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          航空学院3名研究生荣获北航2019年“研究生十佳”荣誉称号
          发布时间:2019-07-13   浏览次数:

          6月12日与13日,北航2019硕士、博士“研究生十佳”评选答辩会分别在新主第二报告厅举行,经过现场答辩、评审组打分,最终我院两位博士生潘飞、郭元东荣获博士“研究生十佳”称号,硕士生熊闯荣获硕士“研究生十佳”称号。

          博士“研究生十佳”潘飞——北航十年:科研道路上的成长与蜕变

          4年前,博士生潘飞曾以排名第一的分数,荣获了2015年硕士“研究生十佳”称号。近四年,他获得了2015年北航博士新生奖学金、2016年北航博士生卓越学术基金、2016年博士研究生国家奖学金、2017年工信部创新奖学金、2019年工信创新奖学金、2019北京市优秀毕业生……博士四年,怎样才能获得如此耀眼的“大满贯”成绩?一起来看看双料十佳是怎样修炼的。

          一、硕士“研究生十佳”是终点,也是起点

          2015年获得了硕士“研究生十佳”,他认为“这主要是我本科期间科研上的‘笨鸟先飞’”。2009年,他考入了北航航空学院飞行器设计与工程专业。大三那年,通过本科生导师制进入航空学院陈玉丽教授的课题组,开始科研的初体验。有了本科两年的经验积累后,他很快就在硕士期间发表了自己的第一篇Q1区SCI论文。凭借着科研上的成果,以及作为小班长在班级事务上的突出工作,他在当年的答辩上以排名第一的成绩获得了硕士“研究生十佳”。“这不仅是对我过去的肯定,也是对我未来的激励”,他如是说道。为了继续攀登科研高峰,2015年9月,他通过硕博连读,开始了新的学术旅程。

          二、保持好奇和兴趣,不断突破自我

          博士期间,他的课题围绕着“固体力学和先进材料”展开。力学和材料是现代工业的基础,也是航空航天事业发展的助推器。近年来,航空航天事业的发展对材料力学性能的要求越来越高,材料的微观复杂度不断提升,需要跨越多个尺度进行研究。“我们想要解决的就是,固体力学如何从原子系统到宏观结构,推进材料和结构设计?”,在这样的动机下,围绕从微观到宏观的材料和结构的力学问题,他先后开展了三个阶段的工作。

          第一阶段,力学跟随材料

          第一阶段也就是他博士论文的工作,“多层级纳米结构的力学性能研究”,围绕已有先进材料展开研究,主要包括纳米纤维网络面内外刚度和多层石墨烯弯曲性能的研究。这部分工作首次提出了复杂纳米纤维网络刚度阈值,发现了多层石墨烯弯曲中的多重失效模式,系统地给出了材料力学性能的理论预测,便于工程应用。相关工作发表在Journalof the Mechanics and Physics of Solids(JMPS)、InternationalJournal of Solids and Structures等固体力学领域顶级期刊上,据我们所知,2015年纳米纤维网络刚度阈值的工作还是北航师生首次在JMPS上发表文章。而到目前为止,北航在该期刊发文仅4篇,其中以第一单位发文仅3篇。2019年多层石墨烯弯曲的工作也发表在JMPS上,还被评为ESI高被引文章,很快被诺贝尔奖获得者、“石墨烯之父”A.K. Geim(安德烈·海姆)发表在Science上的论文引用,还被著名固体力学家、美国三院院士、中科院外籍院士H.J. Gao(高华健)教授的最新工作引用。在工程方面,他们的专利成果还被用于中航复材相关项目,在先进复合材料国防科技重点实验室的项目研发中“降低了实验成本,提高了研发效率”。

          尽管已经做出了满足博士毕业要求的工作,他还是觉得有些不满意。“像这样单纯地跟随材料,很难为材料设计提供第一手的帮助”他说,“同样,要得到材料的第一手属性,还得跟材料学者多学习”。

          第二阶段,力学材料同步协作

          2016年3月,潘飞加入国家纳米科学中心施兴华研究员课题组进行联合培养。上述多层石墨烯弯曲的工作,也是在这里合作开展的。同时,纳米中心的课题组大多以实验研究为主,在实验过程中经常遇到很多力学问题无法解决。这就给了他和材料学者密切合作的机会,其中一个代表性的工作就是多层级手性材料自组装。通过理性分析,他和合作者将一个实验中发现的多层级手性和变形传递的过程,通过建立多尺度化学-力学理论模型进行了理论地解释和说明,揭示了其中蕴含的力学机理,有助于深入理解自然和生命体中的奇妙手性性质。这项工作发表在Nature子刊NatureCommunications上,也是航空学院师生首次在Nature系列期刊合作发表文章。

          “和材料学者合作的过程,其实也是一个学科交叉、相互学习的过程”,他说,“合作过程中,很多时候对方不懂你讲的专业术语,所以需要用通俗易懂的语言去为他们讲解。反过来,我在合作中也学到了更多的东西,扩充了知识面”。

          第三阶段,力学助推材料

           

           

          通常,力学和材料的交叉,往往是以材料为主。不过有时候我们可以换个角度,以力学为主。例如,下一代航空航天等领域中,对材料的性能要求越来越高,需要更精准控制材料的力学性能。如何从力学层面设计出更好的材料呢?这也一直是潘飞心中的疑惑。2016年,他前往加拿大蒙特利尔参加了有“力学奥林匹克”之称的第24届世界力学家大会(ICTAM2016),除了在会议上宣讲自己的成果,也听了很多感兴趣的报告。在这里,他第一次听到了“力学超材料”这个概念。在力学超材料中,通过精心设计材料的微观结构,就可以实现很多自然材料不具备的特异功能,例如负泊松比、负可压缩性等。力学超材料的兴起,使得材料真正进入“人工设计”时代。回来之后,他开始阅读大量相关文献,直到有一天“吸管”和“刺猬”进入了他的灵感。他和导师从多层级力学理论分析出发,根据“吸管”和“刺猬”提出了一种三维像素力学超材料的设计策略,打破了以往材料中的变形限制,为形状可重构、力学可编程、可重复吸能的材料\结构的设计提供了全新的思路。这种三维像素力学超材料,在变形飞机、飞行器抗冲击坠毁、火箭回收等领域都具有广泛的应用前景。这项工作发表在了材料领域顶级期刊AdvancedMaterials上,也是航空学院师生首次以第一单位在该期刊发文。文章一经发表,就受到了北航官网、网易、腾讯、学术公众号“知社”等校内外多方媒体的报道和关注。

          学术研究有时也需要生活中的灵感。譬如这项工作,潘飞提到:“有一天,突然心血来潮开始把玩吸管,当时就被吸管的独特力学性能吸引了,然后开始慢慢琢磨这件事。后来又有一天晚上,在绿园散步碰到一只小刺猬,突然就有了灵感。吸管和刺猬一碰撞,就有了现在的三维像素力学超材料。”在他看来,这可能就是好奇加上运气的结果。

          三、十年时间,跟随榜样成长

          今年刚好是潘飞踏入北航校门的第十个年头,也是步入“科研旅程”的第八个年头。对于他而言,榜样就是驱动他成长的力量。“在航空学院,每个人身上都有很多闪光点值得去学习,每个人都可以作为榜样。”

          “对我影响最大的,还是我的导师陈玉丽教授。她是航空学院培养出来的优秀学生,现在回到北航,帮助航空学院培养更多的学生。”他说,“对于同辈的人,比如15年一同参加研究生十佳答辩的易敏师兄和王冲师兄,他们也都是值得我们学习的榜样。”正如他所说,我们身边有很多这样的人,在一代又一代地传承着优秀的传统。

           

          博士“研究生十佳”郭元东——耐得住寂寞,撑得起理想

          郭元东,航空科学与工程学院人机与环境工程专业攻读博士。2016年作为博士新生入学之时,综合各方面表现荣获“博士新生奖学金”,而且被选拔进入“高博班”学习。2017年、2018年连续两年获得博士生国家奖学金;连续三年学业奖学金一等奖、高等理工学院优秀论文奖、北航优秀论文奖、北航优秀团员、北京市优秀毕业生等荣誉。硕博期间,发表国内外学术论文20余篇,其中第一作者/通讯作者SCI论8篇,影响因子总和32.5,同时担任多个SCI期刊的匿名审稿人。

          一、找准方向,深耕细作,积极开展深低温高效热传输研究

          由于对地遥感探测(资源、大气、环境污染)、天基红外预警以及深空探测的需要,许多航天器上搭载了空间红外遥感探测系统,一般而言,红外探测器的背景温度越低,工作性能越好。因此,必须采用制冷器来冷却红外元件或阵列,使红外遥感探测系统获得满意的工作性能。深冷环路热管(Cryogenic Loop Heat Pipe, CLHP)技术是近20年来提出的新型深低温热控技术,工作在深低温区,因其管线的柔韧性和远距离高效热传输的优点而成为高效深低温热收集与热传输技术的一个关键器件。

          在本科期间,郭元东同学在林贵平教授课题组学习,积极调研深低温领域的技术瓶颈和国家需求,因此自2014年本科毕设开始,到硕士、博士阶段,一直埋下头来,深入研究深低温热管理及航天器热控技术。期间作为国防基础研究课题的主要参与人,从事深冷环路热管的设计和实验,在不同温区、不同结构形式深冷环路热管传热性能方面进行了深入的研究。硕博期间,系统研究了不同温区(80K液氮温区、35K液氖温区、20K液氢温区)下,深低温热传输系统在设计上的差异和工作特性,研究了不同结构形式在设计及实际运行过程中的新特点。相关论文发表在热力学领域顶级期刊Energy Conversion and Management (IF 5.589,Q1区)、Energy(IF4.968,Q1区)、International Journal of Heat and Mass Transfer(IF3.891,Q1区)、AppliedThermal Engineering(IF3.771,Q1区)上。结合3D打印技术,开发了国内首套35K多点热源深低温两相回路系统,实验样机能够使多个点热源在较大面积上维持较高的温度均匀性,温差小于0.1K,为我国未来空间热控技术的发展提供技术支撑。

          二、注重实践,寻求突破,在科研项目中不断提升个人能力

          郭元东深知,想要在深低温研究领域中取得突破,需不断将理论研究与实践相结合。因此,在硕博学习期间,他主动参与了多个重大国家科研项目,对深低温热传输技术进行研究,拓宽了我国在20K温区点对点以及35K多点热源深低温热控技术领域,为国内首次在20K温区和35K多点热源深冷环路热管方面的研究。从2017年8月份至今,参与并负责某深低温系统的相关工作,基于之前的研究基础和经验,参与开展系统设计优化、地面性能试验、力学测试等,顺利完成交付。深入参与了从项目设计报告、模型设计优化、地面试验策划、工装设计、项目评审、卫星测试等全部流程。航天五院、教研室、宿舍,这“三点一线”就是郭元东同学博士期间的日常。有时,为了发现一个实现现象,经常连续几十个小时不间断实践。但是他认为这“苦中有乐”,尝试一种新的试验方法、解决一个实验问题、完成一项实验工作都会让自己感觉到科研的乐趣所在、科研的意义所在,同时也会让自己科研的初心更加坚定。

          三、虚心求教,积极进取,国内外学术交流中开拓视野

          虽说科研的道路注定是一段孤独寂寞的旅程,但是郭元东认为,科研却不能闭门造车。硕博期间,郭元东同学在兼顾繁重的学术、科研任务的同时,也尽量抽出时间积极参与多项国内外学术交流活动。他说“牛人很多,只有多跟牛人交流,才能找差距,也能更加明方向”。

          2017年9月参加全国热管会议并作大会口头报告,获得了优秀论文称号;2017年10月参加清华航空学院研究生学术论坛,并做大会特邀报告,通过与清华老师同学的交流,得知清华的毕业生水平和主要研究方向,拓宽了自己的知识面;2018年6月参加国际热管会议,做大会口头报告,通过与国内外同行的交流,不但开拓了自己的视野和思维,而且与国内外专家学者建立了深厚的友谊,共同为人类深低温热管理技术贡献自己的力量。同时担任热力学领域国际顶级期刊ECM、ATE、ICMHT的匿名审稿人,也得到了国内外同行的认可。

          “长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”。他说,在最美的年华,做着默默无闻的工作,当以后回想起来,会别有一番韵味。科研路上,耐得住寂寞,撑得起理想,也就不辜负年华。

           

          硕士“研究生十佳”熊闯——虚怀若谷,玉汝于成

          两年研究生期间,熊闯同学先后获得了硕士新生奖学金、国家奖学金、工信创新创业奖学金、北航优秀研究生等奖励和荣誉,同时,他以学生第一作者发表Q1区SCI论文6篇(领域内顶级期刊3篇),一篇论文入选ESI高被引论文;以学生一作申请国家发明专利6项,其中授权专利3项,受理专利3项;负责北航研究生创新实践基金1项,参与国家自然基金重点项目1项,以学生负责人或主要完成人参与横向课题5项。

          一、扎实本科功底,初尝科研甜实

          2013年,熊闯同学考入了北航航空学院飞行器设计与工程专业。本科期间他努力学习,最终成功推免进入航空学院王磊老师的题组继续深造,并作为2017级硕士新生代表在航空学院开学典礼上发言。谈到他科研初体验时,他说道“作为王磊老师的第一个研究生,我获得了充足的科研资源,王磊老师每周都会抽出很多时间询问我的进展,解答我的疑惑。我在科研上有自己解决不了的问题就积极找导师讨论,而王磊老师也都能耐心细致地解答,并针对我的问题提出几种可能的解决方法。”凭借着他自己的努力和导师的指导,他在大四就发表了Q1区SCI论文1篇,为今后的科研奠定了良好的基础。

          二、传承经典方法,寻找新的突破

          硕士期间,他的课题研究方向是“飞行器结构不确定性分析与优化设计”。飞行器是“国之重器”,而先进飞行器设计技术则是世界强国的标志。然而飞行器外部环境和内部结构中广泛存在诸多不确定性因素,如气动力预测误差、材料性能分散性和加工误差,这些不确定性因素的存在,对飞行器结构可靠性带来了不利影响。因此,在设计阶段就要充分考虑各类不确定因素的影响。飞行器结构分析与设计是一个多学科耦合问题,单次分析耗时就已经很长,这意味着发展飞行器结构不确定性分析与优化设计的高效方法在飞行器结构分析与设计就有着非常重要意义。

          在分析方面,高维不确定变量下飞行器结构响应预测效率低,精度难以保证。基于此,熊闯同学开展了降维方法研究。在课题研究之初,他只是简单地将师兄提出的用于结构静力学不确定性分析的逐维法应用于飞行器多学科系统的不确定性分析上,然而在实际研究的过程中他发现逐维法存在着一定的局限性,即不能考虑变量之间的耦合。于是他将研究重点转入到如何处理变量之间的耦合,提出了基于迭代逐维法的不确定性分析方法。这些工作内容很快就发表在Applied Mathematical Modelling上,论文刊出不到一年时间里被SCI论文引用近20次。除此之外,在迭代逐维法的基础上,熊闯同学开展了进一步的研究,提出了基于迭代逐维策略的不确定性分析方法,扩大了方法的适用范围,并对不同的迭代方式进行了比较。这部分工作内容发表在航空宇航领域顶级期刊Aerospace Science & Technology上。“在学术研究的过程中发现一些问题并去解决它,可能比原定的研究内容更有价值”,他如是说道。

          三、坚持问题导向,注重阅读积累

          在优化方面,飞行器多学科系统不确定性嵌套优化效率低。熊闯同学坚持问题导向,积极开展高效不确定性优化方法研究。通过阅读大量参考文献,他发现目前效率较高的不确定性优化方法均采用了序贯单层求解策略,于是他就对序贯单层求解方法进行了深入研究,结果发现现有的序贯求解方法主要用于随机不确定性条件下的不确定性优化问题,之后他将序贯方法应用于飞行器结构的多学科非概率可靠性优化设计,取得了很好好的效果。这部分优化工作发表在计算力学顶级期刊Computer Methods in Applied Mechanics andEngineering等期刊上。谈到科研体会,他说道“短时间内做出重大创新性科研成果是比较困难的,借鉴已有的方法是十分必要的,因此,要在平时多阅读文献,注意积累”。

          版权所有 2017 北京航空航天大学 航空科学与工程学院
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