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第十届“临近空间杯”博士生科技创新奖获奖项目微展(二)

作者: 访问量:1241发布时间:2021-12-10



近日,我校第十届“临近空间杯”博士生科技创新奖评审顺利举行。经学生自主申报、学院推荐、学校组织专家初评、公开答辩终审,共有13名博士生获得奖项,其中一等奖3名,二等奖4名,三等奖6名。

“临近空间杯”博士生科技创新奖作为我校博士生在校期间可获得的最高学术荣誉奖励之一,为博士生们提供了一个共同交流、学习、分享的平台,展现了我校博士生丰硕的学术成果,营造了浓厚的创新氛围,激励了全校研究生在科研创新的道路上不断进步,取得更多成绩。

本期让我们走近第十届“临近空间杯”博士生科技创新奖二等奖获得者和他们的创新成果!

获奖项目简介

01

获奖者:罗操群

所获奖项:二等奖

创新成果名称:绳系卫星编队系统动力学与控制

所在学院:航空学院

指导老师:金栋平、文浩

成果简介:

针对面向深空探测的绳系卫星编队系统,研究了其释放展开、起旋和编队保持等阶段的精确动力学建模和动力学分析与控制问题,提出了刚柔耦合系统的精确建模方法、不确定性动力学分析方法和非线性控制器设计方法,通过理论、仿真计算与地面实验相结合的方法,验证了所提出研究方法的有效性。所获得的创新成果可作为国际首次绳系卫星编队系统在轨试验的技术支撑,填补我国绳系卫星系统在轨试验方面的空白。

创新点介绍:

1.针对位于Halo轨道的三体旋转绳系编队系统,提出了一种适用于N体任意构型柔性TSF系统的动力学模型。针对三体TSF系统编队保持阶段的非线性动力学,基于区间描述建立了区间参数不确定的TSF系统在保持阶段的边界估计模型。基于Chebyshev多项式逼近,提出了一种面向TSF系统的高效区间方法用于系统的不确定性动力学分析,可以避免数值结果的全局搜索,只依赖不确定参数的上下界即可获得动力学响应区间,大大提高计算效率。

2.研究了复杂限制条件下柔性两体绳系卫星编队系统的动力学建模、分析和释放控制器设计。提出了一种分段式释放策略将释放过程分为弹射分离阶段与释放控制阶段。考虑系绳弹力和摆动角等动力学约束,提出了一种最优释放系绳弹力控制律。考虑燃料消耗,提出了释放过程中控制卫星姿态稳定的最优力矩控制律。在该控制方案下,可以稳定释放系绳并有效避免释放过程中卫星与系绳的缠绕碰撞。

3.研究了基于任意拉格朗日欧拉描述的含时变长度系绳的刚-柔耦合绳系卫星编队系统的动力学建模策略、分析和自旋释放控制器设计。结合绝对节点坐标法和自然坐标法建立了精确的系统非线性耦合动力学模型,可以精确描述释放过程系绳中的质量流动,并可以有效处理系绳和卫星连接处的复杂边界条件问题。

02

获奖者:黄亚坤

所获奖项:二等奖

创新成果名称:亚超耦合流态下低压流动和燃烧组织方法

所在学院:能源与动力学院

指导老师:何小民

成果简介:

基于双模态超燃冲压发动机和火箭基组合循环发动机在跨空间、多模态、空天一体化运行的过程,提出冲压通道蒸发槽火焰稳定器和火箭射流双值班燃烧方案,通过合理匹配气动参数及供油思路,对流动和燃烧特性进行系统地试验研究,掌握亚超耦合流态低压燃烧技术,为设计高海拔、高速度、高效运行的冲压发动机燃烧室提供理论依据。

创新点介绍:

1.以临近空间吸气式飞行器为对象,提出了内嵌火箭式蒸发槽火焰稳定器燃烧强化方案,获得了亚超耦合流态下低压流场、油雾和燃烧特性参数的变化规律,揭示了亚超耦合流态下钝体类火焰稳定器下游回流区形成机制和稳焰理论,掌握了高速极低压力下燃烧强化方案。研究成果对RBCC发动机灵活匹配模态具有重要的学术研究和工程应用价值。

2.针对燃烧室进气畸变引起的猝熄问题,获得了钝体火焰稳定器的冷态流场、油雾场和燃烧性能的变化规律,掌握进口速度分布对火焰稳定器流动和燃烧性能的影响,探索了回流区畸变理论,分析了燃油液滴在非对称回流区内输运过程,建立了非均匀场火焰稳定极限判别准则。研究为理想条件下研究成果向工程应用的转化提供了设计思路。

03

获奖者:许宇航

所获奖项:二等奖

创新成果名称:网络系统的智能容错博弈控制

所在学院:自动化学院

指导老师:姜斌、杨浩

成果简介:

本项目提出一套网络系统的智能容错博弈控制方法。通过将经济学领域的博弈论、自动化领域的容错控制理论以及计算机领域的强化学习理论深度交叉融合,从智能决策和智能学习两个维度实现网络系统的智能容错博弈控制。本项目的理论研究成果可以广泛地应用于智能交通,集群飞行器等网络系统中实现其安全与稳定的运行。

创新点介绍:

1.基于主从微分图博弈的智能主动容错控制。针对故障系统与诊断观测器之间存在的不可忽视的双向影响,提出基于主从微分图博弈的容错博弈控制方法,从而打破了传统一体化故障估计与容错控制的设计思想。

2.基于零和微分图博弈的智能被动容错控制。针对同时发生内部故障和耦合故障的系统,从博弈的视角揭示了控制器和故障之间潜在的博弈关系,设计基于零和微分图博弈的分布式最优容错控制方法,有效地保证了即使系统发生最差故障的情况下,系统仍能安全稳定地运行。

3.基于分离原理的多层非线性互联系统的容错控制。从层内自容错和层间协同容错两个角度,分别设计独立/协同容错控制方案,有效解决了层间耦合难以分析的问题,并“变废为宝”,将原先累赘的耦合因素变成实现容错控制的手段,为协同容错控制提供了新的思路。

04

获奖者:吴彰钰

所获奖项:二等奖

创新成果名称:基于三维随机颗粒模型的混凝土材料动态行为及损伤破坏机理的细观研究

所在学院:民航学院

指导老师:余红发、张锦华

成果简介:

根据破碎骨料表面粗糙、棱角尖锐、形状/大小随机的细观特征,创新性地提出一种三维任意多面体颗粒模型来模拟粗/细骨料在混凝土中的空间分布行为。基于所开发的有限元计算方法,研究了静、动载作用下不同种类混凝土材料的力学行为和损伤破坏机理,对于我国关键工程混凝土材料和结构的防护性能设计与提升具有重要科学意义。

创新点介绍:

1.开发了一种三维随机颗粒模型生成算法,该算法可以生成包含任意面数(N为偶数)的随机多面体颗粒。同时,开发了一套高效的颗粒形状及大小控制技术,能够实现对颗粒凹凸性、大小、粗糙度和长径比等细观特征的高效调控,实现了对破碎骨料(如碎石和珊瑚骨料)有效表征。

2.提出了一套高效的骨料空间随机投放算法及入侵判定准则。包括骨料的随机旋转算法、空间有限平移算法,有利于实现三维颗粒在空间区域的随机投放。同时,采用骨料“重力密实”和“机械振动”相结合的方法,实现了三维颗粒模型体积分数的有效提升。

3.建立了多种混凝土材料的三维随机细观模型,从细观尺度系统研究了不同荷载作用下其力学行为及损伤破坏机理。研究对象包括:普通混凝土、高性能混凝土、珊瑚混凝土、生态多孔混凝土和珊瑚沙颗粒系统等。

下期“临近空间杯”博士生科技创新奖获奖项目微展将刊登一等奖获得者创新成果。敬请期待!

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