黄文虎


黄文虎,力学家、振动工程专家和教育家。长期从事振动、控制及稳定性理论方面的研究工作。结合中国大型汽轮发电机组及其他复杂结构,提出了新的调频理论与算法,将结构故障的振动诊断技术应用于产品开发,取得显著效果。

黄文虎 - 生平概况

黄文虎,1926年7月22日出生于上海市一个普通职员的家庭里。父亲当时任永康县邮政局长,工资不算高,还要养活6个子女,但在抗日战争前生活还算过得去。父亲忠厚老诚,对子女要求很严格,希望他们都能读书成才。黄文虎5岁开始在永康县读小学,10岁转入邻县金华中学附小读高小,后考入金华中学。金华中学在浙江很出名,师资力量强,培养了很多优秀人才。1942年,金华县城沦陷,金华中学转入农村非沦陷区办学,经常辗转迁移,办学条件很艰苦,但教师教学仍然很认真,学生学习也很刻苦。这样的环境培养了学生的爱国热忱和勤奋向上的意志。

1945年日本侵略军投降后,他考入著名的浙江大学电机系学习。国民政府的腐败使学生们不能平静地学习。1947年春,浙江大学学生自治会主席于子三在狱中被国民党反动派迫害致死,学生们举行悼念游行,为于子三申冤,国民党军警特务冲进学校与学生一片混战。1948年,著名学者马寅初去浙江大学演讲,揭露当局的法西斯暴行。接连不断的反内战、反饥饿的学生运动,使黄文虎了解了民族灾难的根源,开始思考时代的弊端,接受了进步思想的影响,参加了一些学生运动的活动。1949年5月,杭州解放,他立即被抽调到杭州市军事管制委员会财经部参加接管杭州电信局的工作。同年9月,他又由浙江大学分配到天津中央电工二厂做甲种实习员工作。他在这里认识了从中央大学毕业的吴瑶华女士,1953年在哈尔滨结为伉俪。两人从认识开始就志同道合,相濡以沫,在事业上相互支持,被称为事业型夫妻的楷模。

1950年9月,他和吴瑶华共同被招聘到哈尔滨工业大学研究班做理论力学在职研究生。1952年1月,黄文虎开始担任理论力学助教,随即担任教研室副主任,一边从事教学工作,一边完成研究生结业论文。1954年3月研究生结业。黄文虎的结业论文是有关振动理论的课题,从此,他与振动结下了不解之缘。1955年,他晋升为讲师,随后调任哈尔滨工业大学图书馆副主任工作。1957年又调回理论力学教研室担任副主任工作。1959年1月,担任该校数理力学系副主任。1962年9月,担任工程力学系飞行器结构强度教研室主任,同年提升为副教授,主讲振动理论、空气弹性动力学等课程。1973年1月,担任基础课委员会副主任。1977年9月,担任飞行器总体研究室负责人。1979年,他晋升为教授。1981年5月,任哈尔滨工业大学副校长,主管科研工作,同年被批准为一般力学博士生导师。1983年1月至1985年3月,任哈尔滨工业大学校长,兼任研究生院院长。

黄文虎在50年代和60年代做过一些小型的、个别的振动理论方面的研究工作,其论文曾被苏联《学术评论》所摘引,但真正开展科研工作是从70年代开始。他在振动理论、自动控制及稳定性理论等多方面有很深的造诣,在动力学系统的稳定性、动力学的反问题及结构动力学方面有新的发展,发表学术论文百余篇,而且还主编了中国第一部《振动与冲击手册》一至三卷。他突出的特点是重视科学为生产服务,善于将理论应用于解决工程实际问题。他在卫星动力学与控制、捆绑火箭结构动力分析、汽轮机叶片的振动设计及汽轮发电机组的故障诊断等方面完成了多项高技术与攻关课题,取得了创造性的成果,同时也发展了理论应用研究。他先后获得国家科技进步奖1项、部级科技进步奖4项,其中航天部一等奖1项、二等奖3项。1991年,他被授予航空航天工业部有突出贡献的老年科学家的光荣称号。同年,他被列入美国《马尔奎斯科学与工程名人录》。

黄文虎多年从事力学方面的教学工作,是中国首批批准的一般力学博士生导师,在培养中国高层次科学技术人才方面做了大量工作。他亲手培养了18个博士生,其中8人已取得博士学位,一人被评为全国有突出贡献的博士学位获得者。

黄文虎 - 振动分析设计

黄文虎在50年代和60年代主要从事教学工作,他在振动理论方面打下了坚实的基础,写过一些论文,但还没有和工程问题结合起来。1972年,黄文虎到哈尔滨汽轮机厂,参加了国产60万千瓦汽轮机的设计工作。按气动力要求,该机末级叶片长达1米,叶片所承受的离心力近万吨,为提高叶片动刚度和强度,决定采用拱形围带和松拉金整圈连接方案。但这一方案结构复杂,调频原则不明,当时国内外尚未见到有关设计方法,这样,长叶片设计就成了60万千瓦机组设计的一个关键问题。黄文虎深入调查,和工厂设计人员一起构造力学模型,推导振动方程,在没有国外资料的条件下,利用自己长期积累的振动知识,提出了一种全新的理论与计算方法。他与设计人员一同编排程序,一起计算,最后又一起作振动模型试验,试验结果证明黄文虎所提出的被称之为“三重点”调频理论是正确的,使得长叶片设计工作得以顺利进行。利用这一方法,使设计的长叶片既轻巧,又安全,节省了大量合金材料,和法国同类自由长叶片相比,约轻1/3左右。他所设计的1米长叶片在东方汽轮机厂已用于生产,并已有3年以上的安全运行考验。这一理论当时在国内外是首创的,已用于20万千瓦、30万千瓦等机组,填补了中国汽轮机长叶片振动计算中的空白,取得了重大的社会经济效益。有关这方面的文章《整圈连接叶片组的自由和受迫振动》、《具有随机参数的周期结构的振动》分别于1981年和1982年发表在美国的权威杂志《美国航空航天学报》上.该杂志的审稿人认为这是没有别的文章所能比得上的。

黄文虎在回转机械的振动方面积累了丰富的经验,经常下厂指导解决实际问题。1990年,哈尔滨汽轮机厂生产的第24台舰用汽轮机因振动超差影响出厂。黄文虎正确地提出了降低轴承长径比的简便而有效的措施,从而使机组振动量从60μ降至了3μ左右,彻底地解决了机组振动问题,也解决了某舰在港口等数月而不能出海的问题,并为工厂挽回了数以百万元计的经济损失。

在航天飞行器振动的研究方面,黄文虎也做了大量工作。例如在弹翼振动计算、舱体翼面组合结构振动分析、舱段连接刚度识别和尾翼颤振分析等多方面取得一系列理论和应用成果。“舱体翼面组合结构振动分析和计算程序”课题曾获航天部科技进步一等奖。

在导弹响应分析方面,针对受控细长体飞行器,提出了闭回路系统动响应分析方法,为设计部门提供了实用手段。

黄文虎 - 结构动力学

黄文虎是在中国率先提出研究动力学反问题的人之一。动力学的正问题一般是指已知系统模型和输入,求系统输出,这一问题研究得比较成熟。动力学反问题是指已知系统的输入和输出,求系统的数学模型(或称建模),或已知系统的数学模型及输出,求系统的输入(在结构动力学中称为载荷识别)。反问题是70年代以来科学发展的前沿问题,有极其广泛和深远的前景。黄文虎将自动控制理论中的系统辩识理论应用于振动参数的辩识中,并把研究重点放在还不成熟的时域方法上,得出了振动参数可辩识性条件的若干结论。他发展了结构振动参数的辩识方法,提出了一些计算法,在提高识别精度、抗干扰能力、鉴别虚假模态等方面作出了重大改进。因而在结构动力学的反问题研究方面取得了较系统的成果,在“结构振动参数识别的理论基础研究”方面获得航天部科技进步二等奖。

黄文虎还利用自然科学基金的资助,研究了在生产现场背景条件下的振动参数辩识问题,把参数辩识这一新技术从实验室推向工程应用领域。生产现场背景下的参数辩识存在很多困难,拿高速转子来说,首先是很难实施人工激励,利用结构本身与环境激起的振动数据进行识别时,则输入是未知的。其次是在现场条件下观测数据是很有限的。在输入数据和观测数据都不足的条件下,他尽可能地应用其中的已知条件,解决了在现场不施加人工激励条件下辩识转子油膜刚度这个至关重要而又困难的问题,提出了部分激励参数与部分结构参数统一识别的理论和方法。

黄文虎 - 振动诊断技术

结构和设备故障的监测、预报和诊断一直是人们关心的问题。美国现在在大型客机上都装有故障诊断和预报装置,以防止灾难性事故的发生。中国某电厂大型机组的恶性事故的发生,促进了更重视对故障诊断技术的研究。黄文虎在六五期间就承担了国家科技重点攻关项目“汽轮发电机组振动监测与故障诊断方法的研究”。他在诊断理论方面最早引入模糊数学,提出了模糊诊断等新概念和方法,把人工智能专家系统理论及新一代计算机的神经网络理论和方法引入故障诊断。这些开创性的工作为故障诊断开辟了新路。他还重视理论成果的转化,致力于故障诊断设备的研制和开发工作,在国内较早和成功地将微机应用于汽轮发电机组和振动监测与故障诊断上,开发了几套具有中国特色的振动监测与故障诊断系统。这些系统具有振动测试,数据采集、分析、计算、显示、打印、绘图与例行日报的全自动化功能。设备发生故障时,可自动预报并通过计算机专家系统进行故障性质的诊断。这些系统可将大量机组运行资料储存起来,随时通过人机对话查阅历史运行资料。其中,“故障自动模糊诊断系统”可对故障进行自动诊断、自动预报。该系统于1985年10月通过机械工业部的鉴定,通过大庆新华电厂的应用,运行良好。1987年,黄文虎负责的“汽轮发电机组振动监测与故障诊断方法的研究”获航天工业部科技进步一等奖。1989年1月18日, 《光明日报》记者还报导了黄文虎、夏松波建议采用先进监测手段,改变现行发电设备检修制度的倡议。该项目在全国推广后,将带来巨大的经济效益。

黄文虎 - 航天器动力学

大型空间飞行器结构,如空间站、具有太阳帆板的卫星等都具有多体、柔性等特点。黄文虎开展了多柔体动力学的研究,完善了链状、树型、簇型等结构的建模、降阶及求解,发展了多柔体动力学,并且结合中国空间机械臂的动力学与控制问题,完成了高技术“863-205专家组”提交的课题。

针对中国载人航天器的运载系统将采取“捆绑火箭”结构,黄文虎负责完成了“复杂组合体飞行器的结构动力学分析与试验研究”及“天地往返运输系统的结构动力稳定性分析”等两个课题。黄文虎还结合中国新一代通信卫星的研制,完成了“具有挠性太阳帆板的三轴稳定卫星动力学与控制”课题的研究,获航天工业部科技进步二等奖。该课题对国际有关资料进行了深入全面的分析,结合中国卫星研究的具体情况,在国内首次提出了本类卫星力学分析的软件系统,为中国进行这类卫星的总体设计和方案比较提供了实用手段。该研究成果已交有关设计部门付诸实际应用。

黄文虎 - 动力学系统研究

黄文虎在集中精力解决工程实际问题的同时,也注意理论问题的研究,特别是学科前沿的理论问题。他对线性动力学系统的特征结构配置问题研究,突破了前人仅限于定常系统的局限,提出了时变线性系统的特征结构配置理论,证明其稳定性不再由系统的特征值唯一决定,还与系统的特征向量有关的重要结论,对解决时变系统的控制问题提供了一条途径。

针对中国将发展载人航天技术,黄文虎在空间飞行器交会对接动力学与控制问题上,对时间固定、有限推力问题得到一系列封闭解,突破了前人的结果。对大系统理论,提出了Lyapunov函数的时变加权和的思想,还发展了变结构方法,用于解决飞行器大系统的控制设计。在《力学学报》1989年第6期上发表的论文《广义正定矩阵及其在稳定性分析中的应用》,扩展了用正定矩阵理论解决问题的范围,针对飞行器模态增长及多种不确定因素发展了不确定动力学系统的鲁棒稳定性分析理论和方法,为中国航天器设计及其交会对接提供了技术储备。

黄文虎在教材建设方面也做过很多工作。50年代初,他参加了翻译出版苏联伏龙科夫著的《理论力学》和密歇尔斯基著的《理论力学习题集》,还参加了目前高教出版社出版的《理论力学》第一版的部分章节编写工作。60年代,他编写了工程力学专业用的《振动理论》与《空气弹性力学》讲义。80年代,参加主审了《航空发动机强度设计、试验手册》 ,该书获航空工业部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。书中收入了黄文虎的有关叶片振动分析所做的理论研究及所发展的算法与程序。80年代末,主编了由国防工业出版社出版的《振动与冲击手册》第一、第二、第三卷。该书既包括基本理论研究,又注重了工程应用,紧密结合中国国情,反映了这一领域的最新成果。

黄文虎 - 人物简历

1926年7月22日 生于上海市。
1945—1949年 浙江大学电机系学习,获学士学位。
1949—1950年 任天津中央电工二厂甲种实习员。
1950—1954年 哈尔滨工业大学研究班学习,作理论力学在职研究生,边工作、边学习。  
1955—1957年 任哈尔滨工业大学讲师、图书馆副主任。
1957—1958年 任哈尔滨工业大学理论力学教研室副主任。
1959—1962年 任哈尔滨工业大学副教授、数理力学系副主任。
1962—1966年 任哈尔滨工业大学飞行器结构强度教研室主任。
1979年 任哈尔滨工业大学教授。
1981—l983年 任哈尔滨工业大学副校长,1983至1985年任校长。
1984—1987年 任哈尔滨工业大学研究生院院长。
1987年— 任哈尔滨工业大学学术委员会主任,并兼任国家自然科学基金委员会委员、国务院学位委员会学科评议组成员、航空航天部科技委员会委员、中国科协全国委员会委员、黑龙江省科协主席、中国振动工程学会副理事长、中国宇航学会常务理事、中国航空学会名誉理事、黑龙江省宇航学会理事长、 《振动工程学报》副主编、 《振动与冲击》主编。

黄文虎 - 主要论著

1 黄文虎等.振动系统参数识别的三个新方法.航空学报,1986,7(6).
2 黄文虎主编.振动与冲击手册,第一卷(基本理论).北京:国防工业出版社,1988.
3 黄文虎等.广义正定矩阵及其在稳定性分析的应用.力学学报,1989,21(6).
4 黄文虎等.层状介质平面交界裂纹的弹性波(P波和SV波)散射研究.航空学报,1989,10(9):9.
5 黄文虎等.带弹性附件的卫星姿态动力学方程.宇航学报,1989(2).
6 黄文虎等.时变线性系统的特征结构配置问题.中国科学(A辑),1990(5).
7 黄文虎等.模型跟随大系统的稳定性分析与时变加权和方法.科学通报,1990(2).

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