加州理工科研課題

用于航母飛機彈射的新型電磁裝置設計

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的最新一代航空母艦專用飛機彈射器。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作為動力來源，這是其與傳統的蒸汽彈射器最大的不同。電磁彈射器的優勢在于其更安全可靠，因為相較于蒸汽彈射器，其加速的過程更均勻，對飛機的結構傷害也更小。

該項目中，我們將運用多物理場設計并在三維中構建、模擬一個復雜的瞬態電磁彈射模型。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。利用該方法，可以研究更為復雜和精細的彈射模型。

 

科研方法

計算機仿真模擬

計算機仿真模擬是一種運用計算機軟件建立抽象模型、模擬真實條件并進行分析的技術。與傳統的實驗相比，計算機模擬技術通過數學建模，解放了普通實驗對于器材的苛刻要求，具有可多次進行、反復試錯的優點。同時，由于計算機模擬技術黑箱化了復雜的理論推導與數據計算，能夠以直觀的方式呈現研究的成果，對于初次涉獵科學研究的高中生而言，也更為簡單易學、容易上手。

例如：在設計外太空的衛星軌道時，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現外太空的環境，因此，只能借助計算機強大的運算能力，對外太空的情況和衛星的軌道進行模擬、反復實驗，并基于模擬實驗的結果，完成科學的軌道設計。

 

授課導師

1. 加州理工 博士

2. 多次以第一作者身份在optics express等重要期刊上發表學術論文；

3. 研究方向：電子工程、光學

 

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課題要求

本課題適合： 9-12 年級學生，有較強的邏輯思維和抽象思維能力

1. 英文：
（1）具備基本的學術英語閱讀能力；
（2）接觸過英文寫作，有論文寫作經驗者更佳；
（3）能使用英文閱讀學習網上編程教程（如下列計算機相關教程）；

 

2. 計算機：
（1）（最好項目開始前基本了解，開始后1-2周強化掌握）
（2）Python。

 

3. 數學：
（1）常微分方程；
（2）微分代數方程；