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空间力学
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  • 所属院系:机械工程学院
  • 所属专业: 力学
  • 邮箱 : yhcui@tju.edu.cn
  • 工作电话 : -

团队简介

Team Introduction

        天津大学空间力学与空间环境团队一直瞄准国家探月工程和深空探索的主战场,近十年来持续主持、参与并圆满完成国家重大科技专项“探月工程”和“火星探测”多个项目,顺利完成地面环境试验上百个工况。成果已经被嫦娥3号着陆器和嫦娥4号采纳, 也为嫦娥5号登月着陆器稳定性着陆、再返大气层后的姿态及稳定性提供重要研究方法和关键技术支撑。

        重返月球,开发月球资源,建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点,月球已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。实施嫦娥探月工程探测是推进我国深空探测国家战略、保障国家安全的重大举措,嫦娥系列登月着陆器/探测器在月面安全着陆、再返回大气层的姿态稳定,是必须要考虑的关键问题和难点,其解决必须立足和依靠自主创新。


  • 研究方向Research Directions
空间力学与空间环境,航空航天复合材料设计、优化及应用
2. 机电结构优化与控制 研究内容:在对机电结构进行分析和优化的基础上,运用控制理论进行结构参数的调整,使结构性能满足设计要求。1. 仿生结构材料拓扑优化设计, 仿生机械设计 研究内容:以仿生结构为研究对象,运用连续体结构拓扑优化设计理论和方法,对多相仿生结构(机构)材料进行2. 机电结构优化与控制 研究内容:在对机电结构进行分析和优化的基础上,运用控制理论进行结构参数的调整,使结构性能满足设计要求。1. 仿生结构材料拓扑优化设计, 仿生机械设计 研究内容:以仿生结构为研究对象,运用连续体结构拓扑优化设计理论和方法,对多相仿生结构(机构)材料进行整体布局设计。 整体布局设计。
团队展示

        团队成员包括:崔玉红教授、王建山教授、谢宇新副教授、徐家福高级工程师屈川工程师和团队博士生和硕士生共25人左右。 


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崔玉红教授                                                                             王建山教授

                                    

  


谢宇新副教授                                                                     徐家福高级工程师

                                       



屈川工程师



项目情况

空间力学与空间环境试验室宣传

  


        近十年负责和参与国家重大科技专项“探月工程”和“火星探测”计划等项目,圆满完成嫦娥3号、嫦娥5号、天问1号及返回舱7号等着陆器地面环境试验上百个工况,为我国探月工程提供重要研究方法和参考数据。

  1、天津大学空间力学团队提出了一种考虑月壤颗粒被羽流破坏扬起以及真空环境下月壤颗粒之间碰撞、扩散及双向能量耦合的新计算方法,揭示了羽流和月尘之间相互作用的力学规律。这种方法不仅适用于连续区域,也适用于非连续区域的月壤颗粒计算,较为准确地模拟了羽流与月壤颗粒相互作用的过程。

  由于问题的复杂性及计算条件、方法的限制,自从上个世纪60年代美国阿波罗登月时被提出来,该问题一直没有被明确地解决。直到上个世纪80年代开始有学者陆续提出了一些计算方法,但都存在一定的局限性。天津大学空间力学团队首次采用流固耦合的方法分析真空环境中月壤颗粒的运动,所得数值计算结果与美国阿波罗11号实测数据基本吻合。

        2、空间力学团队通过数值分析选定了可以模拟月球土壤的试验材料。团队通过大量实验,确定可用于模拟月壤材料的试验备选材料,采用大变形几何关系,考虑弹性和塑性变形,及有摩擦接触等因素,通过数值计算,模拟在着陆腿底部冲击力作用下各种备选材料在着陆过程中的受力和变形。分析各种备选材料的受力和变形特征,根据试验技术要求,优化选定可以模拟月壤的适用材料。同时,针对落地时“嫦娥”的着陆腿底部选用什么材料才更稳定的问题,团队基于地面仿真试验的要求,模拟六分之一地球重力的边界条件,通过科学的力学分析为“嫦娥”着陆稳定性提供重要参考。

        3、空间力学团队研制了悬停避障缓速下降试验用月面,根据月面对微波和激光以及光学敏感器的反射特性要求,模拟月面多种地形,包括石块、凹坑、坡度等,研制并完成模拟月貌区的试验研究和数值仿真。

        4、空间力学团队也对“嫦娥”着陆面力学环境地面进行多次着陆冲击试验,验证了单机加速度力学条件的正确性,试验后太阳翼、定向天线、转移机构等展开性能正常,OSR、电池片检验没有破损,推进系统等指标,完成了着陆冲击试验中着陆床地面研制。

        5、空间力学团队在“着陆器姿态及稳定性分析”中,完成了登月着陆器返回地球大气层后的姿态及稳定性分析,验证了各导航敏感器的静态和动态性能。对登月着陆器发动机喷管返回地球大气层后的各种姿态进行了二维和三维建模和数值仿真,并且模拟计算了登月着陆器发动机在不同高度工况下的推力、比冲等特性参数,为登月着陆器返回地球大气层后的姿态及稳定性提供参考数据。研究将用于“嫦娥五号”和未来“嫦娥六号”的研制。


报考意向
招生信息
机械工程学院
硕士研究生
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备注:
科研项目

1、国家自然科学基金项目:内源电场主导的内皮细胞和内皮瘤细胞定向迁移的生物力学调控机理研究 (No. 11972252),2020-2023年,项目负责人
2、国家自然科学基金项目:微结构可控的三维多孔支架内流体剪应力和物质输运对骨(干) 细胞的微调控规律研究 (No. 11272366),2013-2016年,项目第一参加人
3、国家自然科学基金项目:骨组织微流动和骨基质力学性质对骨细胞运动影响机理的研究 (No. 11172207),2012-2015年,项目负责人
4、国家自然科学基金项目:三维多孔支架微构形、微环境和流动传质对细胞生长影响的研究 (No. 30870606),2009-2011年,项目负责人
5、国家自然科学基金项目:压电生物材料等效多场理论和动态力学性能(No. 10472086),2005-2007年,项目第一参加人
6、国家自然科学基金项目:织物的本构理论和织物的屈曲与分叉(No. 19772032),1998-2000年,项目第二参加人
7、天津市自然科学基金项目:单个和多个骨肿瘤细胞在微流动和微电流耦合作用下的生长与迁移机理研究 (No. 17JCYBJC29300),2017-2020年,项目负责人
8、"生物流变科学与技术"教育部重点实验室开放基金:三维多孔支架中微力电耦合作用对细胞生长影响的数值计算研究 (No. CQKLBST-2012-002),2013-2015,项目负责人
9、天津市自然科学基金项目:微力电耦合作用对三维多孔支架中细胞生长影响机理研究 (No. 11JCYBJC09700),2011-2014年,项目负责人
10、天津市科技支撑计划重点项目:前兆物理量变化影响因素的数值模拟研究 (No. 07ZCGYSF03100),2008-2008年,项目负责人
11、科技部973项目子课题 (No. 2004CB418301):机载下投式探空仪离机后飞行轨迹的数值模拟,2007-2008年,项目负责人
12、CAST创新基金重点项目CAST20200204,2021-2021,项目负责人
13、火星探测项目C02017094,2017-2019年,项目负责人
14、火星探测项目C02016090,2016-2018年,项目负责人
15、探月工程三期项目C02015058,2015-2016年,项目负责人
16、探月工程三期项目C0201437,2014-2016年,项目第一参加人
17、探月工程三期项目C0201438,2014-2015年,项目负责人
18、探月工程三期项目C0201234,2011-2012年,项目负责人
19、探月工程三期项目C0201233,2011-2012年,项目负责人
20、探月工程二期项目C0200928,2009-2011年,项目负责人
21、探月工程二期项目C0200929,2009-2011年,项目负责人
22、探月工程二期项目C0201043,2010-2012年,项目负责人
23、载人航天项目C0200705,2007-2008,项目负责人
24、应用技术C02017137,2017-2018,项目负责人
25、应用技术C1201101,2011-2012,项目负责人
26、应用技术C0201432,2014-2014,项目负责人
27、海南昌江核电、福清(3、4号机组)核电及天机集团吊车抗震计算分析,2013-2013
年,项目负责人
28、方家山、福清1、2号机组小吊车抗震计算分析,2009-2011年,项目负责人
29、地震科学数据共享天津市节点建设,2008-2008年,项目负责人
30、天津市震害快速评估及辅助决策系统,2000-2001,项目负责人
31、天津滨海新区震害预测与防震减灾对策示范工程,1997-1998,项目负责人


研究成果

空间力学方向(著作和论文)
1、崔玉红, 王建山, 谢宇新. 月球颗粒与发动机羽流的相互作用(天津市自然科学学术著作出版资助),科学出版社, 2022.
2、Renjie Li, Yuhong Cui, Yulong Feng, Jianshan Wang, Wei Huang, Yi Sui, Depeng Ren. New mechanical models to study the impact of contact, wear, and adhesion of lunar dust on space materials. International Journal of Applied Mechanics, 2023,15(2):2350025
3、董泰郎, 冯昱龙, 黄伟, 任德鹏, 王志浩, 王建山, 崔玉红. 月球环境下明暗交界处月尘输运异常现象. 清华大学学报, 2023, 63(3): 433-448
4、徐嘉庆, 冯昱龙, 董泰郎, 刘宇明, 王志浩, 崔玉红. 柔性和刚性材料自修复技术在轨试验设计. 航天器环境工程, 2023, 40(4): 387-391
5、Yulong Feng, Tailang Dong, Depeng Ren, Jianshan Wang, Yuhong Cui. An improved numerical method for lunar dust transport during electric curtain-traveling wave removal in the lunar environment. Acta Astronautica, 2022,190: 308–322
6、Zhigang Bo, Yuxin Xie, Yang Li, Wei Yu, Yuhong Cui. Collision phenomenon of lunar-soil particles under engine plume in a vacuum by numerical study. Acta Astronautica, 2021, 189: 615–623
7、Zhigang Bo, Yulong Feng, Wei Huang, Yuhong Cui. Diffusion phenomenon of lunar soil particles under a plume in a vacuum. Acta Astronautica, 2020, 171: 403-414
8、Yang Li, Depeng Ren, Zhigang Bo, Wei Huang, Qing Ye, Yuhong Cui. Gas-particle two-way coupled method for simulating the interaction between a rocket plume and lunar dust. Acta Astronautica, 2019, 157: 123-133
9、邵亦琪, 崔玉红, 郑刚, 于伟, 任德鹏, 叶青. 真空环境下月壤颗粒受力影响因素及对空间分布的影响. 空间科学学报,2016, 36(1): 1-11
10、郑刚, 崔玉红, 于伟, 任德鹏, 叶青, 耿动梁. 考虑相互碰撞影响的月壤颗粒运动轨迹计算方法研究,空间科学学报,2015,35(4): 486-494
11、耿动梁, 任德鹏, 叶青, 马月聪, 郑刚, 崔玉红. 羽流场与月壤颗粒相互作用的一种新计算方法. 宇航学报. 2014, 35 (8): 884-892
12、孙佳濛, 左光, 徐艺哲, 杜若凡, 崔玉红. 临近空间高超声速飞行器武器投放方案的数值研究. 航空学报, 2023, 44(13): 127808
13、崔玉红, 徐艺哲, 吕凡熹, 赵飞, 张宇佳, 孙佳濛, 左光. 临近空间高超声速飞行器武器投放影响因素. 航空学报, 2023, 44(23): 128539

空间力学方向(报告和专利)
14、李仁杰, 崔玉红, 黄伟,贾华明. 月尘对宇航服织物的粘附、接触和磨损研究 (邀请报告). 2023中国航天大会,合肥,2023
15、崔玉红等. 空间环境下柔性或刚性材料自修复在轨试验设计. 第一届航天器工程大会, 北京, 2023
16、徐嘉庆, 崔玉红, 黄伟, 叶青. 月球/火星发动机羽流引起的尘埃污染研究. 中国宇航学会空间科学与试验专业委员会第一届学术交流会, 北京, 2023
17、崔玉红等. 月球颗粒与发动机羽流的相互作用(大会报告). 第十届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术全国学术会议,兰州,2022
18、崔玉红等. 月尘污染和火星尘暴的几个关键科学问题和关键技术(大会报告). 中国深空探测前沿技术和发展战略高层次研讨会, 北京, 2021
19、崔玉红等. 月壤颗粒与发动机羽流相互作用研究及近期研究进展(主题报告). 高校深空探测论坛研讨会, 北京, 2020
20、徐嘉庆,冯昱龙,董泰郎等. 空间环境下柔性或刚性材料自修复在轨试验设计(主题报告). 第一届航天器工程大会, 北京, 2023
21、崔玉红,李仁杰. 含尖角月尘的粘附接触磨损的力学和特性研究(会议报告),第一届数学与航天交叉融合学术大会,长沙,2022
22、董泰郎,冯昱龙,黄伟等. 月球环境明暗交界引起的航天员附近月尘输运现象研究(会议报告),第十届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术全国学术会议,兰州,2022
23、Li Y, Cui Y, Wang J, et al. CFD/DSMC hybrid method for gas-particle two-way coupled simulation under vacuum(会议报告). Pre-RGD32 Online Workshop on Recent Hot Topics in Rarefied Gas Dynamics, Korea, Seoul, 2021
24、崔玉红, 李仁杰, 徐嘉庆. 一种变重力刚/柔性材料的粉尘多平台磨损试验装置, 专利号202220475049.2
25、崔玉红, 冯昱龙, 徐嘉庆. 一种柔性织物材料表面的月尘清除装置, 专利号202220456172.X
26、崔玉红, 冯昱龙, 徐嘉庆. 一种光学敏感材料表面的月尘清除装置, 专利号202220453381.9
27、崔玉红, 冯昱龙, 徐嘉庆. 一种刚性材料表面的月尘清除装置, 专利号202220456175.3
28、崔玉红, 董泰郎, 徐嘉庆. 一种柔性自修复结构试件, 专利号202220456171.5
29、崔玉红, 董泰朗, 徐嘉庆. 一种刚性自修复结构试件, 专利号202220456174.9
30、崔玉红, 李仁杰, 徐嘉庆一种真空滚筒磨损实验装置, 专利号202211075757.8
31、崔玉红, 董泰郎, 徐嘉庆.一种基于辐射激发的自修复结构试件, 专利号202222344965.5
32、崔玉红, 冯昱龙, 徐嘉庆. 一种基于气体射流的月尘清除装置, 专利号202222343099.8
33、崔玉红, 李仁杰, 徐嘉庆. 一种抗月尘磨损宇航服织物涂层, 专利号202222343061.0
34、崔玉红, 徐嘉庆,李仁杰.一种柔性材料表面防月尘和空间尘埃的膜, 专利号202222343033.9
35、崔玉红, 李仁杰, 徐嘉庆. 一种柔性材料的粉尘磨损张拉测试实验装置, 专利号202222343098.3
36、崔玉红, 徐嘉庆, 王善举. 一种用于清除月球尘埃的月尘刷, 专利号202320709670.5
37、崔玉红, 李仁杰, 徐嘉庆. 一种月尘冲击磨损实验装置, 专利号202320707566.
38、崔玉红, 郝寅静, 苏梓南. GROMACS非键相互作用力计算程序, 软件著作权号2022R11S0327188


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