雷达的目标信息等数据，数据流格式不同、频率不一，传统数据采集方法根本无法应对。”姚凤翔回忆，团队在船厂待了四五个月，一边调试设备，一边提高数据采集和分析效率。“经过反复调研和论证，我们开发了分布式智能数据采集架构，实现了多源异构数据的实时同步采集。”姚凤翔解释道，他们还为每个任务打上“时间标签”——通过时间搜索，就能定位到每个任务关联的设备数据信息。目前，动态测试系统可实现全船数据的采集、存储、计算、管理和应用，以及船岸数据的互联互通，可以对多种智能设备与系统进行测试验证与分析评估。“下一步，‘未来’号将继续开展智能中速机、智能操舵装置、导航雷达等被测设备系统的中试，并为相关产品迭代升级提供数据支撑，助力船舶行业智能化升级和绿色化发展。”张海华说。</section></article>

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