UCLA科研課題

無(wú)人機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)和優(yōu)化

課題簡(jiǎn)介

航空航天（Aerospace and aeronautics）技術(shù)是20世紀(jì)以來(lái)發(fā)展最迅速的技術(shù)領(lǐng)域之一。飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為航天航空技術(shù)的重要組成部分一直以來(lái)都是科研界關(guān)注的焦點(diǎn)，飛行器更是國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志和綜合國(guó)力的體現(xiàn)。同時(shí)，飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及多個(gè)交叉學(xué)科，涉及多種機(jī)械設(shè)計(jì)方法，也是一個(gè)飛行器可以成功建造的基本。

飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般包括三大部分。第一部分從設(shè)計(jì)全局出發(fā)，介紹飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念，結(jié)構(gòu)的組成與分類、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和載荷分析等內(nèi)容。第二部分介紹飛行器結(jié)構(gòu)各主要組成部分的傳力分析、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及典型結(jié)構(gòu)。第三部分介紹飛行器的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目這里只設(shè)計(jì)第一部分，從力學(xué)結(jié)構(gòu)的角度，設(shè)計(jì)和優(yōu)化無(wú)人機(jī)的機(jī)翼。

現(xiàn)代社會(huì)和戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中，無(wú)人機(jī)正扮演著越來(lái)越重要的角色。機(jī)翼的設(shè)計(jì)一直是無(wú)人機(jī)機(jī)構(gòu)的核心。對(duì)于要求長(zhǎng)航時(shí)的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，如何在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的情況下降低結(jié)構(gòu)的重量，一直是工程師們追求的目標(biāo)。機(jī)翼的設(shè)計(jì)囊括了基本的空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及材料力學(xué)；有限元的分析方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)不可或缺的。

該課題中，我們將基于機(jī)翼的基本氣動(dòng)要求和結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)、優(yōu)化一組合格的無(wú)人機(jī)機(jī)翼。

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(guò)數(shù)學(xué)建模，解放了普通實(shí)驗(yàn)對(duì)于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯(cuò)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(duì)于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡(jiǎn)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(wú)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(duì)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)。

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課題要求

英文：

具備基本的學(xué)術(shù)英語(yǔ)閱讀能力；
接觸過(guò)英文寫(xiě)作，有論文寫(xiě)作經(jīng)驗(yàn)者更佳；

數(shù)學(xué)：

立體幾何基礎(chǔ)；
函數(shù)和方程的基本概念；
極限和導(dǎo)數(shù)概念；
多元函數(shù)、微分和函數(shù)極值；
線性代數(shù)，矩陣的基本運(yùn)算。

物理：

彈性力學(xué)基礎(chǔ)；
力臂與力矩概念；
力學(xué)平衡條件；

計(jì)算機(jī)（不作為強(qiáng)制要求）：

3D作圖的基本概念。