加州理工科研課題

用于航母飛機(jī)彈射的新型電磁裝置設(shè)計(jì)

課題簡介

電磁彈射器是美國、英國及中國等多個國家的海軍正在研發(fā)的最新一代航空母艦專用飛機(jī)彈射器。目前只有美國海軍公開宣布研制成功，并且安裝在建造中的福特級核動力航空母艦上。與磁懸浮列車的原理相同，電磁彈射器使用一臺直線電動機(jī)作為動力來源，這是其與傳統(tǒng)的蒸汽彈射器最大的不同。電磁彈射器的優(yōu)勢在于其更安全可靠，因?yàn)橄噍^于蒸汽彈射器，其加速的過程更均勻，對飛機(jī)的結(jié)構(gòu)傷害也更小。

該項(xiàng)目中，我們將運(yùn)用多物理場設(shè)計(jì)并在三維中構(gòu)建、模擬一個復(fù)雜的瞬態(tài)電磁彈射模型。我們將研究電流、速度、電磁能量的分布和電磁彈射的效率等參數(shù)。利用該方法，可以研究更為復(fù)雜和精細(xì)的彈射模型。

 

科研方法

計(jì)算機(jī)仿真模擬

計(jì)算機(jī)仿真模擬是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建立抽象模型、模擬真實(shí)條件并進(jìn)行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實(shí)驗(yàn)對于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計(jì)算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計(jì)外太空的衛(wèi)星軌道時(shí)，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進(jìn)行模擬、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并基于模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計(jì)。

 

授課導(dǎo)師

1. 加州理工 博士

2. 多次以第一作者身份在optics express等重要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文；

3. 研究方向：電子工程、光學(xué)

 

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課題要求

本課題適合： 9-12 年級學(xué)生，有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力

1. 英文：
（1）具備基本的學(xué)術(shù)英語閱讀能力；
（2）接觸過英文寫作，有論文寫作經(jīng)驗(yàn)者更佳；
（3）能使用英文閱讀學(xué)習(xí)網(wǎng)上編程教程（如下列計(jì)算機(jī)相關(guān)教程）；

 

2. 計(jì)算機(jī)：
（1）（最好項(xiàng)目開始前基本了解，開始后1-2周強(qiáng)化掌握）
（2）Python。

 

3. 數(shù)學(xué)：
（1）常微分方程；
（2）微分代數(shù)方程；