“督教学”协同组织与管理机制研究--以上海交通大学航空航天学院为例

以督导教师学生三位一体、协同推进为切入点,充分发挥督导、教师和学生的积极作用,形成督导教师学生三位一体的协同组织与管理机制,深化教学改革,提高人才培养质量。结合上海交通大学航空航天学院的教学实际,根据专业课程教学理论与实践需要,有机集成督教学三个中心环节,充分发挥督导、教师和学生的积极作用,建立基于新教学模式体系的理论与实践相结合、层次分明又高度协调的教学督导模式。

新工科视域下航空航天工程本硕贯通培养体系设计与实践

航空航天工程是航空航天类本科专业中综合性较强的专业,如何构建适应新时代发展需求的复合型人才培养体系成为各高校专业建设探索的重点。2003年,上海交通大学推行了基于跨专业大类培养的教学体系,经过近十年的实践已形成较为完善的培养模式。2014年,上海交通大学进行了以“工科大类平台培养”为目标的教育教学改革。重点体现为“毕业生素质”达成度评估和持续性改进方法的实现。结合综合性大学本科毕业后读研比例高的特点,逐渐形成了以数理基础为核心、以国际化为特色、注重创新实践能力培养的本硕贯通培养新体系。学校参照工程认证标准不断动态校正培养目标,提升学生解决复杂工程问题的能力,从而适应国家对高素质新型航空航天人才的需求。

基于互动式翻转课堂的国际班实验教学探索——以上海交通大学莫航国际班为例

在国家“一带一路”倡议和新工科建设背景下,中外学生混合的国际班实践能力培养的重要性日益凸显。以上海交通大学航空航天学院首届莫航国际班为例,分析了国际班实验教学面临的一些问题,并介绍了基于互动式翻转课堂的实验教学模式的探索及在“航空航天实验”课程中开展国际班教学的实践经验。通过一系列教学改革措施的实施,国际班学生实验课程参与的积极性和学习效果明显提升,可以为今后进一步深化教学改革与创新提供参考。

浅谈航空航天工程方向虚拟仿真实验教学

虚拟仿真技术发展迅速,在各行各业的应用发展趋势良好。文章从虚拟仿真技术在实验教学方面的应用入手,从什么是虚拟仿真、为什么要开展虚拟仿真实验教学、虚拟仿真技术在航空航天工程方向实验教学的发展现状以及如何开展虚拟仿真实验教学等问题进行了简单阐述。

航空航天研究生学术英语教学体系构建

现行的研究生英语教学方式不能满足航空航天学科国际化和双一流建设的需要,亟须改革教学方法以提高教学质量。按照校研究生院的要求,上海交通大学航空航天学院2016年初开设了《航空航天研究生学术英语》课程。分析了航空航天专业硕士生和博士生在学术英语写作和学术英语交流中的核心诉求,介绍了课程大纲、教学模式、环境建设、教学团队等方面的实施经验,提出了研究生学术英语课程持续教改的发展思路,以期对兄弟高校研究生学术英语教学提供参考。

模拟国际会议在航空航天类研究生学术英语教学中的应用研究

由于航空航天的尖端性和国际性,对学生的学术英语能力要求极高。目前的学术英语教学无法满足日益增长的需求和国际化双一流办学理念,亟须进行教学改革以全面提升教学质量。为此上海交通大学航空航天学院自2016年春季学期起开设《航空航天研究生学术英语》,并在课程中采用了新颖的模拟国际会议(MiCase)。我们在阐述现阶段学术英语教学需求的基础上,分析了在学术英语教学改革中引入模拟国际会议的方法论及其关键作用,具体结合我院举办的航空航天模拟国际会议,介绍了会议实践过程、模拟会议效果及其未来教改方向。模拟国际会议极大调动了师生的积极性,提高了学术英语水平,其经验可为各高校各专业的学术英语教学提供参考。

航空航天方向本科实验教学改革探讨

教学实验室是专业人才培养的重要支撑部分,从实验室的规划布局、课程的改革创新、科创平台的设计搭建等方面探讨以学生为中心、让每一位学生更优秀的培养理念和目标,从功能区域管理到开放式运行,从实验课程的设计到科创活动的实施,从校内资源的有机结合到校外资源的合作共赢,梳理出一条适合综合性大学航空航天工程专业的人才培养路径,为一流专业的建设发展提供更加优质的实验教学资源。

建构新时代归属心理特色化融合教学途径探究——以航空航天类专业为例

站在历史时空和时代发展的新高度,坚持理论与实践、知识与情感、显性与隐性、思政课与专业课、校内与校外、线下与线上、国内学子和国际学生等诸多方面的有机结合。以航空航天类专业教学方法为切入点,践行空天课程思政教学理念,全方位、多维度、深层次探索特色化融合途径,为空天大学生构建对党忠诚、对国家和民族负责、对空天专业专注的新时代归属心理,促进空天大学生健康成长,为今后在党的事业、国家发展和民族复兴上蓄积建功立业的正能量。

航天器姿态受限的协同势函数族设计方法

提出一种考虑航天器姿态约束的协同势函数设计方法,在姿态全局收敛的同时,保证姿态在机动过程中始终满足姿态约束.首先,建立航天器姿态指向约束模型,并针对每一个指向约束设计软约束区域;然后,基于“角度扰动”方法设计协同势函数族;接着,通过设计协同势函数族内函数切换规律,在软约束区域内构建满足姿态约束的势函数,并给出区域内势函数临界点分布的调整方法;最后,将所得的势函数用于航天器的避障控制,以比例-微分控制为例,通过数值仿真,验证该方法的有效性.

空间引力波探测航天器平台系统前沿研究进展

高精度航天器平台系统是空间引力波探测任务成功实施的重要载体,在空间引力波探测任务中发挥着重要的作用。针对高精度航天器平台系统研究的前沿进展,以惯性传感器参考基准、微推力执行机构、航天器平台无拖曳控制技术及航天器系统编队设计与控制为出发点,结合本专刊内发表的主要研究内容及国内外空间引力波探测航天器平台系统近期相关研究进展,形成涵盖国内外前沿研究热点的概括与综述,总结空间引力波探测航天器平台系统设计的主要研究问题。从航天器系统角度出发,提出涵盖关键载荷、轨道及姿态控制策略及编队构型设计的探测航天器平台系统发展的展望。

航天器模型预测控制方法综述

随着人类航天活动的增加,空间任务正朝着需要满足多重约束和高性能的方向发展。模型预测控制(Modelpredictive control,MPC)得益于其在处理约束优化问题上的能力,近年来已在航天器控制中得到了广泛研究。本文首先回顾了MPC的发展历程,并基于该方法的基本形式,对其在航天器中的应用做了分类研究。然后,针对空间环境中的不确定性,依次总结鲁棒和随机两种MPC方法以及它们在航天器上的应用情况。在此基础上,考虑到航天器的安全性问题,总结现有研究中关于避障和容错的预测控制方法。针对MPC方法计算量大的缺陷,本文也从控制器的求解策略和求解方式出发,梳理了具有高计算效率的模型预测控制方法,包括分散式/分布式方法以及显式方法。最后,根据航天器的当前实际需求和未来发展,为MPC方法在航天器控制中的进一步研究提出了几点建议。

网络化航天器弹性姿态跟踪控制

针对网络化航天器姿态弹性跟踪控制问题,借鉴主动抗干扰控制思想,设计攻击检测机制对控制器端到执行器端网络攻击进行监测,利用网络通道传输信息设计两个自适应观测器,在抑制内部噪声的同时对外界扰动及恶意攻击信号进行实时估计.采用多前馈与反馈相结合的方式设计复合抗干扰及抗攻击控制器,抵消扰动及攻击对系统性能的影响,提升网络化航天器系统的安全性及稳定性.

基于模糊逻辑的飞机电推进系统能量管理策略研究

为了提升飞机电推进动力系统的关键性能,需要设计和优化内部能量管理控制策略并实现功率合理分配。本文基于MATLAB/Simulink平台,建立了电推进动力系统仿真模型,并在能量管理系统模块中提出了基于模糊逻辑的能量管理策略(EMS),其用于动力系统内部的功率分配和控制。针对从滑跑直到巡航稳定点的飞行任务段,对电推进动力系统进行了时段级仿真实验,研究了氢气消耗量等量化指标的表现。在此基础之上,基于遗传算法的优化方法,对模糊控制系统的隶属度函数参数进行了寻优。计算结果表明,在本文基于模糊逻辑的EMS作用下电推进动力系统的氢气消耗量减少9.27%,而且氢燃料电池功率波动剧烈程度减少25.11%;优化后,主指标氢气消耗量进一步减少6.5%,同时次要指标的变化被约束。

接闪阳极参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响

接闪材料遭受雷电直击损伤的数值分析中尚不清楚阴极-放电电弧-阳极结构下材料参数对损伤分析的影响。为此,该文以飞机常用金属和复合蒙皮材料为研究对象,基于热等离子体电弧的磁流体动力学理论,建立雷电电弧的电-磁-热-力多场分析及其与材料的耦合模型,研究不同材料参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响。结果表明,接闪阳极材料的电导率和热导率变化会改变电弧-材料界面的电流和能量分布及其耦合过程,影响各过程对材料致损的贡献。接闪材料表面的洛伦兹力、磁感应强度和电流密度随着电导率和热导率变化0.1~20倍时,其峰值最大可分别改变622.2%、172.5%和63.5%,峰值位置最大可分别变化-54.8%、59.4%和-53.1%。该文可为接闪材料的雷击损伤数值分析和耐受能力改进提供参考。

基于安全性建模的民机ILS信号设计

针对当前均匀分布的仪表着陆系统(instrument landing system, ILS)信号无法反映出真实安全性变化的问题,提出了基于高斯量化的ILS安全性信号设计方法。首先,基于运行安全性确定安全范围并在此基础上进行逆向设计,对飞行安全性进行高斯量化。然后,从提高飞行员情景意识出发,提出在安全范围内的不同偏移角度下,仪表刻度变化率与安全性变化率保持一致的安全性信号设计方法。最后,构建了飞行员认知模型,在民机最后进近场景中,对不同初始偏航角度进行了仿真实验。仿真实验结果表明,所提方法提升了民机进近着陆阶段的安全性。

变厚度铺层Nomex蜂窝夹层件固化变形的数值模拟

为准确预测变厚度铺层夹层结构的固化变形,基于热-化学-结构多物理场耦合方法对AS4/8551碳纤维/环氧树脂复合材料-Nomex蜂窝夹层结构的固化过程进行数值模拟。考虑材料时变特性的影响,结合复合材料瞬时线弹性本构模型、细观力学理论和改进的Gibson等效理论建立起夹层结构三维有限元仿真模型,研究了结构在整个固化周期中的固化度场、温度场和应力-应变场的分布关系,并同已有的实验结果进行对比验证,最后通过解析模型分析预固化工艺对结构回弹变形的影响规律。结果表明:建立的有限元模型能够比较准确地反映结构固化过程,固化变形的平均预测误差为4.8%,最大预测误差不超过6.0%;变厚度铺层设计对较薄区域面板的固化应力影响较大,表现为沿厚度方向的向上剪切应力,在冷却阶段集中于结构端部并转化为结构翘曲;面板预固化处理削弱了固化放热和材料各向异性对夹层结构固化变形的影响,0.25预固化程度下结构最大变形的降低幅度达到14.78%。研究结果为复杂设计蜂窝夹层件制造精度的提升和工艺优化提供了重要参考。

低轨互联网星座发展研究

近年来,随着互联网用户激增,SpaceX、OneWeb等创新型企业纷纷计划打造低轨互联网星座,引发全球低轨卫星互联网星座的发展热潮。因此,研究国内外低轨互联网星座的发展情况及当前面临的技术难题有着很重要的意义。基于此,介绍了国外具有代表性的3个低轨互联网星座计划(Starlink、OneWeb、Lightspeed)及国内星座的最新发展情况;根据低轨互联网星座的特点,着重分析了低轨互联网星座面临的五大技术挑战:星座相对运动演化预报、星座自主导航与定轨、星座构型重构的路径规划、星座自组织协同构型控制、星座通信与网络服务;根据当前低轨互联网星座的发展趋势,对中国在低轨互联网星座的发展给出了建议。

基于对比学习的小样本金属表面损伤分类

现有小样本分类方法局限于从每轮支持信息中归纳出类内共性,忽略了在迭代过程中类间关联性以及样本本身携带的类别信息。由于金属损伤纹理细微、多变,因此所形成的特征分布类间距离小、类内距离大。因特征分布聚合性差导致小样本分类性能降低且新类泛化性变差,提出一种基于内外双层训练模型架构的小样本金属表面损伤分类方法。内模型在利用度量手段完成元分类任务的同时,引入双模态特征作为外模型特征空间的信号,即在新映射空间下利用类别标签信息有监督地对比不同类别的图像特征、优化特征分布,使类间区分度更大、类内聚合度更高。在训练阶段中外模型反传对比损失,间接加强原有特征空间的表征能力,从而提高内模型的度量水平,提升分类精度。同时,利用类别嵌入作为动态类别中心,可以有效减少小样本问题中的噪声干扰,加强模型泛化性能。在GC10、NEU及APSD 3个常用的金属损伤数据集上的实验结果表明,相比ProtoNet、MatchingNet、RelationNet等主流方法,该方法具有较优的分类精度,特别是新类别的泛化能力得到大幅提升,5-way 5-shot设定下分类精度至少提高了5.24、1.39和6.37个百分点,分类错误下降率分别为36.00%、17.94%和66.15%;此外,新类分类精度分别从36.53%、82.43%、31.89%提升至69.12%、91.57%、48.23%。5-way 1-shot设定下分类精度分别至少提高8.34、3.01和4.61个百分点,分类错误下降率分别为28.32%、23.37%和46.57%。

开槽螺母-螺栓连接副拧紧特性研究

由于飞机飞行过程持续遭受振动载荷,设计中广泛采用具有自锁功能的开槽螺母-螺栓连接副以防螺栓的松动和夹紧力损失。研究开槽螺母-螺栓连接副的拧紧特性,对保证连接结构的力学性能、安全性和可靠性具有重要意义。对开槽螺母拧紧工艺开展了理论分析,修正了其夹紧力-拧紧力矩关系公式。试验研究了开槽螺母型号、被连接件材料、润滑条件以及重复拧紧次数等条件对拧紧特性的影响。研究结果表明,NASM14144开槽螺母相较于高度较低的NASM14145开槽螺母,预置力矩提升了125.9%,而扭矩系数稍有降低;饱和润滑方式能有效降低扭矩系数及其波动性,螺母-连接板贴合面润滑的效果次之;重复拧紧过程使得NASM14144螺母的预置力矩降低、扭矩系数明显升高,而NASM14145螺母的拧紧特性并未显著改变。

绳结涡旋对绳索抗拉性能的影响

PBO绳索具有优良的性能,被广泛应用于航空、航天等诸多领域。本文以PBO绳索的绳结为研究对象,通过打结绳索和未打结绳索拉伸实验对比,发现绳索打结极大地降低了绳索的抗拉性能。为了深入探究打结使绳索抗拉性能降低的原因,利用UG软件建立了绳结模型,从绳结涡旋和等效长度的角度进行研究。经过对多种绳结的拉伸实验研究,提出了一种评估打结对绳索抗拉性能影响的方法,并用实验验证。结果表明:该评估方法能根据绳结等效长度和涡旋总边数的比值,实现对绳结的抗拉性能评估;为新绳结的设计及评估提供参考。