摘要：国家自然科学基金项目(NSFC)作为我国自然科学研究的重要支持平台,充分反映了我国各自然科学和工程学科研究的最新进展。设计学科是一门横跨工程科学、信息科学、管理科学的新兴交叉科学,其研究基础性推动着产品、系统和服务模式的集成设计创新。本文从历年情况、项目类型、依托单位、负责人、所属学部、研究热点等角度,统计与分析1997—2017年间国家自然科学基金资助设计学科相关领域基础研究的情况。分析结果表明,国家自然科学基金对于设计学科相关领域的资助在持续增长,新兴研究热点不断涌现,但也存在院校间研究水平不平衡、获资助率偏低等问题。

摘要：基于隐藏的动态视角,探讨不同在线广告与消费者无法被直接观测的广告响应度变化之间的关系。利用中国一家大型电子商务企业的相关数据,运用连续隐马尔可夫模型分析不同广告渠道下消费者群体的行为特征以及广告响应动态转移路径。研究发现:大多数在线广告均能显著影响消费者广告响应度的动态转移;消费者发起的广告相对于企业发起的广告,对消费者广告响应的提升作用更明显;消费者发起的广告渠道下消费者的非交易行为表现基本一致,而企业发起的广告下消费者的非交易行为有较大的差异。研究从动态转移视角揭示不同在线广告产生不同效果的深层原因,为企业有效投放在线广告提供一定指导。

摘要：连续体机械臂具有优良的弯曲性能和柔顺灵活性,表现出了独特的环境适应性和人机交互安全性,在微创手术、灾后救援、狭窄空间检修等非结构化环境及家庭服务领域具有广阔的应用前景.然而,连续体机械臂的中央脊椎骨占据其内部空间,模块单元冗余且运动耦合导致避障运动困难等问题妨碍了其在实际场景中的应用.针对以上问题,设计了内部中空的丝驱动连续体机械臂,为末端执行器的电液气管线留置出了充足的物理空间,并通过鲍登管在结构上实现了模块单元间的运动解耦;考虑丝驱动连续体机械臂的弯曲特性,建立了解耦后的简化运动学模型和运动学闭环控制算法;构造了评估空间障碍物与连续体机械臂最短距离的计算方法;在传统变构型避障运动控制的基础上,提出了基于主从任务转换的避障控制算法,能够在末端轨迹跟踪约束下,实现对障碍的躲避,同时也可暂时舍弃对给定末端轨迹的跟踪以躲避位于末端运动轨迹附近的障碍物.仿真和实验结果表明:所设计的连续体机械臂具有良好的运动能力,轨迹跟踪控制的末端位置平均误差为2.510 mm,仅为连续体机械臂长度的0.32%;提出的主从任务转换避障控制算法有效,能够准确评估末端运动与避障运动的优先级,相关研究工作为连续体机械臂的设计和运动控制提供了新的参考和思路.

摘要：移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

摘要：为准确揭示海上风能波动性对水下压缩空气储能系统性能的影响规律,以先进绝热水下压缩空气储能系统为研究对象,首先,建立考虑风能波动性的海上风电-储能系统热力学模型;接着,提出关键设计参数的设计流程;最后,分析了额定工况与变工况条件下储能系统的能量转化特性。研究结果表明:随着导热油与空气质量流量之比κ_(o,a)的增加,水下输气管道散热损失与冷油罐散热损失的变化趋势相反,同时存在κ_(o,a)最优值为1.41,使得系统热损失最小,对应的最大系统能量往返效率η_(rt)为60.3%;设计工况下,储热与换热单元的(火用)损失最大,约占总损失的36.6%;稳定风速下,当风速偏离设计基础风速时,压缩机与膨胀机的效率降低,导致η_(rt)降低;扰动风速下,随着扰动风分量最大值v_(d,max)增加,受风机额定风速与切出风速的限制,v_(d,max)对储能系统平均发电功率的影响区域可分为快速增长区、增长减缓区以及降低区,3个区域内的η_(rt)均低于额定稳定工况下的设计值。研究可为水下压缩空气储能与海上风电的集成应用提供理论指导。

摘要：为了充分利用单目图像提供的特征信息,提出上下文信息增强和深度引导的单目3D目标检测方法.设计高效的上下文信息增强模块,使用多个大核卷积自适应地增强多尺度目标的上下文信息,利用深度可分离卷积和条形卷积操作有效减少大核卷积的参数量和计算复杂度.统计分析3D目标框各个属性的预测误差,发现3D目标框的长度和深度属性预测不准确是导致预测框偏差大的主要原因.设计深度误差加权损失函数,在训练过程中进行目标的长度和深度预测监督,提高长度和深度属性的预测精度,进而提升3D预测框的准确性.在KITTI数据集上开展实验,结果表明,所提方法在数据集的多个级别上的平均准确度高于现有的单目3D目标检测方法.

摘要：针对PEMFC引射器的性能受结构尺寸影响,且根据主流设计方法所得到的方案存在严重的设计点偏离问题,本文开展引射器优化设计。首先根据索科洛夫经验公式对引射器进行初步设计,确定需要优化的参数;然后采用拉丁超立方试验设计方法确定初始样本点,样本点的响应值均由CFD计算分析得到;接着构造径向基函数代理模型,并对其进行超参数调优提高模型性能;再通过粒子群优化算法对当前代理模型进行优化,获得原优化问题的可能最优解;在优化过程中逐步增加内部样本点,并更新代理模型以提高其在全局最优解附近的精度;最后对优化参数进行相关性分析。使用该方法对某引射器进行优化设计,结果表明:引射器在最优设计点处引射系数提高22.5%;喷嘴出口直径、混合室入口直径、喷嘴距混合室入口间的距离对引射器性能具有较大影响。

摘要：浸没式喷水推进是常规艉板式喷水推进的一种衍变型式,其流道与船体高度耦合,船泵耦合流场更复杂。针对浸没式喷水推进技术发展需求,首次构建浸没式喷水推进控制体与力学模型,并开展其与常规艉板式的差别分析。然后针对同一型船、同一型推进泵,在设计航速点开展两种推进形式的船泵一体化多自由度运动数值计算分析。对比结果表明:浸没式喷水推进获流区面积更大,流道效率更高,对船体姿态影响小,浸没式喷水推进推力减额分数较大且为正值。

摘要：基于金属基底-介质层-金属阵列的多层结构,以三角柱-圆柱金属阵列为核心,提出了铬基超材料吸收-发射器对以同步实现太阳能全谱段吸收和光谱调制。围绕对光波的吸收、发射性能及其温度场的演化,建立了光热耦合计算模型并开展了系统研究。首先,在入射太阳能波段为300~2500 nm、吸收器三角柱边长为50~300 nm、圆柱高度为10~100 nm条件下开展了吸收性能模拟;其次,在发射器基底边长为1000~2000 nm、三角柱高度为10~500 nm、圆柱高度为30~500 nm条件下开展了发射性能模拟;最后,在入射功率为3~15 MW·m^(-2)条件下进行了温度场的演化计算。研究结果表明:吸收器光谱吸收率与太阳光AM1.5吻合,总体吸收率在0.88~0.90之间,且随阵列柱体几何结构、材质无明显变化,这有利于降低制造成本和工艺难度;发射器光谱发射率与1500~2000 K时的黑体辐射力曲线基本吻合,在1450~2000 nm的区间发射效率为0.50~0.99,实现了光谱调制,其中三角柱高度与发射器自身温度是影响发射效率的关键因素;吸收-发射器对的总体光谱调制效率为0.18~0.67,在合理设计发射器表面几何结构的基础上,通过强化吸收来提高发射器温度,这是提升光谱调制效能的根本途径。研究结果可为光谱调制元件的设计和运行提供一定的参考。

摘要：针对化学回热燃气轮机循环发电效率较低和水耗偏大的问题,本研究提出了一种化学回注燃气轮机循环,即将燃气轮机的部分烟气回注至重整反应器,构建甲烷自热重整工艺,从而实现甲烷的高效转化。该技术实现了对燃气轮机烟气余热的提质,提升了循环出功。通过对燃料能量转化过程的改善及对系统换热过程的优化,在设计点工况下,新系统发电效率较化学回热系统提升了9.12%,且在低空压比和高燃气轮机入口温度的条件下体现出更良好的发电性能。经济性分析指出:系统经济回收期为2.3年,具有良好经济效益。