一级学科国家重点学科:
材料科学与工程(含3个二级重点学科)
航空宇航科学与技术(含3个二级重点学科)
二级学科国家重点学科:
固体力学
机械电子工程
电路与系统
控制理论与控制工程
计算机应用技术
水声工程
武器系统与运用工程
国家重点(培育)学科:
流体力学
导航制导与控制
西北工业大学材料科学与工程学科的主要特色是:以航空航天结构与功能材料的设计、制备、性能表征与应用技术为特色的材料学研究,面向航空航天高技术领域的材料加工工程的理论和技术研究,针对空间环境和极端条件下多物理场、多尺度材料制备的物理化学研究。
本学科下设三个二级学科――材料学,材料加工工程,材料物理化学。所有二级学科皆于2001年被批准为国家重点建设学科,并于2007年再次通过国家重点学科的评估,是我校“211工程”和“985工程”项目重点建设的学科之一。经过近10年的建设,本学科已建成特色鲜明、国内外知名的材料科学与技术的研究、知识创新和人才培养基地,形成了一批独具特色、又有较宽覆盖面的研究方向,在材料科学与工程的基础理论和应用技术两个方面都有较强的研究基础和发展潜力,形成了良性互动,持续创新的能力。
在科研平台方面,本学科拥有凝固技术国家重点实验室,超高温结构复合材料国防科技重点实验室,教育部空间应用物理与化学重点实验室,国防科工委难变形材料锻造技术研究应用中心,陕西省凝聚态结构与性质重点实验室,陕西省空间材料科学与技术重点实验室,摩擦焊接技术陕西省重点实验室,陕西省分析测试中心8家国家及省部级实验室。本学科具有材料科学与工程一级学科博士、硕士授予权,设有博士后流动站,是“长江学者奖励计划”特聘教授设岗学科。“十五”以来,共投入“211工程”、“985工程”建设资金和重点实验室建设经费2.5亿元,现拥有科研教学场地10500m2,单件50万元以上大型精密仪器设备41台,基础设施和环境条件基本实现了与国际先进水平接轨。
在学术团队建设方面,本学科有院士4名,包括中国科学院院士周尧和教授,中国工程院院士傅恒志教授,张立同教授,周廉教授(双聘),教育部“长江学者奖励计划”特聘教授5名,国家杰出青年科学基金获得者7名,中国青年科技奖获得者2名,博士生导师38名,教授61名,副教授64名,形成了一支以具有博士学位的年轻学者为主(45岁以下的教授占教授总人数的60%,有博士学位的教师占教师总数的80%),年龄和学科结构合理,梯队完整,生气勃勃又严谨求实的研究队伍。在张立同院士于2000年提出的重点学科建设思路“突出特色、强化优势、改善条件、创新教学,培育数个国内外知名的研究方向”的指导下,经过科研力量的优化整合和研究方向的调整重组,建立了大批以年轻学者为带头人的各具特色的科研团队,分别从事材料学(“超高温复合材料”、“航空航天特种功能材料”和“航空航天先进金属材料”),材料加工工程(“凝固理论与技术”、“精确塑性成形理论与技术”、“激光成形及先进连接原理与技术”)和材料物理化学(“空间材料科学”、“智能材料科学”、“材料表面及低维材料科学”)方向的研究,并建设了1个国家自然科学基金创新研究群体,1个国防科工委优秀科技创新团队,1个教育部创新团队,2个学校重点支持的创新团队。
“十五”期间,本学科共承担和完成了包括国家自然科学基金重大、重点、面上项目,“973”和“863”,国防重点型号,国防基础科研和总装备部预研项目等国家和省部级科研课题185项,科研经费累计到款1.95亿元。出版专著12部,发表学术论文材1800余篇(SCI收录论文665余篇),其中“声悬浮理论与实验研究”分别于2001和2002年得到Nature和Science的专题评论,发表于Chem.Mater.2002,14(5)的关于稀土掺杂TiO2悬浮颗粒电流变材料的文章被美国科学信息研究所ISI评为该研究领域TOP1%高引用率论文。获得了包括国家技术发明一等奖,国家自然科学二等奖和国家科学技术进步奖一、二等奖在内等10余项国家和省部级科技奖励,获授权的国家发明专利129余项。
在人才培养方面,构建起以材料科学与工程学科为主线,涉及材料学、材料加工工程以及材料物理与化学三支全国重点学科的多层次、立体化材料教育体系和高素质创新人才培养基地,荣获国家级教学成果奖3项。培养的博士生中,3人获全国百篇优秀博士论文,16人获著名的德国洪堡基金。
“十五”以来,本学科开展了广泛的国际合作与交流,被评为国家“111”引智基地。合作专家中1人荣获国务院颁发的“中国友谊奖”,1人被陕西省政府授予“三秦友谊奖”。主办高层次学术会议17次,派出120人次赴国外著名高校和研究所合作研究或学术交流,邀请100余位国际同行学者前来讲学或合作,与42个国际知名大学和科研机构建立了长期的合作交流关系。
西北工业大学航空宇航科学与技术一级国家重点学科主要包括3个二级学科:飞行器设计(2002年批准为二级国家重点学科),航空宇航制造工程(1988年批准为二级国家重点学科)和航空宇航推进理论与工程(2007年批准为二级国家重点学科)。该学科涵盖我校航空学院、航天学院、机电学院、动力与能源学院、无人机研究所等,1998年获一级学科博士学位授予权。3个二级国家重点学科基本情况分述如下:
(1)飞行器设计二级国家重点学科
该学科涵盖我校航空学院、航天学院和无人机研究所,是国家首批硕士点和首批博士点。1985年设立博士后流动站,1996年列为“211工程”重点建设学科,1998年列为“985工程”重点建设学科,1999年批准设立“长江学者”特聘教授岗位,2002年批准为国家重点学科,2007年通过国家考核评估。目前本学科的主要特点体现为:
1)学科队伍强大、整齐
拥有陈士橹院士、陈一坚和王兴治院士(双聘),国务院学科评议组成员1人,长江学者2人,863主题组长1人、专家3人、重大专项论证组副组长2人,总装共性技术组组长1人,总装飞机技术专业组成员1人,国家重大专项子项目专家组成员1人,教育部新世纪优秀人才3人;学科带头人均在45岁左右,在国内都有影响力;建立和正在申请“空天飞行器导航、制导”、“飞行器综合设计与空气动力学”国防科技创新团队。
2)研究方向完整、先进
目前的3个主要研究方向是:航空飞行器综合设计、航天飞行器综合设计和高性能无人机系统技术,覆盖面宽、完整、先进;飞行器综合设计技术和飞行动力学与控制是本学科的基础研究及传统优势;临近空间飞行器与空天飞行器具有航空航天技术综合特点,是目前到今后相当长的一段时间内国家的重大与重点发展方向;无人机系统技术我校目前的实力在国内最强。
3)成果多、基础条件好
近5年来,该学科共获国家科技进步二等奖1项,国家教学成果二等奖1项;国家基金和863计划等项目经费超过1.3亿;出版专著、教材11部,发表论文500余篇;培养出了像“空军十大杰出青年”李航航、“枭龙”常务副总设计师顾伟等一批科技精英;拥有“无人机特种技术”国防科技重点实验室、从九五开始投资建设的重点学科实验室和研究生与本科生科技创新实验室等。
(2)航空宇航制造工程二级国家重点学科
本学科是国内首批博士学位授予权学科,1984年培养出航空宇航制造工程学科第一位博士,1988年成为首批国家重点学科;1996年列为“211工程”重点建设学科,1998年列为“985工程”重点建设学科,并设立长江学者特聘教授岗位,2007年列入国防科工委“世界一流学科赶超计划”。
本学科1975年开始在国内率先开展CAD/CAM和创成式CAPP研究。1981年建成航空系统重点实验室,1989年建成CAD/CAM国家专业实验室;2000年建立现代设计与集成制造技术教育部重点实验室。
目前本学科的主要特点体现为:
1)参加国家重大工程的能力强
本学科参与研制的国内第一个7760 CAD/CAMM系统,获1988年国家科技进步二等奖(列全国十大科技成果之首);主持完成大型水轮机叶片造型和多轴数控加工系统,1992年获国家科技进步三等奖;开发出NPU CAD/CAM软件,1992年获国家自主版权软件评测一等奖;作为国家CIMS工程研究中心11个单位之一,1994年获美国ASME大学领先奖。
2)“十五”科研教学成果突出
主持完成整体叶盘高效精密数字化冷工艺制造技术及工程应用,2006年获国家科学技术进步奖二等奖,入选2006年度中国高等学校十大科技进展;参与高性能中等推力涡扇发动机核心机预研,1996年获国家科技进步二等奖;参与成都飞机工业公司CIMS工程(CAC—CIMS),1997年获国家科技进步二等奖。科研总经费突破亿元,承担各类科研项目359项,其中国家自然科学基金项目20项、国家863计划项目23项、国家973计划项目2项、国家科技支撑计划项目1项、国防预研攻关计划项目17项、教育部重点项目2项,占总经费的65%。获省部级科技进步一等奖2项、二等奖7项、三等奖5项,获国家发明专利10项、实用新型专利2项、外观设计专利3项、软件著作权58项,出版专著、教材16部,发表学术论文1000余篇,其中被SCI、EI、ISTP三大索引收录300余篇。获陕西省优秀教学成果特等奖1项、一等奖1项;获2006年“全国百篇优秀博士论文”提名奖1项。
(3)航空宇航推进理论与工程二级国家重点学科
本学科现有教授(包括研究员)33人,其中院士1人(乐嘉陵,双聘)、博导22人、副教授(包括高工和高级实验师)34人、讲师(包括工程师)16人,教师中具有博士学位的48人,教育部“新世纪优秀人才”3人,国防科工委“511人才”2人。
该学科的主要特点是:
1)拥有多个国家级重点实验室,科研教学基础条件好
本学科拥有2个国防科技重点实验室、1个国家专业实验室、1个国防重点学科实验室和1个省级工程中心,它们分别是:“固体火箭发动机燃烧、热结构与内流场”国防科技重点实验室;“翼型、叶栅空气动力学”国防科技重点实验室(叶栅分室);“热工程信息处理”国家专业实验室;“新概念喷气推进技术”国防重点学科实验室和“陕西省旋转机械故障诊断与监测工程中心”等。
这些实验室和中心为本学科开展高水平的科学研究提供了良好的条件。
2)科学研究注重基础性、前瞻性和创新研究
开展新概念、新技术的探索,针对制约我国航空宇航推进装置发展的重大关键技术进行攻关,为某型无人机研制了火箭助推器,该无人机获国家科技进步一等奖;高精度激震小火箭研制,获国家科技进步三等奖;可控扩散叶型设计,获国家科技进步三等奖;参与开发的运载火箭系统故障仿真软件服务于“神舟”系列载人飞船发射;在国内率先开展了脉冲爆震发动机、火箭基组合发动机、微波等离子推力器、超燃冲压发动机、对转压气机、层板涡轮叶片等研究,取得了可喜的成果。2001年至2006年,本学科共完成包括“973计划”、“863计划”、国家自然科学基金、航空推进技术验证计划(APTD)等项目518项,科研到款14855万元;发表论文677篇,其中被SCI、EI、ISTP收录347篇;撰写专著3部;获省部级以上科技奖励19项。
3)国际合作成果显著
本学科积极开展对外合作与交流,先后成立了三个国际合作研究机构:中英“气动与传热大学技术伙伴”(与英国罗-罗公司、牛津大学);中德“旋转机械与风能装置测控研究所”(与柏林工业大学);“中俄联合适航性研究中心”(与俄罗斯中央航空发动机研究院),并开展了卓有成效的学术交流和科学研究。
承担国外著名公司(如:英国罗-罗公司、美国普惠公司、霍尼威尔公司等)科研项目12项,为德国、巴基斯坦培养留学生22人,其中2人获硕士学位,1人获博士学位。
西北工业大学固体力学学科由老一代力学家黄玉珊、季文美、陈百屏、胡沛泉、杨南生等开创,从1956年开始招收培养研究生,1981年成为首批博士学位授权学科,1985年首批建立博士后流动站,1988年获得世界银行重点学科奖励计划贷款资助,设立“动力学与强度”国家专业实验室,1996年成为首批具有一级学科学位授予权的单位,1996年成为“211工程”重点建设学科,1997年批准建立国家力学教学基地,1999年被批准为国务院长江学者奖励计划特聘教授设岗学科,2002年成为国家重点学科,2005年创办国际学术刊物《International Journal of Multidisciplinary Modeling in Materials and Structures》,2006年获批设立高等学校学科创新引智基地 "复杂环境下先进飞行器结构的力学行为及其优化设计",2006年建成了国家级力学实验教学示范中心,2007年再次评审通过国家重点学科,获批建立“飞行器结构力学与强度技术”国防科工委重点学科实验室。特别是2002年成为国家重点学科以来,在科学研究、学科建设和人才培养等方面取得了令人瞩目的成果,已成为国内该领域科学研究及高层次人才培养的重要基地之一,为国民经济的发展,特别是国防建设做出了重要贡献。
固体力学学科点20年来,共培养硕士生400余名、博士生150余名、16名博士后出站。现有博士生导师12名,教授23名,学术队伍的年龄、职称、学历结构合理。虽地处西北,仍保持一支稳定的固体力学学科队伍。
本学科点的建设立足于加强基础研究,重视工程应用,突出航空航天特色。在各类基金和国防、航空航天预研项目的支持下,逐步形成了以国防建设需要为目标,航空航天新技术、新材料应用中的力学问题为对象的研究特色。近五年来,主持及参加国家(国防)973、863、国家自然科学基金(重大、重点、面上)及国防科工委、总装备部重大国防预研项目50余项,总经费达4000多万元。在“十五”期间,在下述研究领域形成明显的国防特色,达到国内先进水平,一些方面达到国际先进水平:
(1)高温合金的力学响应、表征技术及应用技术研究
① 针对多个航空发动机型号,以热端部件为重点展开研究。开发了适合工程应用的晶体塑性有限元软件;研究了可靠性问题,开发了寿命可靠性软件;开展高温平头压痕理论的研究,开发了压痕装置,针对高温材料和高温结构的力学性能特别是残余寿命测试技术进行研究。
② 该方向得到了8项国家自然科学基金、10项航空科学基金以及多项国防预研基金的资助,资助经费超过2000万元。主要创新点有:系统研究了镍基单晶合金的弹塑性、蠕变和低周疲劳的力学行为和描述方法。理论和试验研究确定不同载荷状态、温度环境下镍基单晶合金开动滑移系的类型;提出了非Schmid效应的晶体塑性理论,标定模型参数,特别是标定了潜硬化系数;提出了一个蠕变损伤本构模型和蠕变寿命模型,可以描述蠕变性能的晶体取向相关性;基于考虑非schmid效应的晶体塑性模型和细观试验,提出一可以描述疲劳性能晶体取向相关性的低周疲劳本构模型,研究了铸造缺陷对疲劳性能的影响;提出基于航空发动机的工作状态和特点的镍基单晶合金叶片工作寿命计算公式,并结合型号叶片的载荷谱给出工作寿命。将晶体塑性理论应用于定向结晶合金的力学响应研究,提出同时考虑晶粒损伤和晶界损伤的蠕变损伤模型。
③ 在试验研究领域,开发了一套研究温度梯度的试验装置,可以模拟冷却单晶叶片的冷却通道,同时可以研究材料的温度梯度效应。开发一套平头压痕测量材料高温性能的试验装置,同时建立由平头压痕试验来推测所测材料的蠕变、弹性、塑性以及疲劳性能参数的方法。
④ 独立开发的大型有限元结构程序CSAPLAN可以分析3维单晶叶片在工作温度环境(变温,不均匀分布)和载荷状态(温度载荷、力载荷、位移载荷和离心载荷等)的变形、损伤(蠕变)和寿命。
(2)多学科、多目标设计优化理论及其应用研究
① 飞机框梁、发动机叶片及连接支撑构件等具有典型的复杂几何特征与受力情况,需要在有限设计空间内对构件形状进行精细设计,满足其力学性能与制造工艺约束的要求。建立了选取独立形参数变量与虚位移扰动的任意网格敏度分析新方法,解决了以往高效对偶优化算法无法应用于复杂轮廓构件的形优化设计难题,突破了CAD建模、有限元数值分析与形优化设计集成的瓶颈,体现了以计算力学为基础的结构优化设计方法与传统机械设计方法的有机统一。
② 复杂多场耦合、多准则并存条件下的飞行器多学科总体设计、结构件设计以及先进材料的多功能设计均属于典型的多目标优化问题。
③ 建立了集中质量与支撑在任意位置的模态敏度通用计算格式;研究了支撑位置与支撑刚度对系统动力学特性与刚度的影响,发展了支撑位置与支撑刚度的渐进优化新方法;理论证明了重频敏度是模态子空间内方向导数的极值,与振型选择无关;针对结构拓扑布局优化,首次提出了二次型凸函数单元累计周长约束新方法,建立的约束上限渐进松弛机理能够同时消除材料病态棋盘格现象与拓扑密度变量灰度值;能够有效地完成飞机框、梁等关键承力结构的构型优化和轻质夹芯结构的蜂窝构型设计。
(3)智能材料和结构的力学与功能响应与控制
① 在智能结构振动控制研究方面,主要进行基于电流变技术的结构振动控制研究和基于压电分流技术的精密结构振动控制研究,该两项研究都获得国家自然科学基金的资助,在电流变技术应用研究中,研制出了一种低成本电流变液材料,并提供给多所大学的研究同行开展电流变技术研究,研制的电流变液性能测试仪器和电流变阻尼器件获得了国家实用新型专利。同时在电流变阻尼抑振研究方面,对电流变液夹层结构、电流变阻尼器的振动控制研究都处于国内先进水平。在基于压电分流技术的精密结构振动控制方面,从理论上研究压电分流阻尼的形成机理和抑振机制,在国内率先开展了相关的实验研究。
② 在结构微振动控制研究方面,与香港理工大学合作,开展了高技术设备平台的微振动控制研究,提出了考虑作动器动态特性的结构/控制一体化建模方法,通过理论和实验研究,取得了阶段性成果。
③ 在结构健康监测研究方面,提出了一种基于时域振动响应的结构损伤检测方法,并通过理论分析和相关的实验研究,验证了所提出的方法的有效性,并正在开发相应的结构健康监测应用系统,目前完成了结构健康监测示范系统的研究。
(4)结构与材料的动态破坏与失效分析
① 材料/结构一体化设计及在极端环境(高温、高应变率及其耦合作用)下的力学行为研究,特别是在结构和材料弹击损伤试验、创伤评估,极端条件下材料力学行为及破坏分析、冲击动力学及其反问题、航空器新型抗毁伤防护装甲材料的优化设计等方面取得了显著的成绩。目前已建成国内首台能实现1000℃高温动态测试的Hopkinson压杆装置、具有单脉冲加载能力的Hopkinson压杆及拉杆、国内第一台微型压杆系统(应变率高达~50,000 1/s、试验温度达到800℃),并将Hopkinson杆技术进行了推广,研制了高新工程所需要的全自动加速度传感器校准系统、引信电机静、动态性能测试仪、压电薄膜动响应校准系统等动态响应测试设备,这些装置均达到国外同类产品的性能指标,为我国冲击动力学研究水平的发展做出了贡献。
② 承担了国家自然科学基金“在高应变率复杂应力状态下金属材料动态断裂特性研究”。“十一五”期间所申请的“多层目标侵彻机理及弹靶材料本构关系”科研项目已获立项。
③ 承担了国家自然科学基金“空天飞行器的若干重大基础问题”重大研究计划重大项目“空天飞行器材料与结构的性能评价及关键理论研究”子课题,主要研究空天飞行器所用的防热、轻质、耐冲击材料在高温、高应变率耦合作用下的动态力学性能及其与微结构的关系。
④ 在结构与材料的动态破坏与失效分析的研究水平达到国内领先。牵头申请的民机预研项目“民机抗鸟撞设计与分析”的研究项目已获国防科工委立项,立项经费达1190万,这是高校牵头的为数不多的国防研究项目之一。
(5)结构动力学与结构分析
① 在应用电流变智能材料、压电智能材料的结构振动控制研究方面,获得国家自然科学基金和航空科学基金的资助,开发出了具有自主知识产权的低成本电流变液,用于主动阻尼器的可控阻尼介质,并研究出相应的电流变阻尼器,首次将电流变阻尼器应用飞机操纵面的颤振主动控制,并进行了电流变夹层板结构振动的模糊控制研究。
② 在压电智能结构研究领域,本学科的工作主要集中在利用正压电效应的压电分流阻尼抑振技术研究,对压电分流阻尼系统中压电作动器/传感器布局优化和参数优化技术研究处于国内先进水平,在状态开关压电分流技术研究方面,与国外同行的研究基本同步,在利用逆压电效应的压电主动振动控制研究方面,发挥力学方面的优势,研制出一种高作动效率的新型压电作动器,可以用于飞机结构的抖振抑制研究中。
③ 在飞机气动弹性力学研究方面,继续发挥本学科在非线性颤振分析与控制、带外挂机翼颤振分析方面的研究优势,拓展到气动伺服弹性稳定性及鲁棒气动弹性问题研究。特别是在国家自然科学基金资助下,在国内率先开展了对高速飞行器壁板颤振问题的研究,目前在对热环境下壁板颤振系统的非线性动力学特性研究取得了阶段性成果,对热环境下复合材料壁板颤振优化设计研究也取得了阶段性进展。针对目前大展弦比无人飞行器研制的发展趋势,考虑结构大变形的非线性颤振问题,也是本学科研究的一个新的方向。
④ 以结构健康监测核心问题——结构损伤检测理论和方法为主要内容,开展金属结构和复合材料结构的健康监测研究。提出了结构健康综合监测的概念,并利用结构动力学响应测试技术,具有自主知识产权的基于互相关函数幅值向量的损伤检测方法,并开发出相应的健康监测示范系统。
⑤ 在国家自然科学基金资助下,本学科还开展了充气特殊的结构动力学研究,该项研究对于航空领域的充气飞行器如气球、飞艇、充气飞机以及航天领域的充气展开结构如探星着陆充气缓冲装置的动力学设计的理论和基础技术探索具有重要意义。
⑥ 在国家自然科学基金资助下,本学科在结构动力学优化理论与方法研究方面,也做出了国内领先的研究成果,特别在基于渐进节点移动的结构动力学优化研究上,处于国内领先地位。
(6)结构疲劳、断裂及可靠性
① 提出了结构与可靠性整体评估与寿命预测方法,形成了结构安全性分析平台,为某型无人机设计与自行火炮的自主设计提供了重要的技术支撑。
② 针对国内现役飞机腐蚀损伤的实际情况,建立了典型的损伤图谱,损伤演化模型,以及提出了结构腐蚀损伤容限的新概念和结构多处腐蚀损伤的评估方法,其成果已用于海军某型飞机的腐蚀损伤分析和结构剩余寿命的预测。
③ 针对国内油气输送管道进入事故高发期的情况,将裂纹分形效应和有限元数值模拟、断裂力学和损伤力学等分析方法等分析方法引入在役管道的失效分析中,提高了管道安全评价的准确度和预测功能,已有成果用于秦京输油管道、陕京输气管道等国内重要油气输送管道的安全维护,取得了显著的经济效益。
④ 结构疲劳、断裂及可靠性分析领域,主持编写《飞机结构耐久性与损伤容限设计手册》损伤容限分册,航空工业出版社2003年6月出版;分别主持和承担“飞机结构耐久性损伤容限设计、分析与破坏控制技术”、“民机结构综合环境长寿命设计技术”和“飞机座舱盖玻璃剩余寿命评估系统研制”等十五预研项目。在国内飞机结构疲劳断裂和损伤容限领域保持特色和领先地位。
(7)MEMS材料力学性能的测试系统
① 完成了激光应变测试系统的原理性研究,完善微小试样激光干涉应变测试的理论和方法,研制了立式和卧式试验系统。
② 进行了多晶铜和压力容器焊缝微小试样拉伸测试,在国内首次获得了焊缝不同区域的全历程应力-应变曲线。
本学科点在发展过程中注意跟踪实际航空技术发展的新趋势,紧密与工程实践相结合,从而形成了力学应用基础扎实与航空工程应用能力强的优势,并为我国的各型飞机的研制做出了贡献。但长期来受行业管理的束缚,就学科研究的理论深度而言存在不足,分析手段和试验设备尚跟不上技术发展的步伐。今后五年的建设,在基础理论方面,加强理论研究深度,力争在材料的细观力学行为、综合环境下材料与结构损伤以及智能材料结构动力学行为等领域有所突破。在硬件建设方面,进一步增强分析手段,完善试验设备,通过参与型号研制和技术发展研究项目的实践,进一步改善研究环境,提高队伍素质,努力建成为国防和西北地区服务的国内一流、国际知名的教学和科研基地。
本学科点于1990年获得硕士学位授予权。2000年,“机械工程”一级学科和“机械电子工程”二级学科同时申报博士学位授予权而获得批准。本学科点属于教育部批准的“985工程”和“211工程”西北工业大学重点建设项目。2007年申报“机械电子工程”国家重点学科获得批准。
(1)微/纳米系统方向
西北工业大学“微机电系统与纳米技术”学科为机械工程一级学科联合仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程等多个一级学科博士点建立的新兴、交叉、边缘学科,是西工大“十五”学科规划重点建设学科,国家“985工程”重点建设项目。2002年,“微机电系统与纳米技术”学科被列为国防科工委重点学科;2007年,“机械电子工程”被评为国家重点学科,“微/纳米系统”是其主要构成方向之一。
依托该学科建立的微/纳米系统实验室经过“十五”建设,取得飞速发展,成为西北工业大学微机电系统方向博士、硕士研究生培养以及本科生创新设计训练的重要基地,具有强的研究开发与人才培养实力。2005年被评为“陕西省微/纳米系统重点实验室”。目前实验室具备国内一流、国际先进的实验条件,在我国西部地区微/纳系统领域首屈一指,在MEMS集成设计以及面向“三航”的应用微系统等方面处于国内领先地位,在国际相关领域也有一定影响。
本学科方向已完成“985工程”一期建设,正在进行二期建设。目前,已经建立了能够实现多晶硅表面加工、湿法体硅加工、高深宽比干法刻蚀等工艺的MEMS集成制造平台,包括MEMS集成设计单元、硅基材料微加工单元、微/纳检测单元等,为西部地区首屈一指的微机电系统制造和设计研发平台。
(2)智能组态数字化制造装备方向
西北工业大学从上个世纪六十年代世界上第一台数字控制机床问世以来就开始跟踪世界先进装备的相关技术,建立了机电控制和数控技术实验室,研究数字控制技术及开发了多种数字化装备,具备自动化装备的设计、仿真、测试等研发手段。多年来先后研制成功了具有自主知识产权的多种国防及民用数字控制装备。自行研制的我国新一代固体火箭发动机制造重大装备“多功能数控布带缠绕机”解决了DF31及“921工程”等型号研制的关键工艺技术难题,并在三大航天发动机制造企业中应用,打破了国际封锁和禁运;自行研制的“五坐标数控高压水切割机”解决了钛合金和复合材料复杂形体航空板件的高效加工。同时,结合企业实际应用情况,完成了大量的数控设备研制和改造应用项目,取得了一系列成果。
在这一系列数控设备研制中,形成了基于模块化设计、组合机床、成组技术和开放结构的智能组态数字化制造装备快速研制与成套技术的坚实理论基础,在制造装备机电一体化设计、制造装备的关键部件研究、成套数字化制造装备开发和运载装备综合电控研究等方面具有鲜明的专业特色。近年来研制的主要代表性装备包括数控布袋缠绕机、五坐标数控高压水切割机、数控异型弹簧成型机和全机电大轿车机械式自动变速器(AMT)等装备,并在航空用复杂零部件的近净成形方面开展了大量研究工作,在金属液固高压成形理论、计算机仿真及应用研究方面取得了可喜的成果。这些大量的课题研究和装备开发解决了企业的实际需求,同时也积累了丰富的实践经验,培养了一批从事装备及其技术研究的技术力量和师资队伍,具有雄厚的从事装备研制及其关键技术研究的科研力量和实验环境,在装备制造方向还建立有西北工业大学数字化特种制造装备研发中心,并正在建设陕西省数字化特种制造装备工程研究中心。
(3)仿生系统及测控技术方向
在仿生技术方向从90年代初起,先后在用于仿人手腕驱动的球型电机、仿人手臂的按摩机械手、仿生关节驱动机理与实现、仿生蠕动爬行、爬壁、仿生跳跃与飞行运动机理和运动设计等方面开展了大量研究工作,其中多项获得国家自然科学基金和国家863计划等的支持,并取得了一系列具有自主创新与自主知识产权的高技术成果,同时也培养了一批从事仿生技术研究的技术力量和师资队伍,形成了以仿生系统及测控技术研究为主线,以足行、跑跳、攀爬和飞行仿生系统与控制技术研究为核心,面向航空航天领域与国防应用的特种武器与装备需求的仿生系统和关键理论与技术研究为特色的学科方向,并具有雄厚的从事仿生机电系统及其关键技术研究基础和科研力量。
围绕仿生足行、跳跃、爬壁、飞行运动机理和运动控制技术研究,借鉴生物进化原理,采用遗传算法(GA)研究了仿生路径识别、寻优、避障关键技术,突破了多智能体协同、动态环境下的局部路径规划和自定位等关键技术;建立了壁面攀爬机器人运动机构三维建模、步态、运动及动力学仿真方法;提出了仿袋鼠柔性跳跃多杆机构模型和单腿机构分析模型,研究了系统整周期跳跃步态运动学、动力学及运动稳定性以及轨迹规划等问题,成功实现了电液驱动控制的单踝关节跳跃机器人跳跃实验研究。并建成了扑翼气动力测试系统;成功研制出各种可自由飞行与可遥控飞行的微小扑翼飞行器样机;依托国内第一座微型扑翼飞行器试验风洞,进行了大量的风洞试验,取得了相关的试验结果;搭建了智能化移动创新实验平台。
本研究方向已有仿生技术与系统研究创新实践基地1个,拥有ARM、DSP等实验箱,拥有超声波、红外测距系统、陀螺仪等感知系统等,由ControlLogix、SLC500、MicroLogix1200型可编程控制器以及运动控制模块、伺服驱动模块、交流伺服电机、直流伺服电机、球形电机、步进电机、变频器等组成的机电网络控制系统,并拥有完善的液压气动实验装备、机电控制系统快速原型研制平台、工控机以及嵌入式系统等。以及各类仿生实验样机共计10台。初步形成了仿生系统及测控技术研究实验平台。
西北工业大学电路与系统学科以电子信息学院为主体并涵盖了国防研究院和无人机所的一部分,包括航空航天电子信息技术,无线通信网络理论及应用,电子设计技术与新方向等三个研究方向。本学科1984年成为硕士点,1995年成为博士点,1996年设立博士后流动站,1997年被批准为陕西省重点学科,2002年批准为国家重点学科,2007年通过国家考核评估,是“十五”“211工程”、“985工程”的重点建设项目。
本学科经过多年建设,形成了鲜明特色,主要有:
l 军用航空航天电子技术的紧密结合:本学科从建立的初期开始就紧密结合航空航天电子技术需求开展研究,主要研究内容涵盖了无人机电子系统,以机载雷达为代表的航空电子综合系统,电子对抗等诸方面。在无人机电子系统方面处于国内领先水平;
l 科研实力雄厚:承担了多项国家自然科学基金和省部级基金,承担的一批“863”、“973”和国防重点预研项目取得突出成绩,并承担国家重点型号的研制,展示了雄厚的科研实力;
l 先进的技术装备:结合学科建设,建成一批国内领先的实验室,有大型全电波暗室,大型雷达目标仿真系统,机载雷达仿真系统,多谱目标感知系统,光电雷达测试系统,目标三维测量与成像系统,航空通信仿真系统,电磁兼容测试系统,战场电磁仿真系统等。
本学科在航空航天电子信息技术、无线通信网络理论及应用、电子设计技术与新方向等几个主要研究方向上从事了长期的研究,已有很好的研究基础,建立了比较好的研究条件。现分述如下:
(1)骨干学科方向研究成果突出
在“211工程”、“985工程”建设中,建设了“机载雷达实验室”和“航空通信与导航实验室”,开发了一批软件,装备了一批高性能仪器。从事包括无人机电子系统、航空综合电子系统、机载雷达、数据链,导弹攻防对抗等方面的研究,取得了丰硕成果。
l 研制了我国第一台机载XX航行雷达,并安装在XX飞机上;
l 研制了多种型号无人机机载电子系统及模拟训练系统,获国家科技二等奖和省部级一等奖多项;
l 开展了近二十年目标电磁特性与隐身技术的研究,在雷达目标特性计算与仿真,飞机与导弹RCS分析软件等方面取得许多重要成果,先后获部级科技进步一、二、三等奖八项;
l 开展了各种微波器件与组件的研究,先后研制了PIN大功率开关毫米波脉冲功率振荡器,各种混频器,倒置接收机等重要的雷达部件,并用于多种雷达,获得部级科技进步奖三项;
l 作为国内主要研究单位之一,对各种机载雷达罩进行了深入的研究,先后设计研制了多种型号的雷达罩,为国防建设做出重要贡献,并获部级科技进步奖两项;
l 研制了雷达射频仿真系统,获国防科技成果一等奖;
l 先后完成了多种型号的实时信号处理机的研制,获省科学技术成果二、三等奖各一项;
l 研制了我国第一台XXX警戒雷达航迹跟踪与数据融合算法,获得空军科学成果二等奖;
l 开展了多种型号的“北斗”用户机及导航系统的研制,获省部级二等奖;
l 开展了目标多光谱探测与处理系统的研究,研制了无人机4波段多光谱探测实验系统;200余波段空天多光谱探测地面实验与处理系统;
l 空天遥感成像处理新方法与新技术的部分研究成果,被国际同行多次引用;
(2)基础学科和新学科研究进展良好
在“211工程”、“985工程”建设中,分别建设了“微电子与EDA实验室”和“生物神经信息处理实验室”等基础研究平台。目前已经在数模混合信号集成电路、集成电路SOC_IP、灰色系统理论应用等方向完成了许多研究工作,通过国际合作,取得了一大批重要资料和数据,主要研究内容和成果有:
l 用于传感器输出信号处理的数模集成电路
l 低噪声CMOS仪表放大器
l 电源管理集成电路
l Σ-Δ模数转换器
l LC1303先进先出存储器
l 灰色系统理论在脑功能特征提取中的应用
l 灰建模用于EEG信号分析与识别
l 感觉刺激信号的提取与识别
l 透明人体漫游技术
以上研究成果达到国内先进水平,部分达到国际先进水平。
本学科于1986年获博士学位授予权,1998年获一级学科博士硕士学位授予权,2002年被评为国家重点学科和国防科工委重点学科,是我校“211工程”和“985工程”重点建设学科,主要依托自动化学院和无人机发展研究中心等单位。
本学科现有教授26名,副教授20名,讲师18名,专职教师80余名。其中,俄罗斯宇航科学院外籍院士1名,国家杰出青年基金获得者2名,教育部跨世纪优秀人才2名,教育部新世纪优秀人才2名,拥有博士学位的专职教师43名,在职攻读博士学位28名。
“十五”期间,本学科增设了“无人机特种技术”国防科技重点实验室(2003年),“稀土永磁电机及控制”陕西省工程技术研究中心(2001年);建设了西北工业大学自动化学院与哈佛大学医学院“生物医学成像与分析联合实验室”,西北工业大学自动化学院与香港理工大学电子计算学系“高性能网络感知与计算联合实验室”,西北工业大学与贝加莱公司“贝加莱PLC实验室”,西北工业大学与中国航空工业第二集团公司“稀土电机系统技术研究发展中心”。
本学科根据学科发展的优势和特点,特别是通过“十五”期间“211工程”和“985工程”的建设,将学科方向定位于:网络环境下,以空天为主战场的复杂系统控制与信息处理理论、方法及应用。
针对控制系统和控制理论日益显现的网络化、自组织、非线性、非高斯、不确定、强冲突、强耦合、多模、多尺度、智能、时滞等等复杂系统前沿科学问题,以服务国防科技,面向典型应用为牵引,凝聚形成了以下六个主要研究方向:网络化控制与信息安全,非线性系统控制与优化,空天智能感知与信息融合,分布式信息系统与图象处理,空天平台运动控制,先进自主控制理论与应用。建设了“XXX综合测试、仿真、验证系统”和“多平台多维空间信息综合探测与智能处理集成验证平台”等12个实验系统。
“十五”期间,本学科在科学研究上取得重要进展,承担和完成高新工程、重大国防型号研制、973、863、国防预研、国家杰出青年基金和国家自然科学基金重点项目等140项科研,科研总经费达9000多万元,为我国载人航天工程、高新工程、新型无人机等重大国防科技的发展做出了贡献,同时推进了控制科学理论的发展。特别是“无人机飞行控制与系统综合”技术领域,在远程无人机飞行控制、导航和通讯等关键技术上取得突破性进展,成果应用于“XXX无人机系统工程”项目,2005年获国家科技进步二等奖。同时,网络环境下复杂系统控制与信息安全、多模多尺度动态估计理论、受限控制方法与鲁棒估计、新型相关反馈图像数据检索方法、多自由度高精度稳速运动控制技术等研究工作已达到或接近国际一流研究水平。
西北工业大学计算机专业创建于1958年,经过老一辈教师的艰苦创业,不断创新,学科在上世纪70—80年代得到长足发展,获得多项全国科学大会奖和国家科技进步奖;1981年成立计算机科学与工程系,并首批获准建立计算机应用技术硕士点;1984年获得计算机应用技术博士学位授予权,1994年获准建立博士后流动站。进入21世纪以来,学科以网络计算时代为契机,力求较快发展,2000年获得一级学科博士学位授予权;2002年成立计算机学院,同时,计算机应用技术学科批准为国家重点学科,经过十五“985/211”重点学科建设项目的实施,形成了具有特色的学科方向群,建成了一流的科技创新平台,培养了一批高素质的创新人才,取得多项标志性创新科研成果。
(1)嵌入式微处理器与SoC设计
该研究方向在嵌入式微处理器研究取得重要进展,突破百万门级嵌入式微处理器设计技术瓶颈,掌握了高压混合信号SoC设计技术,建成了国内一流的嵌入式微处理器与混合信号SoC设计、测试、集成环境,教育部已批准建设“嵌入式系统集成技术工程中心”。
“十五”期间获得5项自然科学基金课题,在先进计算结构等基础研究上取得进展,在可重构控制机制、可变指令集DSP、微系统仿真模型、多核流处理结构、自适应多核计算结构等方面取得创新成果。在《计算机学报》等学术期刊和高水平国际会议上发表论文70余篇。在高等教育出版社、国防工业出版社等出版专著教材3部。“九五”、“十五”、“十一五”一直承担总装备部预研项目和国防科工委国防基础研究课题,开展面向航空应用为特色的高性能嵌入式微处理器和专用微系统集成技术研究,自主研发的微处理器可用于多种型号航行器,并兼容美国F-16、F-22等先进战斗机采用的高性能微处理器。自主研发的高性能嵌入式微处理器-“龙腾R1”获得教育部2004年度科技进步一等奖。
在混合信号SOC设计方面,通过从国外引进优秀人才,在国内首次研发成功液晶显示驱动芯片,达到国际同类产品的水平。其中在低功耗驱动电路及版图设计、画质改善等方面申请了多项专利。目前,该方向科研成果形成的“龙腾”系列芯片工程化项目,已列为陕西省“十一五”重点支持的十大产业化项目之一。
(2)嵌入式计算与分布计算
该学科方向通过十五重点学科建设项目的实施,建设了具有特色的研究与实验平台,形成了结构合理的创新团队,承担并完成自然科学基金、国家863、国防基础与预研等课题,开展国际学术交流与科研合作,在嵌入式计算模型、智能实时调度与可定制实时内核、普适环境个性化服务、嵌入式中间件,面向武器装备和工业控制的嵌入式应用系统集成技术研究;分布计算平台多维QoS、计算资源虚拟化、自适应分布计算资源管理研究方面取得进展,网络化嵌入式软件平台获得陕西省科技进步一等奖,分布实时计算系统获得2项国防科工委科技进步奖。在IEEE transaction 以及国际学术会议上发表70篇余篇学术论文。 以该学科方向为主体,已批准建立“陕西省嵌入式系统技术重点实验室”,与美国、日本、欧洲、新加坡等相关研究机构开展国际学术交流与合作,研究水平处于国内前列。
(3)数据管理与存储
在海量数据存储方向,研究了基于存储区域网络的数据可靠性管理,共享存储环境中存储服务品质管理;研究了开放平台与大型机文件共享技术、数据完整性与缓存安全性机制、元数据与控制消息传输协议以及元数据服务器集群技术。开展了存储系统的数据容灾技术研究。该方向得到了国防基础研究项目、国防预研、自然科学基金等的资助。与NEC合作研发出一个具有国际先进水平的大型存储管理软件,并在国际市场得到了较广泛使用,在国内《计算机学报》等核心刊物以及被SCI检索的有关国际会议上发表了一批质量较高的学术论文。
在数据管理技术方面,开展了多媒体数据模型、XML数据管理技术的研究等,并开展了文本挖掘、数据流挖掘及图象数据挖掘等数据挖掘技术研究。研究工作多次获得了国家自然科学基金和教育部博士点基金的资助。在国内《软件学报》以及有关著名的国际会议上发表了一批质量较高的学术论文。
本学科方向与国外大学与研究机构建立了实质性的合作关系,如与澳大利亚昆士兰大学在RFID数据管理方面,与新加坡国立大学在人才培养方面的合作,与日本NEC公司在开发大型数据存储软件方面的合作等。研究团队通过人才引进以及自身培养,研究能力与水平明显提高,研究水平处于国内同类先进行列。
(4)数字图象处理与虚拟试验
该学科方向通过十五重点学科建设项目的实施,建设了具有特色的多媒体信息处理研究与实验平台,形成了结构合理的创新团队,承担并完成国家自然科学基金、国家/国防863、国防基础与预研等课题多项,开展了广泛和深度的国际学术交流与科研合作,成立了国际校际间联合实验室2个;在遥感和SAR图像处理、军事目标识别、多元图像协同处理、海量图像快速并行处理、听视觉融合信息处理、分布式虚拟现实与测试、泛逻辑和机器智能等方面取得了研究进展,图像快速并行处理和分布式协同综合虚拟试验与测试技术均获国防科技进步奖。在IEEE transaction国际学术会议和国内重要期刊上发表100余篇学术论文。提升和完善了“陕西省语音与图像处理重点实验室”研究能力。研究水平处于国内同行前列。
(5)网络与信息安全技术
网络信息安全技术研究从十五开始起步,经过五年的发展,取得较多的进展和成果,承担并完成国家863计划、国防十五预研、国防基础研究、省市科技攻关项目以及省部级基金项目等,获得省级科技进步奖2项,编写和出版国防科工委十五规划教材1部。其研究特色是与国防应用相结合,产学研相结合。
西北工业大学“水声工程”学科点组建于1958年,并于1981年和1990年分别获硕士和博士学位授予权;1997年批准为陕西省重点学科,承担“211”工程(I期)重点学科建设项目“武器装备与智能水下航行器”的部分建设任务;2002年批准为国防科工委重点建设学科,在“211”工程(II期)中获得重点建设;2004年在“985”工程(II 期)中获准立项,建设“水下物理场与目标感知”科技创新平台(II级);2007年被批准为国家重点学科。经过近50年的发展与建设,本学科现有国家专业实验室1个(“声学工程与检测技术”,获投资62万美元),“985”科技创新平台1个(“水下物理场与目标感知”II级平台,获投资2000万元)。
本学科现有教职工36人,其中教授和副教授21名,博士生导师13名(含兼职博导4人),硕士生导师12名。累计招收硕士研究生202名,已经毕业159名;招收博士研究生106名,已经毕业52名。1990年以来,完成国防重大型号研制任务2项;完成国防重点预研项目、国家自然基金和各部委基金项目62项,经费约5600万元;各种获奖项目43项,其中国家级奖2项,省部级奖41项。1996年以来,在国内外重要学术刊物上发表论文800余篇。其中,被SCI和EI收录的论文为约200篇。目前,在研科研项目38项,科研经费共计2300余万元。
根据国家对水声工程高层次人才培养装备研制及相关基础研究的发展需要,经过不断的调整、充实和完善,形成了本学科点具有鲜明特色的5个研究方向,分别为:水下信道与物理场、声呐技术、水声信号与信息处理、噪声控制、声学与电子工程。
水下信道与物理场
在水声信道及物理场方面开展扎实的基础研究,所涉及的研究内容包括:复杂水声环境下的声场建模、水声环境参数的快速监测与反演、有限波束在海底界面上的反射与折射、海底沉积层声学、匹配场定位、匹配场噪声抑制、直升机噪声的水下传播建模、水下目标的散射声场建模、时间反转镜技术、水声信号的非线性规律、跨越水空界面的信息传输机理等等。尤其是在水声环境参数反演、匹配场被动定位与噪声抑制、海底声场建模、水下目标前向散射、近海面物理场特性等方面形成了自己的特色。
声呐技术
主要研究内容包括声纳系统设计与分析,声纳信号与信息处理及被动目标定位技术等,水声学与水声换能器设计等。在声纳技术方向上开展各种基础研究,尤其是在系统集成及工程应用领域形成了自身的技术优势,将电子、机械、控制等一系列技术进行了工程化应用与集成,形成了完整的装备。研制成功的某型声纳代表了目前国际同类声纳的先进水平,主要技术指标优于现役的欧美产品,是国内自行研制的新体制声纳系统。
水声信号与信息处理
以水声基阵信号处理和水下目标的检测、参数估计、特征提取、分类与识别为主要研究内容,具体包括:水声基阵稳健高增益波束优化设计与宽带波束形成、高分辨高精度多目标方位估计、混响背景中的信号检测、水中目标特征提取、分类与识别、自适应信号处理与盲信号处理、多传感器信号综合处理、匹配场被动声定位等。通过开展上述研究,旨在提高我国声纳装备的战术和技术性能,重点提高声纳装备的作用距离、目标参数估计精度和识别能力。尤其在水下发射和接收基阵结构设计及指向性优化方面作了大量的研究工作,创造性地提出了不同结构传感器阵列流形下,稳健方向性图的优化设计方法和整套应用软件,并在我国首次研制成功超增益水下扩展式体积阵,且应用到水下高速航行器声基阵系统中,显著提高了水下基阵的指向性和空间增益,成为该方向的突出特色。
噪声控制
主要开展水下结构声学设计、水下及水面结构机械噪声分析与控制原理、水下结构内部噪声场预测、水声材料性能测试与评价、水下目标特征提取和分类识别、多目标定位与跟踪等研究。本研究方向在国内外首先将统计能量分析理论应用于机械振动噪声控制,开创了非保守耦合系统的功率流理论研究;有创新地发展了统计能量分析理论。系统研究了目标检测的理论和方法,获得了白噪声背景下多目标检测的典型方法和空间有色噪声背景下的多目标检测的典型方法;建成了多目标多参数估计及多目标定位水池静态模拟系统。上述研究工作形成了自身鲜明的研究特色。
声学与电子工程
主要开展有源噪声控制、自适应声学结构、信号检测与目标特征提取、吸声测量技术等方面的研究。系统研究了该领域最复杂和应用前景看好的三维空间消声,解决了从机理到工程应用的一系列技术难点;首次提出了一系列算法,克服了宽带噪声和多通道耦合对系统稳定性的影响,提高了降噪效果;开展了复杂条件下自适应声学结构单元吸声性能与吸声机理研究。在在线吸声测量技术方面,利用可控波形的声脉冲及其回波时序信号,通过参数反演确定材料或结构的吸声参数。该技术不仅能用于一般环境、而且适用于复杂声场环境中(如航空发动机通流声衬、潜艇消声瓦等)声阻抗或吸声系数的在线测量。上述研究形成了本方向的鲜明特色。
本学科点以鱼雷、水雷和作战UUV等为研究对象,于1986年授予的博士学科点,现有教师79人,其中中国工程院院士1人、教授25人、副教授32人,具有博士学位的32人。“十五”期间,培养博士40人、硕士73人、本科1227人,2篇博士学位论文被评为“全国百篇优秀博士学位论文”,1个博士生班获全国“先进班集体标兵”、1个本科生班获陕西省“先进班集体”,教学成果“结合学科建设和科学研究,构建创新人才培养体系”获国家级教学成果一等奖,并获陕西省优秀教学成果特等奖和二等奖共3项,《鱼雷技术基础》被评为首批国家级精品课程,《现代仿真技术与应用》被教育部推荐为研究生教学用书,出版《鱼雷航行力学》等国防科工委“十五”规划教材5部,《系统可靠性设计与分析》获全国普通高等学校优秀教材一等奖,另获省部级教材奖5项。
本学科共承担了国家自然科学基金和部委基金38项、973项目2项、水中兵器型号项目2项、国防预研和其它各类国防科研项目246项,科研总经费7986万元,“××××××关键技术研究及原理样机研制”获国家科技进步二等奖,获省部级科技奖7项。发表学术论文610余篇,被SCI、EI、ISTP摘引153篇次。
学科点的建设依托于“水下信息与控制”国家重点实验室、拥有高速水洞、动力与能源实验室等大型实验设施,其主要研究方向有:水下武器总体技术、导航与控制技术、信息处理技术、动力与推进技术、系统仿真技术、水下探测识别与遥控遥测技术等。
(1)水下武器导航与控制技术
主要研究鱼雷、作战UUV的组合导航、精确制导和高精度控制等技术,近年来解决了某远程自主水下航行器的高精度自主导航和定位,变深控制,航路点跟踪控制,深度、姿态和航向的镇定控制等问题。该型装备属国内外首创,达到国际领先水平。
(2)水下武器总体技术
主要研究鱼雷、水雷、水下航行器、UUV等水下武器的新概念、总体综合优化设计与效能评估、水动力特性与推进器等技术,在总体多学科设计优化、可靠性与维修性、脊状表面水下减阻、弹道规划与设计、水下超高速航行体等技术方面形成了自己的特色。
(3)水下武器系统仿真技术
主要研究水下武器系统及海洋环境的建模、验模理论、半实物和多武器分布交互仿真技术等,研制了由ADI/RTS6205大型计算机、三轴转台和深度模拟器等组成的新一代半实物仿真系统、鱼雷武器作战对抗分布交互仿真系统等。
(4)水下信息处理技术
主要研究鱼雷宽带自导、多目标多参数高分辨估计及多目标跟踪和水下无人作战平台水声远程信息传输等技术,研制成功宽带自导原理样机、鱼雷舷侧阵被动接收实验系统和水下信息传输湖海实验系统等。
(5)水下武器动力推进技术
主要研究能源(高能电池)、推进剂、热力发动机、电机等水下电动力和水下热动力推进技术,研制出低转速高效率双转稀土永磁电机、三组元燃烧性能优良的燃烧室等,并成功地用于××型号。
(6)水下探测识别与遥控遥测技术
主要研究引信技术、水雷等的遥控及遥测技术,在弱信号检测、动作区域性控制与目标定位、目标识别分类与参数估计、水下信息网络等方面有自己的特色,研制出的遥控、遥测系统成功地用于××型号。
西北工业大学流体力学源于1952年成立的原华东航空学院飞机工程系,西迁后成立西北工业大学。哈尔滨军事工程学院空军工程系并入后,学科力量进一步增强。在老一代王培生、罗时钧、岳劼毅等学者的创建下,本学科从1956年开始招收研究生,1981年成为我国首批博士、硕士学位授权点,1985年设立博士后流动站,1996年获力学一级学科学位授予权,1998年批准为长江特聘教授设岗学科。1992年原国防科工委在本学科设立“翼型、叶栅空气动力学”国防科技重点实验室,1995年原航空工业总公司又成立了 “航空气动力数值模拟”重点实验室,1996年陕西省成立了“风机、泵工程研究中心”。
在中国空气动力学发展历程中,西北工业大学的学者做出了重要的贡献。罗时钧教授以跨音速小扰动速势方程数值计算方法享誉国内外,并参加了改革开放后的第一次全国科学大会;刘千刚教授等人的“格林函数方法研究及在气动弹性载荷计算中的应用”成果解决了该方法的国际争端,获得国家科技进步一等奖;在空气动力学试验技术的开发方面,是中国高校中风洞试验设备最全的大学,现在仍然保存着中国第一座风洞。1992年低湍流度风洞的研制成功,其湍流度达到0.02%的世界先进水平,获得了国家科技进步二等奖,该风洞设计技术还先后推广到清华大学、北京大学、天津大学等低速风洞建设中;1995年建成的亚洲最大的低速翼型风洞,获得了国家科技进步三等奖;利用国家“211工程”和“985工程”项目建设的国内第一座连续式高速增压风洞,试验雷诺数达到15×106,为国家大型飞机工程提供了重要的基础设施。
西北工业大学流体力学学科包括航空学院流体力学系、动力与能源学院的内流空气动力学研究室和航海学院流体力学教研室等单位,现有教授24人(其中,长江学者1人、教育部特聘讲座教授1人、博士生导师21人),副教授20人,教学和科研人员合计70人。目前本学科的主要特点体现为:
1)拥有国家级重点实验室,科研教学基础条件好
本学科拥有 “翼型、叶栅空气动力学”国防科技重点实验室,实验室建成了亚洲最大的低速翼型风洞、国内第一座连续式高速增压风洞,试验雷诺数达到15×106,可以为解决流体力学特别是空气动力学面临重要问题、为新一代各类航空飞行器研制提供必要的研究手段;“无人机特种技术”国防科技重点实验室(空气动力分部),拥有的低湍流度风洞,其湍流度达到0.02%的世界先进水平,为开展高空飞行器研制面临的空气动力学基础问题研究;同时,学科拥有“陕西省风机、泵工程研究中心”、与航空工业设计部门合作,共建 “航空气动力数值模拟”重点实验室等,为开展与航空工业、流体机械等密切相关问题研究提供重要的平台。
这些实验室和中心为本学科开展高水平的科学研究、高层次专业人才培养提供了良好的条件。
2)科学研究注重基础性与创新、前瞻性与工程应用相结合
在科学研究方面,注重基础研究与应用研究相结合,近五年来,先后承担完成了包括“973计划”、“863计划”、国家自然科学基金等五十余项涉及流体特别是空气动力基础问题研究,同时,将理论研究与解决工程实际问题密切结合,参加了包括歼十飞机、各类无人飞机等我国现役多种型号飞行器研制工作,为解决其中的关键空气动力学问题做出了重要贡献。取得了先进翼型设计技术及应用、非线性气动弹性分析技术及系统、超临界机翼设计软件集成系统与试验验证、气动/隐身外形一体化综合设计方法研究等一批重要的研究成果,获得省部级以上科研成果奖励15项。在设计空气动力学、计算流体力学及其应用研究、风洞试验以及非定常气动力与流固耦合等方面特色显著、并富有创新的研究方向;近年来针对流动控制这一流体力学新的研究方向,开展了微流动、等离子以及喷流控制等方面的基础研究,形成了理论分析、数值模拟与风洞试验相结合的研究团队,取得了富有成效的研究成果。
3)国际合作成果显著
本学科积极开展对外合作与交流,先后与德国宇航院、英国赫尔大学、荷兰德尔福特大学宇航学院、美国加州大学等建立了长期固定的合作关系,在学术交流、人员互访等方面形成了固定的交流渠道。开展了卓有成效的学术交流和科学研究。同时,还正承担着国外著名公司(如:霍尼威尔公司、德国宇航院、欧洲空中客车公司等)科研项目5项。
西北工业大学导航、制导与控制学科始建于1953年,1970年哈尔滨军事工程学院空军工程系整体并入西工大,为航空航天领域导航、制导与控制学科发展奠定了坚实的基础。本学科1981年被批准为硕士点,1984年被批准为博士点,1985年设航空与宇航技术博士后流动站,1997年被批准为陕西省重点学科,是“211工程”和“985工程”重点建设学科。
经过50年的建设发展,导航、制导与控制学科在国内同学科领域保持领先优势,在科学研究、学科建设和人才培养等方面取得了重要的成果,已成为国内该领域科学研究及高层次人才培养的重要基地之一,为国民经济的发展,特别是航空航天领域、国防建设做出了重要贡献。目前,本学科已拥有无人机特种技术国防科技重点实验室,以及飞行控制实时仿真实验室、航天器控制全物理仿真实验室、导弹精确制导与控制实验室和先进控制理论与应用实验室等专业实验室。
十五以来,本学科已完成和在研科研项目300余项,其中国家级科研项目60余项(含国家自然科学基金、国家863计划、国防973计划、国家高新工程、国家载人航天计划、国防预研、民用航天计划等项目)。直接负责和参与了我国20 余种导弹、无人机、飞机和航天器在研和预研型号的导航、制导与控制系统的设计。取得了一批高水平的科研成果,累计获得国家科技进步一等奖1项,二等奖2项;陕西省科学技术一等奖1项;国防科技进步一等奖1项、二等奖4项、三等奖3项;航空科学技术二等奖1项;发表论文700余篇,其中SCI、EI等索引160余篇。形成了基础研究、应用基础研究和工程应用有机结合的科研体系。
导航、制导与控制学科点20年来,共培养硕士生450余名、博士生150余名、12名博士后出站。现有博士生导师12名,教授22名,学术队伍的年龄、职称、学历结构合理。获得省级以上教学成果奖7项,其中国家级精品课程1门,陕西省精品课程3门,国防科技工业优秀图书奖2项。目前已出版专著教材11部,已获得国家级和国防科工委十一五规划教材专著立项5部。
本学科具有鲜明的航空航天特色,现有精确制导与控制、飞行器仿真与测试技术、先进控制理论与应用、飞机飞行控制与仿真以及先进惯性导航系统与技术5个稳定而有特色的学术方向,均直接为导弹、无人机、飞机和航天器的导航、制导与控制服务。
(1) 精确制导与控制
主要从事导弹制导与控制系统总体设计、先进制导方法(如复合制导、组合制导、非线性制导等)、先进稳定控制方法(BTT控制、推力矢量控制、直接力/气动力复合控制等)、导引头与制导技术(激光、红外、电视、雷达等制导技术);光电对抗与抗干扰技术,目标检测、识别跟踪理论,光电与仿生图像制导技术,以及导弹舵机(伺服)系统技术等。
在航天器方面,开展挠性多体航天器姿态动力学与辨识、轨道动力学、航天器的姿态确定与控制、航天器导航和轨道控制、交会与对接、航天器控制总体技术(含敏感器、执行机构、内外干扰的分析、建模和配置),空间攻防对抗技术,卫星星座与编队技术,以及航天器控制物理仿真实验技术研究等。
此外,深空探测理论与方法是近年新开辟的研究方向,着重研究深空测控技术、探测器动力学与控制技术、空间远小目标的探测识别技术等,为学科持续发展奠定了基础。
研究成果得到了较广泛的应用。先后直接参与了12种导弹在研和预研型号,3种卫星在研和预研型号的导航制导控制系统的论证、设计、关键技术攻关和研制配套。其中特别是变结构谐波传动电动舵机系统技术直接和间接应用于10余个导弹型号,产值已突破2亿元。
(2) 飞行器仿真与测试技术
主要从事飞行器的导航制导与控制系统的先进仿真技术研究,包括仿真系统结构、数学建模、仿真精度与置信度分析方法等;仿真设备的研制,如多通道电液伺服舵机负载模拟器、飞行模拟用静/动态转台和红外图像目标仿真器的研制;飞行器综合测试技术的研究,如空间站AOS系统开发,导弹导引头、自动驾驶仪和导航系统测试设备研制,以及战术导弹内/外场制导控制系统综合测试设备研究。
本学科方向先后为4种导弹型号研制了仿真设备,为5种型号研制了测试设备,参与的载人航天飞船故障检测系统地面半实物仿真系统成功地应用于神舟系列飞船,受到国家表彰。
(3) 先进控制理论及应用
着重针对不确定性、时变、非线性和多变量耦合被控对象,开展变结构控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制和神经网络控制,以及最优估计和系统辨识等控制理论和方法的研究,并将控制理论方法应用于导弹、航天器、无人机和飞机的导航制导控制系统的设计与实现。
先进控制理论研究与工程实际应用相结合是本学科研究方向的特色,例如,已经成功地将变结构自适应控制理论应用于XXX导弹控制系统的反设计等多个导弹型号的控制系统设计中。
(4) 飞机飞行控制与仿真技术
主要从事先进无人机和飞机飞行控制系统设计、多操纵面主动控制、复杂非线飞行控制、智能飞行控制与容错控制、飞行任务与轨迹规划及重规划等方面的研究。先后承担和参与了8种型号的无人机和大型飞机飞行控制系统设计和研制,具有较完善的飞行控制技术验证实验环境和手段。目前已拥有“无人机特种技术国防科技重点实验室”,以及“飞行控制实时仿真”等专业实验室。
(5) 先进惯性导航系统与技术
主要从事捷联惯导高精度导航算法和快速精确对准、测漂研究,陀螺加速度计精确测试及建模研究,智能容错组合导航系统设计理论研究,以及惯性稳定平台技术研究等。
所研制的传递对准精度评估系统已应用于XX工程的例行挂飞试验中,研制的车载定位定向系统在2005年二炮组织的实地跑车考评中,精度优于其余5家参试单位,被二炮确定为唯一的工程样机研制单位。