ISEF Topic Scoping 2027

ETSD

工程技术:静力学与动力学 · 15 条候选课题

Engineering Technology: Statics and Dynamics

每条课题都是同一个动作:拿一个近届 ISEF 获奖作品,问它没问的那个关于自身有效性的问题。 分数是区间不是点值,也不预测奖级——评审看的是答辩表现,那是观察不到的。


T160–88

换一卷料、换一台机器,"三角形填充更强"这个结论还剩多少

框架把 3D 打印工艺参数的处理效应量,与耗材批次间、打印机间的方差放在同一张方差分析表里——处理效应能否高出噪声地板?

你自己的那一点ETSD014T 断言三角形填充优于矩形与蜂窝、0.6 mm 喷嘴优于 0.4 和 0.8 mm,但摘要里没有样本量、没有标准差、没有任何显著性检验,也从未说明是否换过机器或换过料。你做的不是"重做一遍",而是把实验设计改成两因素嵌套:处理因素(填充/喷嘴)× 区组因素(3 卷不同批次的 PLA × 2 台打印机),每格 n≥5,做 ANOVA 并报告方差分量。结论有两种,都可发表:要么处理效应稳健(那它的结论得到了它自己没提供的支撑),要么批次方差吞掉了处理效应(那"最优参数"这个说法本身不成立)。

擦过ETSD014T(2025, Special Award)——"samples with a triangular infill pattern exhibited higher tensile strength compared to rectilinear and honeycomb patterns",用 ASTM D638 Type 1 试件和万能试验机,全文无 n、无 σ、无 p。ETSD057(2025, Top Award)间接相关:它报告回收耗材公差 "plus or minus 0.2 mm",正说明耗材直径分散度在这个赛道里是真实存在且量级不小的。2022–2024 标题级检索无同题。

约束最可能死在拉力机。学校若无万能试验机,用杠杆式自制夹具 + S 型称重传感器(200 kg 量程,约 ¥150,3–5 天到货)+ HX711 可满足 ASTM D638 的加载速率要求(5 mm/min),但必须先用标准砝码做力标定链并报告标定不确定度,否则整个数据不可辩护。总试件数约 3×2×3×5=90 件,按 12 g/件算耗材约 1.1 kg,成本 <¥200。展台:断裂试件可以展示(PLA 断口不属锐器,但要倒角封装于亚克力盒,不用玻璃)。

T262–90

气动最优的几何,和制造最优的打印取向,会不会互相打架

框架对一个已经过 CFD 优化的机翼/整流件几何,打印取向能改变多少弯曲刚度与破坏载荷?气动最优方向与层间强度最优方向是否冲突?

你自己的那一点ETSD011 做了四次结构迭代和七次 CFD 几何优化,声称 "ensure a rigid, flight-worthy structure",但打印取向从头到尾没有作为一个设计变量出现,也没有任何结构测试数据。这里有个真问题:FDM 件的层间结合强度通常只有层内的 40–70%,而气动优化出来的薄壁曲面往往迫使你把最大主应力方向摆到平行于层界面。你的贡献是把"气动优化"和"制造取向"这两个在获奖作品里被顺序执行的步骤,变成一张耦合的权衡图——同一 STL 打 5 个取向(0°/22.5°/45°/67.5°/90°),三点弯曲测刚度与破坏载荷,画出各向异性方向图,再把它叠回 CFD 给出的几何约束上。

擦过ETSD011(2026, Grand + Special)——"The airframe underwent four structural iterations and seven CFD-driven geometric optimizations""All components were fabricated using consumer-grade 3D printers",报告 178 分钟航时和 $978.42 成本,但结构侧零数字。ETSD046(2026, Special)同类问题的手工版。检索关键词 anisotropy 在 2022–2026 五届 ETSD 语料中零命中——不是"没人做过"的证明,但至少说明本类目没有获奖项目把它写进标题或摘要。

约束最可能死在弯曲夹具的刚度:自制三点弯曲支座若用打印件,夹具自身变形会混入测得的挠度。必须用金属型材或铝角码做支座,并先用一根已知弹性模量的铝条标定整个测量链的系统柔度,把它从数据里扣掉——这一步不做,各向异性和夹具变形会混在一起分不开。器材:位移用百分表(¥60)或激光位移传感器(¥400),力用称重传感器。总计 <¥600,本地采购 3 天。展台:试件与断口可展示;不得展示通电无人机。

T363–91

用静态压缩测出来的"最优壁厚",在冲击工况下还是最优吗

框架TPU 点阵的屈曲平台力在准静态与冲击应变率下相差多少?由静态测试选出的最优壁厚,在真实冲击速率下是否仍是最优?

你自己的那一点ETSD055 的方法原文写得极其清楚:"Evaluation involved standardized coupon testing using a compression rig. Static load analysis and digital calipers were used to measure displacement"——用静态加载和游标卡尺测位移,然后据此得出 "1.8mm as the optimal wall thickness",并进一步推论 "extends impact duration, reducing peak acceleration and mitigating the rotational forces frequently associated with concussions"。TPU 95A 是显著粘弹的超弹体,其平台应力对应变率的敏感性通常在数十个百分点量级;头部冲击的典型应变率比手动压缩台高 3–4 个数量级。这是一次跨 4 个数量级的外推,中间没有任何桥。 你做的就是把这个桥搭起来:同一批点阵试件,用同一夹具在准静态(1 mm/min)、中速(伺服/落锤低高度)、冲击(落锤 0.5–1.5 m)三档下测平台力与吸能,画出"最优壁厚 vs 应变率"这条线,看 1.8 mm 这个点会不会走。如果最优壁厚随应变率漂移,那么所有基于静态压缩台选参数的个性化防护设计流程都要重新校正——包括它自己那条 Python→OpenSCAD 管线。

擦过ETSD055(2026, Special Award)——TPU 95A、FFF、参数化 OpenSCAD 库、"coordinated geometric buckling"、结论 1.8 mm。语料检索 lattice 仅命中此一项,2022–2024 标题级无同题。注意它是从个人 TBI 经历出发的项目,评委对它的同情分不会转移到你身上,你必须靠数据说话。

约束最可能死在加速度采集带宽。冲击信号主频可达数百 Hz 到 kHz,用 MPU6050(±16 g、1 kHz)会同时饱和和欠采样。用 ADXL375(±200 g,数字输出,约 ¥80,本地 3 天)配 ESP32 高速 SPI 采样,或直接用称重传感器 + 高速采集测撞击力时程。落锤导轨用铝型材自制(¥300),配重块须固定并加防脱销。展台:点阵试件可展示,落锤装置只能放照片视频(导轨+配重属可动重物)。总预算 <¥900。

T459–87

塑料原型的热像图,能不能预测金属件的传热排序

框架用 3D 打印塑料件做的传热实验,能在多大范围内代理金属件的性能排序?把这个代理关系用毕渥数与傅里叶数标定出来,它的失效边界在哪。

你自己的那一点ETSD025T 的 CFD 对象是 CuCrZr 喷管(导热系数约 320 W/m·K),物理验证用的是 "3D-printed PLA prototypes via thermal imaging"(PLA 约 0.13 W/m·K)——相差约 2500 倍。它据此报告了 "157% greater physical thermal endurance (108 vs. 42 s, p ≪ 0.001)" 这个物理测试结果,并与 CFD 的 39% 热流降低并列呈现。问题不是它错了,而是它从未论证 PLA 实验的排序能代表 CuCrZr 的排序。你的课题:设计一组几何(比如 4 种表面结构),在同一激励下分别用 PLA、PETG、尼龙、铝(CNC 或铝箔覆层)测温度场,看几何效应的排序是否随材料保持,并用无量纲数(Bi = hL/k)定位排序开始翻转的临界点。这给出的是一条可复用的方法学结论:塑料原型在 Bi 小于多少时可以代理金属

擦过ETSD025T(2026, Grand Award)——五种仿生表面几何、2.5M 网格 realizable k-ε、ICARUS ML 代理模型、500+ 配置。它自己也报告了一个反例("HRN increased heat flux by 155%"),说明它对"几何效应可能反号"有意识,但没有把这个意识用到材料代理上。ETSD026T(2025, Grand Award)同样是打印结构做热性能,摘要通篇未说明 TPMS 试件用什么材料打印

约束最可能死在热像仪。FLIR ONE Edge 约 ¥2500 会吃掉预算大半,且发射率标定不做就全是废数据(塑料 ε≈0.95、裸铝 ε≈0.05,直接比会得出荒谬结论——必须给所有试件喷同一种哑光黑漆统一 ε)。更便宜且更可辩护的替代:K 型热电偶阵列 + MAX6675 模块(每路约 ¥25,8 路 <¥250),虽然只给点测不给场,但标定链清楚。铝件若无 CNC,用铝棒手工加工简单几何即可,避免复杂曲面。总预算 ¥600(热电偶方案)或 ¥3000(热像仪方案)。展台:金属与塑料试件可展示;加热装置不得通电。

T569–87

那个 9.5% 的减阻,有多少是网格给的

框架对一个典型的学生级 CFD 减阻结论,做完整的网格收敛研究与湍流模型敏感性扫描——报告的收益量级,能否高于数值不确定度本身?

你自己的那一点ETSD028 报告 "a 9.5% improvement in nose cone efficiency",方法链是 SolidWorks→ANSYS Meshing→Fluent,"k-omega SST turbulence model",收敛判据 "a residual of 1e-6, ~5000 iterations",跑了 Mach 0.3–2.0 共 11 个点。残差收敛不是网格收敛。 摘要里没有网格无关性验证、没有 GCI(网格收敛指数)、没有换过湍流模型、没有 y+ 报告。跨音速区(Mach 0.8–1.2)的激波位置对网格与湍流模型都极敏感,而它恰恰承认 "simulating more data points around Mach 1.0" 是未来工作。你的贡献:对同一族头锥几何做三套系统加密的网格(Roache GCI 方法),并在 k-ω SST / realizable k-ε / Spalart-Allmaras 三个模型间扫描,给出 Cd 的数值不确定度带,然后问一句:9.5% 落在这条带里还是带外。

擦过ETSD028(2025, Grand + Special)——六种头锥几何(Von Karman、tangent ogive、power series、elliptical、conic、parabolic),伸缩式变形机构做了五版原型,"the final mechanism was manufactured for real-world testing" 但未报告任何实测气动数据。检索显示 2022–2026 五届 ETSD 中 CFD 项目至少 6 项,没有一项报告过网格收敛研究

约束最可能死在ANSYS 学生版的单元数上限(512k 单元)——网格收敛研究天然需要一套比一套细的网格,最细的那套会撞上限。规避方式:改做二维轴对称(头锥是回转体,2D 轴对称在物理上完全合法,且把单元数降一个数量级),或改用 OpenFOAM(免费、无单元数限制,纯 CPU 笔记本可跑 2D 轴对称)。计算时间是真成本:11 个马赫数 × 3 套网格 × 3 个模型 = 99 个算例,纯 CPU 单核每例数十分钟,必须提前写脚本批量跑并留出 3–4 周机时。零采购、零到货周期,这是本组里唯一不受供应链影响的课题。展台:只有图和数据板,无实物。 这是它的软肋,要靠图做得极好来补。

T667–85

自制小风洞里测出的阻力系数,能外推到真车吗

框架缩尺风洞模型与实车之间差 1–2 个数量级的雷诺数,Cd 在这段区间里是常数还是在变?固定地板相对移动地板会系统性低估多少阻力?

你自己的那一点ETSD044 用了 "a three way verification process, utilizing computational fluid dynamics (CFD), experimental runs on a custom-made 3D printed wind tunnel, and a smoke rake created using dry ice fog",然后把测得的 Cd 换算成 25 mph 下 116 W 的驱动功率,并与自行车 400 W、轿车 3000 W 对比得出"节能 95% 以上"。三重验证很扎实,但三重验证的都是同一个缩尺条件下的结果——摘要里没有雷诺数、没有模型缩比、没有阻塞比修正、没有地板边界层处理。整流罩类钝体的 Cd 在 Re ≈ 10⁵ 附近会因边界层转捩发生显著跳变,而自制小风洞的典型工作 Re 恰好在这个跳变区的下方。你的课题:在同一模型上扫描风速覆盖尽可能宽的 Re 区间,画 Cd–Re 曲线找出它是否已进入平台区;同时做固定地板 / 抬高模型 / 边界层抽吸三种地面条件对照,量化"用固定地板测得的 Cd 偏低多少"。

擦过ETSD044(2026, Special Award)——"fit to a weight-aerodynamics tradeoff model",实验最优 2 ft 尾锥对应 116 W、趋势线外推 115 W。检索关键词 Reynolds 在 2022–2026 五届 ETSD 语料中零命中wind tunnel 命中 6 项,含 2023 年两项标题级项目(ETSD053 动态翱翔、ETSD016 仿鱼鳃侧窗调节器),需手工核对。

约束最可能死在测力天平的分辨率。缩尺模型在低风速下的阻力可能只有零点几牛,而你还要分辨 Re 变化带来的百分之几差异。用量程匹配的小称重传感器(1 kg 或 500 g 量程,¥80–150)而不是通用的 5 kg 传感器,且必须做零漂与温漂表征(风扇发热会让传感器读数缓慢爬升,这个漂移常常大于你要测的效应)。风洞收缩段与整流蜂窝可用打印件(¥400 耗材),风扇 ¥200。总计 <¥1200,本地采购一周内。🔴 展台:干冰属禁品,烟流演示不可能在台上;风洞本体体积也上不了台。全部依赖照片与视频,模型本体可展示。

T758–86

XFOIL 在小型 UAV 的雷诺数下高估了多少升阻比

框架面元法/XFOIL 在 Re = 5×10⁴–2×10⁵ 区间预测的 Cl/Cd 与风洞实测差多少?这个偏差是随机的还是系统性偏乐观的?

你自己的那一点ETSD053 的整条论证链建立在一个计算值上:"The airfoil calculated produces 112Cl/Cd",进而 "The power system has been designed to use only 225W average during flight""flight durations in excess of 4.5 hours are now possible, a 6x improvement"它摘要里 calculated / designed / has been identified 这类词出现了五次,没有一个实测数。 112 这个 Cl/Cd 对小型电动 UAV 的工作雷诺数来说相当乐观——低 Re 下层流分离泡的存在会显著抬高阻力,而 XFOIL 的 e^N 转捩模型在这个区间的已知弱点正是低估分离泡损失。如果实测 Cl/Cd 只有 70–80,它的 4.5 小时航时估算就会成比例缩水。你的课题:打印 2–3 个翼段(含它可能用到的高升力翼型),在 T6 那套风洞里用二维测力方法(端板 + 天平,或尾流耙测阻力)在多个 Re 下测 Cl/Cd 曲线,与 XFOIL 逐点比对,给出偏差随 Re 的走向

擦过ETSD053(2025, Special Award,Sundancer 太阳能中继 UAV)——Ansys CFD + XFOIL,310 Wh 电池、160 W 太阳能、225 W 功耗。ETSD021(2025, Grand + Special)同样病症:"CFD calculations estimate a flight time of 105 minutes"ETSD046(2026, Special)是唯一一个真飞了的("the UAV was flown and demonstrated successful flight characteristics"),但只给了定性描述。语料 airfoil 仅命中 ETSD053 一项。

约束最大的文献威胁不在 ISEF 而在学界:UIUC 的 Selig 低雷诺数翼型实验数据库已经公开了大量此类实测数据。这既是威胁也是资源——开题前必须查清你选的翼型是否已在库中;若已有,就改做"打印表面粗糙度对低 Re 偏差的额外贡献"(打印件的层纹粗糙度是 Selig 用光滑模型时不存在的变量,这条路反而更独特,也直接接回本赛道的 3D 打印主线)。器材与 T6 完全共用,增量成本仅翼段耗材 <¥150。展台:翼段可展示,风洞不可。

T871–89

那个针翅散热器凭什么当基线

框架把"新结构 vs 商用散热器"这类对比中的基线匹配准则显式化——等质量、等体积、等换热面积、等压降,四种匹配下的胜负会不会翻转?

你自己的那一点ETSD026T 的核心卖点是 "the Pin Type Heat Sink reached 93°C, while the Hybrid-TPMS maintained 57.3°C, reducing the temperature by 35.7°C"。35.7°C 是个很大的数,大到应该让人先问一句:这两个东西在什么意义上可比? 摘要没说针翅散热器的材料、尺寸、翅片数、换热面积,也没说 TPMS 试件本身是什么材料打印的,更没说两者的风量/压降是否匹配。TPMS 的高比表面积必然带来高压降,在同一风扇下它拿到的风量会更少——除非风量是被独立控制的。你的课题不是造更好的 TPMS,而是证明或证伪这类对比的可比性:同一材料(都用铝,或都用同种打印塑料)打印 TPMS 与针翅两族试件,分别按等质量、等体积、等换热面积、等压降四种准则配对,在受控风量下测热阻,看排序在四种准则下是否一致。

擦过ETSD026T(2025, Grand Award)——Gyroid / Diamond / Lidinoid / Split-P 四种 TPMS,S(0.6) 最低温 55°C,D(0.65) 吸声系数 23.2%,混合 S20D80 得 57.3°C / 25%。ETSD051(2025, Grand Award,离子风冷却)也用"与传统风扇同等性能"作对比但同样未定义匹配准则。ETSD025T(2026) 的 CuCrZr/PLA 也属同一族问题。语料 TPMS 仅命中 ETSD026T 一项;2022–2024 标题级无同题。

约束最可能死在风量控制。用同一个风扇给两个压降不同的试件供风,测到的就是"风扇特性 + 结构特性"的混合物。规避方式最便宜:在风道里串一个热线风速计(¥120)或压差传感器实测流量,通过 PWM 调速把两侧流量对齐,并明确报告"本研究在等流量下比较"这一前提——把匹配准则写进方法本身,就是这个课题的全部价值。加热用功率电阻 + 恒流源模拟 CPU 热源(¥100),测温用热电偶阵列(<¥250)。总计 <¥800,本地 3–5 天到货。展台:塑料/铝试件可展示,加热与风扇不得通电。 这条是本组里"钱少、器材易得、逻辑最干净"的一条。

T964–82

离子风推力对湿度有多敏感,电极老化后还剩多少

框架电晕放电推力器的推力密度随环境湿度、气压与连续运行时长如何漂移?"两倍推力密度"这个结论在多大的环境窗口内成立?

你自己的那一点ETSD015 报告 "AeroHive produced roughly twice the thrust density as the conventional thruster despite having half the electrode volume"——"roughly"(大约)这个词本身就说明没有做重复测量与统计。更关键的是电晕放电的物理:起晕电压与放电电流对空气湿度与气压高度敏感(湿度改变电子附着与空间电荷分布),而针状发射极在运行中会因离子溅射与臭氧氧化钝化,尖端曲率半径增大,推力随时间单调下降。摘要里既没有环境记录,也没有运行时长记录。你的课题:在密封箱内用干燥剂/加湿器把相对湿度控制在 30%/50%/70% 三档,同一台推力器在每档下重复测推力(n≥10),并做 50–100 小时连续运行的推力衰减曲线 + 运行前后电极尖端的显微对比。产出是一条"环境窗口 + 有效寿命"的边界,而不是又一个更高的推力数。

擦过ETSD015(2026, Grand + Special)——蜂窝形集电极 + 针状发射极,电极电镀,测了 "input current, thrust, wind speed, operational voltage, and operational current",并用 FEM 数值仿真佐证。ETSD051(2025, Grand Award)是同族的离子风冷却系统,摘要以将来时写成("Results are expected to show...")。语料 ionic wind 命中 6 项,两届各有一项以离子风为主体的获奖项目,说明这是评委熟悉且认可的方向——但也意味着"再做一个更强的离子风推力器"会撞车,"刻画它的失效边界"不会。

约束🔴 合规是这条的 go/no-go:把电源上限硬性设计在 10 kV 以下(仅需 Form 3、可在校内进行);一旦超过 10 kV 就进入 SRC 事前批准 + 金属腔体 + 仅摄像头观察 + 剂量计的流程,3–4 个月窗口内极可能来不及。高压模块(ZVS/CCFL 型,5–10 kV,¥150–300,本地 5–7 天)。推力测量用 0.001 g 精度电子天平(¥300)——注意天平必须与高压部分做电气与静电隔离,否则读数会被电场污染,这是这条最容易翻车的技术细节。臭氧需通风。展台:装置绝对不得通电展示;只能放静态电极件、照片与数据板。 总预算 <¥1000。

T1059–87

形状记忆合金驱动的机器人,跑几千个循环之后还能不能动

框架SMA 弹簧的回复应变随循环次数如何衰减?衰减到什么程度时,张拉整体结构的预应力不足以再产生运动——失效边界在第几个循环?

你自己的那一点ETSD008 报告 "Tests showed that a 50% linear contraction of the actuators initiated the robot's motion",并说 "Actuation currents through the SMAs were monitored to achieve fast actuation without overheating"——它意识到了过热问题,但完全没有报告任何循环寿命数据。SMA 的功能疲劳是这类驱动器最著名的失效模式:残余应变累积会让弹簿自由长度逐渐变长,回复应变逐年(或逐千次循环)下降。而在张拉整体结构里这个衰减是被放大的:SMA 松弛会直接降低整个结构的预应力,进而改变结构刚度和步态几何。"50% 收缩启动运动"是一个阈值型判据——阈值型判据一定有失效点,而它没有找。 你的课题:把 SMA 弹簧装进相同的张拉整体单元,自动循环驱动 10³–10⁴ 次,每若干百次测一次自由长度、回复应变与结构预应力(用张力计或应变片测索力),画出衰减曲线并定位"跌破 50%"的循环数。

擦过ETSD008(2026, Grand + Special)——二十面体张拉整体、Arduino Nano + MOSFET + BLE、190 g、8 英寸、约 6 ft/min,"whose dimensions were determined by a Statics force analysis of the tensegrity",并提到 "It is currently being tested at high and low temperatures and inside a lunar Regolith chamber"——注意它自己已经把"环境边界"列为在做的工作,但循环寿命不在其中。 语料 shape memory alloy 命中 8 项(含 2022 年 ETSD003 管道爬行机器人,标题级需手工核对),tensegrity 仅命中 ETSD008。

约束最可能死在时间而不是钱。10⁴ 次循环,若每次加热-冷却周期 10 秒,就是 28 小时纯运行;加上冷却裕量与测量间隔,实际要跑一到两周——必须写成全自动脚本夜间无人运行,并做过流/过温保护(SMA 过热会永久破坏记忆效应,一次意外就毁掉整批试件)。器材:SMA 弹簧(Flexinol 或国产形状记忆弹簧,¥150–300,本地 5–7 天)、MOSFET 驱动板、位移用直线电位器(¥40/路)或相机 + 标定尺(更省钱且不引入摩擦)、索力用微型 S 型传感器。总计 <¥800。展台:张拉整体结构与新旧 SMA 弹簧对照可展示,不得通电(SMA 通电发烫)。

T1163–91

耗材直径的 ±0.2 mm,最后变成了打印件强度的几个百分点

框架把耗材直径的分散度沿"直径→体积流量→线宽→层间接触面积→拉伸强度"这条链传递下去,实测每一环的传递系数——公差预算里哪一环是主导项?

你自己的那一点ETSD057 是本类目 2025 年的 Top Award,它报告回收耗材 "tolerances were plus or minus 0.2 mm"这个数值得被认真对待:标准 1.75 mm 耗材的 ±0.2 mm 是 ±11%,而商业级耗材通常是 ±0.02 mm(±1%)。 由于挤出机是体积进给(送料轮按长度送料),直径 +11% 意味着体积流量 +23%(面积按平方走),这是一个巨大的过挤出。而 ETSD057 从头到尾没有测过用这种耗材打出来的零件的任何力学性能——它只验证了"能造出耗材"。你的课题:不必自建挤出机(那是它做的事),而是把公差本身作为自变量——测量 3–5 卷不同价位耗材的直径分布(千分尺沿长度每米一测,n≥50/卷),同时打印 ASTM 试件,建立"直径变异系数 → 强度变异系数"的传递关系,给出这条链上的放大倍数

擦过ETSD057(2025, Top Award + Grand Award)——挤出+拉挤组合、50 余版部件迭代、能耗 0.89 kWh、30 余种温区组合、"~45% more efficient than standard"ETSD014T(2025, Special)是链条另一端(工艺参数→强度),你补的正是它们中间那一段。检索 tolerance 在五届 ETSD 中仅命中 2 项(ETSD057 与 ETSD031),说明公差在本类目基本无人处理。

约束最可能死在测量分辨率不够:区分 ±0.02 mm 与 ±0.05 mm 需要千分尺(分度 0.001 mm,¥120)而不是游标卡尺(0.02 mm,与被测量同量级)。另一个隐蔽陷阱:耗材截面常是椭圆的,每个测点必须测两个正交方向并记录椭圆度,只测一个方向会低估变异。试件与拉伸装置与 T1 完全共用(可以和 T1 做成同一套实验的两个分析层次,但两条不要同时投,选其一)。增量成本 <¥500。展台:耗材样品与试件可展示。

T1275–93

"孔越多摩擦越大"是不是一个够用的模型

框架用直接张力测量检验"穿线孔数量"作为摩擦代理变量的有效性——欧拉—艾特尔本(capstan)方程预测的是包角而不是孔数,两者在什么条件下分道扬镳?

你自己的那一点ETSD005 的优化目标写得很明确:"This approach focuses on minimizing the number of thread turns to decrease friction",并据此把网分类为 "good (low-friction) and bad (high-friction) nets",验证方式是 "friction analysis is carried out for these nets based on the number of threaded holes"它把"孔数"当成了摩擦的单变量代理,但从来没有直接测过一次张力。 而绳-孔系统的摩擦由 capstan 方程支配:T_out = T_in·e^(μθ),主导变量是包角 θ 与摩擦系数 μ,不是孔的个数——两个孔如果包角很小,摩擦可能远低于一个大包角的孔。这意味着它那个"最优穿线点"算法优化的可能是一个错的目标函数。你的课题:在拉线两端各装一个微型测力传感器,直接测张力比,对同一个网系统地改变孔数、包角、线材(尼龙/涤纶/钢丝)、孔壁材料,检验"孔数模型"与"capstan 模型"哪个能解释更多方差,并给出孔数模型失效的条件。

擦过ETSD005(2025, Grand Award,Hinged Threading)——凸多面体网的最优穿线点算法、规则与不规则多面体网激光切割验证。语料 deployable origami 另命中 2024 ETSD020(Origami Chair, First Award)与 2023 ETSD019(折纸抓取机构, Fourth Award),均为标题级,需手工核对是否涉及摩擦分析。

约束这是本组里最便宜、器材最容易、理论对照最明确的一条:数显推拉力计(¥200,本地 3 天)或两只微型 S 型称重传感器(¥150)、亚克力/纸板网(激光切割由学校或淘宝代工,¥100)、各种线材(¥50)。总计 <¥500,一周内齐备。真正的风险不在器材而在意义(S 维偏低)——capstan 方程是 19 世纪的成熟结论,你必须把叙事牢牢锚定在"某个获奖算法的目标函数可能选错了",而不是"我验证了 capstan 方程"。展台:亚克力网与测力装置可展示(亚克力不是玻璃,可上台);这是本组里唯一能在展位上做完整静态展示的课题。

T1372–90

76% 到 85% 的提升,需要多少次射击才能证明它是真的

框架侵彻成功率的统计功效分析 + 混杂变量识别:要在多大样本下才能把 76% 与 85% 区分开?树种与含水率对成功率的影响是否大于结构迭代带来的影响?

你自己的那一点ETSD023 报告初版 "a 76% dart penetration success rate",迭代后 "over 85% dart penetration success rate"这两个比例的样本量从未给出。 做个粗算:要在 α=0.05、power=0.8 下检出 0.76 与 0.85 之间的差异,两组各需约 250 次以上试验——一个 UAV 项目在野外做 500 次投射几乎不可能,所以这个"提升"极可能不具统计显著性。更要命的是混杂:摘要完全没提被打的是什么树种、树皮厚度、含水率,而这三者对侵彻阻力的影响很可能远大于催打机构从曲柄滑块换成凸轮弹簧带来的影响。你的课题完全不需要无人机:做一台参数可控的台式发射器(固定初速与角度),系统地打不同树种、不同含水率(烘干法标定)、不同入射角的木材试块,用逻辑回归分离各因素的效应量,并反算"要证明 76%→85% 的改进,需要多少 n"。

擦过ETSD023(2026, Grand Award,Woodpecker)——曲柄滑块 + 前馈 PID → MPC + 凸轮弹簧储能弹射,报告 "±0.3℃ temperature measurement accuracy""0.17° pitch deviation""≤0.1° maximum pitch deviation"、72+ 小时数据传输、丢包率 <1%。它对姿态精度给到了小数点后一位,唯独对最关键的侵彻成功率不给 n。 语料 repeatability 五届零命中。

约束🔴 安全与展台:飞镖尖端属锐器,展台不得展示尖锐飞镖(可展示磨钝的仿制件或打完的木块);发射器必须有防护罩与联锁,试验时全员护目镜,且只对固定靶位发射。含水率标定需要烘箱(105°C 恒重法)与 0.01 g 天平(¥200),木材试块可用建材市场边角料(近乎免费,但必须记录树种并留样)。发射器用弹簧或气动(气动需避免高压容器),初速用光电门测(¥100)。总计 <¥800,本地一周。这条的最大优点是把一个"需要无人机"的课题剥成了纯冲击动力学台架实验,绕开了展台禁通电无人机这一条。

T1469–87

手工造的东西,你造第二个还是同一个东西吗

框架同一套图纸、同样的手工工艺,做出 n 个复制件,它们的几何一致性与气动一致性有多大分散?"可复现的平台"这个主张能否被自己的第二件产品支持?

你自己的那一点ETSD046 的结论句是 "providing a viable and reproducible platform for RC pilots without access to expensive equipment or manufacturing resources"——"reproducible"(可复现)是它的核心主张,而它只造了一架。 这是整个语料里最直白的、主张与证据之间的空隙:reproducible 这个词在只有 n=1 的情况下是没有实证基础的。手工制作的固定翼翼型精度受切割、打磨、蒙皮张力影响,翼型厚度偏差几个百分点就能让 Cl/Cd 变化十几个百分点;质量分布偏差直接改变重心,进而改变纵向静稳定裕度。你的课题:不造整机(那要 ¥400×n),而是按同一图纸手工制作 5 副相同的翼段,用照相测量或 3D 扫描量化每副的翼型偏差(前缘半径、最大厚度位置、扭转),再在风洞里逐一测力,得到"手工工艺的气动分散度"。产出是一句能直接回赠给 ETSD046 的话:手工方案的可复现性在 ±X% 以内(或不在)。

擦过ETSD046(2026, Special Award,Zephyr)——1780 mm 翼展、1.84 kg、$378.51、iNAV 固件、倒 V 尾、"constructed entirely by hand"、按 FAA Part 107 实飞。ETSD011(2026, Grand + Special)是它的打印版对照($978.42,"fabricated using consumer-grade 3D printers")——如果你同时做"手工 5 副"与"打印 5 副"的分散度对照,这条会强很多:直接回答"要可复现性,该选手工还是打印"这个两个获奖项目隐含对立却无人裁决的问题。

约束最可能死在几何测量精度。3D 扫描仪多数学校没有;替代方案是照相测量(固定焦距相机 + 标定板 + ImageJ 提取翼型轮廓,分辨率可到 0.1 mm,零成本)或翼型样板比对法(激光切割一套标准样板,用塞尺量间隙,¥100)。风洞与天平与 T6/T7 共用。5 副翼段材料(泡沫/巴沙木/蒙皮)<¥300。一个隐蔽的方法学陷阱:5 副全由同一个人做,测的是"这个人的手艺的重复性"而不是"工艺的可复现性"——必须至少两个人各做若干副,并把"人"作为一个显式的方差分量报告出来。 这一点想清楚了,这条课题的可辩护性会明显上一个台阶。展台:翼段与样板可展示。

T1567–85

"只要摩擦力大于驱动力就能推动"——那边界在哪

框架把一句定性的牵引条件变成定量的包络:在载荷、重心位置、坡度、路面摩擦系数构成的四维空间里,主动牵引平台的打滑边界面长什么样?

你自己的那一点ETSD002 的核心实验结论原文是:"Test data indicates that as long as the support wheels maintain effective contact with the surface—ensuring that the frictional force exceeds the driving force—the motors can continuously output propulsion to move the entire system forward."这句话在逻辑上接近同义反复(只要不打滑就不会打滑),它给出了正确的物理条件却没有给出任何一个数:没有摩擦系数、没有法向力分配、没有临界载荷、没有坡度上限。而这台设备的整个设计前提——浮动横梁靠电机启动时的齿轮内阻自动压下驱动轮——恰恰意味着法向力是驱动扭矩的函数,这是一个天然的正反馈/自锁系统,它的稳定域绝不是"总是成立"的。你的课题:造一台等效的小型浮动驱动台车(三齿轮啮合浮动梁的机构复现并不难),在可变摩擦系数的路面(瓷砖 / 亚克力 / PTFE 板 / 砂纸)、可变载荷与重心位置、可变坡度下测出打滑临界点,画出牵引包络面,并与静力学解析模型比对。

擦过ETSD002(2026, Grand Award)——主动浮动驱动机构、三齿轮啮合、XY 角度传感器 + 运动学矩阵自动跟随、离心棘轮张紧器,三代原型。ETSD016(2025, Grand Award,滑板训练器)是同一族的定性判据问题,且更极端——它测平衡的方法是 "yoga poses like the standing forward bend, dancer pose, and tree pose were done. No wobbling meant it was more stable.""没有晃动就算更稳"是一个纯目视二值判据。ETSD037(2026, Special,智能狗屋)也声称 "maintain stability under real use cases, including off-center loading entry" 而没给倾覆边界。三个获奖项目、三个未量化的稳定性主张——这是本类目一个成体系的缺口。

约束最重要的一条是绕开人类受试者:ETSD002 的原场景是真人花滑运动员,ETSD016 是真人站滑板。只要你用配重台车替代人,就完全不触发 IRB(IRB 必须在招募前批准,且 2027 版禁止向受试者反馈数据,3–4 个月窗口内走流程风险很高)。器材:直流减速电机 + 编码器(¥150)、称重传感器测牵引力(¥100)、可调配重(哑铃片,近乎免费)、倾角台(木工自制)、不同 μ 的板材(PTFE 板 ¥80,其余建材边角料)。摩擦系数必须独立标定(斜面法或拉动法),不能引用手册值——手册值的分散度常常大于你要区分的效应。总计 <¥700,本地一周。展台:台车与不同路面样片可展示,不得通电运行。

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