为了研究高雷诺数下圆柱绕流边界层的转捩现象和圆柱尾迹近壁区的流动特征，首先通过在典型雷诺数下采用Transition SST四方程转捩模型模拟圆柱绕流得到的结果与实验结果及采用SST k-ω两方程湍流模型模拟结果的对比分析，验证了Transition SST模型在模拟高雷诺数下圆柱绕流的优越性，并较为准确地预测出了圆柱绕流边界层的转捩现象及尾迹近壁区的流动特征。然后分别对亚临界区、临界区、超临界区和过临界区的圆柱绕流问题进行了数值模拟，分析了不同雷诺数下圆柱绕流的流场结构及圆柱表面压力系数、摩擦力系数的变化规律，研究了圆柱绕流近壁区的流动特征、边界层转捩的流动机理、转捩位置及其随雷诺数的变化规律。结果表明，亚临界区二维圆柱绕流边界层发生层流分离，无分离泡和转捩现象；临界区和超临界区二维圆柱绕流边界层先产生了分离泡现象，之后流动发生了转捩并在转捩后发生湍流分离；过临界区二维圆柱绕流边界层流动在转捩之后发生湍流分离，无分离泡现象；在临界区、超临界区和过临界区，二维圆柱绕流边界层转捩位置随雷诺数增大向前驻点移动。

为了研究辐射参与性烟气对红外测温法金属壁面温度测量的影响，首先根据实验中红外探测器测量得到的表面温度分布的特点，建立了一维表面红外测温模型；然后根据红外热成像测温原理及辐射传输理论，利用源项多流法分析模型计算了烟气覆盖表面在不同烟气厚度和不同表面温度下红外探测器获得的温度；最后利用马弗炉模拟不同温度的表面，振动筛模拟不同浓度和厚度的烟气环境，在实验室条件下设计搭建了模拟烟气覆盖表面的红外测温实验系统，实验验证了源项多流法分析模型，实验测量得到的温度与分析模型预测的温度吻合较好，并提出了利用反演方法修正红外测温的设想。

建立了发射机射频电路简化模型，并利用该模型和非线性多项式模型，研究了发射机互调（IM）发射电平与射频前端滤波器插入损耗、干扰信号功率和频率偏差之间的关系，对当前发射机互调抑制比的定义进行了修正；分析了传统发射机互调抑制比测试方法的局限性，设计了一种新型的发射机互调测试链路配置，分析了测试链路关键物理参数间的关联关系，建立了测试数据处理模型，该方法扩宽了测试带宽和功率范围，降低了对测试器件的要求。对实际电台的测试结果表明，本文提出的理论分析结论和发射机互调抑制比测试方法正确有效。

为研究等离子体对多组分燃气在发动机补燃室中的助燃特性，建立了多组分燃气供给系统以及扩散燃烧实验模型。测量了等离子体炬的发射光谱，得到了等离子体炬的主要激发态粒子；拍摄了多组分燃气在补燃室的扩散火焰照片，得到了等离子体对多组分燃气的扩散火焰形貌的影响；测量了补燃室4个不同截面上的静压和总压，分析了等离子体对多组分燃气在发动机中燃烧效率的影响。实验结果表明：等离子体炬主要产生氮气和氧气的激发态粒子；加入等离子体后，喷出冲压尾喷管的火焰长度得到进一步缩短，说明等离子体可以在更短的燃烧室长度内使得多组分燃气得到更加充分的燃烧；加入等离子体时，补燃室不同截面的静压和总压都会出现突升台阶，说明等离子体可以加快燃气的化学反应速率，提高多组分燃气在发动机中的燃烧效率，且等离子体功率越高，燃气燃烧效率的增长率越高。

为了研究不同形式导管桨的载荷特点，采用计算流体力学（CFD）技术分析了加速、减速导管的水动力特性及其对螺旋桨水动力性能的影响。计算域被分为包含螺旋桨的柱形域、包含导管的大域2个部分，并采用全结构化网格技术对其进行离散，以便优化网格质量和提高计算精度。用交界面技术保证不同计算域之间流体速度和压力等物理量的连续性。首先分析了JD7704+Ka4-5508导管桨的水动力性能，然后将计算值与试验值进行对比，验证了本文模型和网格技术的合理性。在此基础上，分析了不同翼形剖面拱度和攻角的加速、减速导管的水动力特性，及其对螺旋桨载荷的影响。研究表明，通过改变拱度和攻角2种方式所得到的加速和减速导管具有不同的水动力特性，能极大地优化螺旋桨的工况和载荷特点。

本文分别采用电导探针和光纤探针测量气液鼓泡床反应器中的气含率、气泡速率和气泡弦长等气泡行为，结果表明光纤探针对气泡具有响应迅速、阶跃显著的特点。将光纤探针信号进行方波化处理，探针在气相中的采样点数与总采样点数之比即为局部气含率，再沿径向积分可得平均气含率，以压差法测得的平均气含率为基准，光纤探针比电导探针准确性更高。将改造后的光纤探针应用于高温、高压、液相为有机体系的气液鼓泡床反应器，测得该反应器的气含率呈中心及边壁低、0.4倍半径处最大的抛物形分布。因此，开发的光纤探针可用于高温、高压、液相有机体系中气泡行为的测量。

针对产品全三维数字化研制中产生的MBD历史建模数据重用性需求，提出了一种基于本体技术的MBD模型知识表达与管理方法，综合考虑几何信息与非几何信息进行检索应用。首先，根据MBD数据集规范性要求，以模型检索为目的，构建本体结构，分为几何信息层与非几何信息层进行具体阐述；其次，根据已构建本体结构，给出几何信息层与非几何信息层相似性对比方法；最终，综合几何信息与非几何信息，实现MBD模型检索。本文方法通过本体技术，将MBD模型数据进行结构化、语义化表达和存储，在此基础上，综合考虑几何信息相似度及非几何信息相似度，进行相似模型检索，实现MBD模型信息重用。

随着多电飞机技术的发展，电静液作动器（EHA）被更多地用于机载作动系统。双余度电静液作动器（DREHA）更易于实现余度控制，推进EHA在飞机上的应用。本文给出了一种新型DREHA的结构组成，并对其工作原理和固有的力纷争现象进行了分析。理想情况下，通过流量补偿进行修正，力纷争会消失。由于实际系统的参数不可能与仿真模型完全一致，通过人为引入两通道参数误差，复现实际的力纷争。针对上述力纷争现象，基于两通道左右腔压差提出了差值力补偿力均衡控制策略和交叉耦合力均衡控制策略，以减小力纷争。MATLAB和AMESim联合仿真结果表明，本文所设计的力均衡控制器能大大减小力纷争峰值，同时提高系统的响应速度。

为支持“玉兔号”巡视器完成对月面较大空间范围的科学探测，对动态任务进行快速规划，提出了一种基于人工智能领域智能规划技术的自动化任务规划方法。提出了行为持续时间和行为效果动态确定的时态规划模型（TP^DD&DE），设计了描述TP^DD&DE问题的规划领域定义语言PDDL——PDDL^DD&DE，以及针对TP^DD&DE问题的启发式规划算法，运用Landmark知识分析规划问题结构，从而设计了合理反映动作前提评估顺序的启发函数。在嫦娥三号任务中，本文方法支撑“玉兔号”巡视器圆满完成了预期的科学探测任务。

混合重叠网格间合理插值是保证流场计算正确的基础之一。本文针对重叠区网格尺寸匹配度较差时插值误差较大问题，发展了一种新型混合重叠网格插值方法，通过使用二阶精度插值、按单元尺度区分和扩充模板，改善了插值区网格尺寸匹配度较差时的插值精度。本文方法适用于任意单元类型的混合网格重叠，对各类单元处理透明，实现简单。计算结果表明，采用本文方法在网格重叠区流场变量传递正确有效，插值区网格尺寸匹配度较差时，相比原始方法，等值线过渡更为光滑，变量经过插值区耗散更小，计算与试验值符合更好。

传统的电子束焊机高压电源电路结构复杂、体积庞大，为此研发了一种新型60 kV/100 mA逆变式电子束焊机高压电源，电路结构简单、电压输出稳定。电源调压电路采用脉宽调制（PWM）技术控制的全桥变换器，使三相整流后的约540 V电压转化为0~500 V幅值可调的稳压直流电，然后经全桥逆变电路逆变为频率为20 kHz方波交流电；升压电路采用变压器串联与倍压整流的方式，将前级20 kHz方波交流电转变为60 kV的直流高压；控制电路采用基于比例积分微分（PID）调节的电压双闭环控制策略，能够使电源实现稳定的高压输出。搭建了高压测试平台对所研制的高压电源进行了测试，结果表明电源高压输出稳定、控制精度高，高压输出纹波与稳定度均能稳定在1%范围内，能够满足电子束焊机的要求。

针对适航标准对民机横航向静稳定性的要求，提出了一种基于人机闭环数学仿真计算的适航符合性评估方法。根据适航条款的要求提出了量化评估指标，建立了飞机系统模型和驾驶员操纵模型，以实现定常直线侧滑飞行等的特定飞行任务的人机闭环数学仿真，并依据数学仿真结果和评估指标对飞机的横航向静稳定性做出评估。运用此方法完成了某型民机设计方案的适航符合性评估，并较准确地确定了飞机横航向2个静稳定导数的合理取值范围。该方法可应用于民机的概念方案设计，计算结果可为飞行试验提供理论参考。

缎纹编织复合材料紧固件中螺牙细节尺寸已达到细观尺度量级，若在数值模拟过程中对于螺牙采用统一的材料属性，则不能准确地模拟其真实失效模式。针对此问题，建立的紧固件螺牙有限元模型是由若干层简化缎纹编织复合材料细观结构代表体积单元堆叠而成，如此模型可包含必要的纤维分区和基体分区。对螺牙模型进行拉拔试验模拟，并基于各组分材料的失效判据，实现对紧固件破坏载荷的预报。完成了缎纹编织碳/碳复合材料单螺牙紧固件拉拔试验。模拟失效模式与真实失效模式吻合良好，二者破坏载荷误差为5.17%，验证了有限元模型的合理性。

针对部件间存在性能相关性和经济相关性的多态系统，提出了基于机会策略的多态系统视情更换维修决策方法。采用Markov模型描述部件的衰退过程，利用通用生成函数对系统的可靠性指标进行分析，以机会策略为基础，从“部件级更换的角度”出发，提出了一种新的多态系统视情更换维修决策方法，确保系统在有限服役期内，获得最大经济效益。并以某雷达功率放大系统的更换维修决策为例进行分析，该方法在考虑部件间经济相关性的同时，一定程度上减少了总的维修次数，提高了装备系统的战场保障能力，具有很强的通用性和工程应用价值。

碳纤维增强环氧树脂基体（C/E）复合材料具有优异的性能，广泛用于制造飞行器结构件。在加工C/E复合材料连接孔过程中容易出现分层、撕裂等加工缺陷，而切削温度过高是导致加工缺陷的主要原因之一。螺旋铣孔作为新的制孔技术，加工C/E复合材料时表现出许多优于传统钻孔的特点，受到广泛关注。本文采用专用加工装备开展了C/E复合材料制孔试验，利用红外热像仪实时监测切削温度，分析了螺旋铣孔加工参数对切削温度的影响规律。根据螺旋铣孔运动学规律和切削原理，从未变形切屑形状特点入手分析了螺旋铣孔切削温度的来源和影响因素。研究结果可对深入理解螺旋铣孔加工机理、制定合理的螺旋铣孔加工工艺提供依据。

视觉作为人认知环境的主要信息通道，在空间遥操作任务中有极其重要的作用。本研究面向空间站机械臂遥操作任务，通过对24名被试进行机械臂遥操作模拟平台实验，探索不同程度空间立体信息缺失对机械臂遥操作绩效、脑力负荷、距离感知和情境意识的影响，剖析不同立体信息在遥操作过程中的作用。实验结果表明：局部立体信息对提高遥操作任务完成率、减少撞击操作等指标有重要作用；而全局立体信息更有利于减少机械臂冗余行走距离和限位操作次数；两者对脑力负荷水平的降低有显著影响，而对距离估计偏差和情境意识水平影响不显著。因此，根据不同任务类型选取合适的立体信息补偿，从多个角度完善立体信息的呈现对于保障遥操作任务的顺利进行具有重要意义。

针对硬岩掘进机工作过程中产生的强烈振动影响管道的工作性能的问题，建立了基础振动下两端固定支撑输流管道横向振动的数学模型，运用Galerkin方法和等效弯矩法对管道最大应力进行了数值求解，并且用实验证实了数学模型的正确性。研究了基础振动参数对管道最大应力的影响规律，并根据最大应力判据条件得到了不同基础振动参数下管道工作的正常-失效区域，制定了以流量-压力-强振动参数为依据的管道抗振结构设计方法。结果表明：基础振动会引起液压管道应力剧增而导致其工作失效，新的设计方法能有效改善强振动环境下管道的工作性能。

近年来，随着计算能力的不断提高，数据驱动的建模方法受到了广泛的关注，对单模式系统进行定量分析的建模方法获得了诸多研究。然而，实际应用中大多数系统为多模式系统，不但各个模式有着不同的连续行为，连续状态还会在模式之间进行切换。针对这一情形，本文提出了经验概率混合自动机模型，并提出了针对该模型的基于支持向量回归（SVR）的多模式定性定量混合建模方法。该方法使用小波技术识别模式切换点，并在各个模式下单独建立支持向量模型，最后使用D-Markov机整合模型。经实例验证，该方法与传统支持向量回归模型的稳定性接近，但精确程度显著提高。

对溶液液膜温度、厚度和浓度进行定量分析对与之相关的工业过程至关重要，对其机理的研究中它们互相耦合，而传统的测量方法只能实现液膜的温度、厚度和浓度的单独测量。本文基于比尔-朗伯定律，提出一种尿素水溶液液膜的温度、厚度和浓度同步测量新方法，通过结合3个波长1 420、1 488和1 531 nm的激光，建立了尿素水溶液液膜的温度、厚度和浓度的同步反演模型。在此基础上，利用1 mm温控样品池验证了该方法的测量精度，结果表明，该方法测量尿素水溶液液膜厚度的平均误差为0.51%，液膜温度的平均误差为2.59%，液膜浓度的平均误差为6.32%。

为研究分级喷注超燃冲压发动机火焰稳定、燃烧状态及火焰传播特性，以双支板超燃燃烧室为基本构型，开展了当量比连续调节试验研究。模拟低飞行马赫数5.5工况，燃烧室入口马赫数为2，总温1 436 K，试验表明：燃烧室单独上游喷注熄火当量比为0.19，该值不受下游燃烧的影响；单独下游喷注熄火当量比为0.46，上游火焰会削弱下游当量比变化对壁面压力的影响，并且会使下游熄火当量比值降低。通过调节上游当量比可实现燃烧状态的转换，转换过程存在迟滞。模拟高飞行马赫数6.5工况，燃烧室入口马赫数为3，总温1 899 K，试验表明：随着总温的增加，单独上游喷注可实现点火和稳焰，上游火焰发生抬举，燃烧室抗反压能力增强，可喷注更多燃料。

基于电容耦合式非接触电导检测（C⁴D）技术，设计研发了一种新型径向结构的非接触式电导测量传感器。该传感器利用串联谐振的原理，引入电感模块以消除耦合电容对测量的不利影响，扩大了测量范围，提高了测量灵敏度。同时，用仿真与实验相结合的方法对传感器的电极张角进行了优化研究。在5.0、7.5、9.1、10.2和12.0 mm 5种不同内径的管道中进行了电导测量实验，电导测量相对误差均不超过5%，实验结果表明，所设计的新型非接触式径向C⁴D电导测量传感器是可行和有效的。

针对传统的前向小角散射粒径测量系统中心光过强、杂散光干扰、散射角过小等缺点，本文采用一种新型的近场散射（NFS）方法测量前向小角散射光，研究并搭建了基于近场散射的颗粒粒径测量系统，将最大散射角提高到40.5°；在无需空白测量的情况下采用差分方法对透射光和散射光干涉成的散斑图像进行处理，有效去除中心光和杂散光的影响；对差分散斑图像进行快速傅里叶变换（FFT）频谱处理得到散射光强分布，利用Chahine算法对颗粒粒径进行了反演。最后，利用已知粒径（39.2 μm和67.3 μm）的标准颗粒对测量系统的准确性进行了单峰分布的验证，测量误差在5%之内；对于粒径为39.2 μm和67.3 μm的混合颗粒进行了双峰分布验证，在43.3 μm和74.1 μm处出现峰值，测量误差在10%左右。

针对电阻/超声双模态层析成像传感器配置优化问题，提出管道同一截面内配置电极与超声探头，实现对管道内同一被测对象同一时间的检测。采用数值仿真方法，考察电学敏感场与超声敏感场在管道内分布情况，优化双敏感场的互补信息获取范围，获得被测场域内同一被测对象的多敏感信息。为降低被测截面内电极对超声敏感场的影响，定义双敏感场的最优灵敏度与均匀度，利用数值仿真方法对电极与超声探头的安装结构与尺寸进行优化，最终获得16电极与16超声探头间隔放置的最优空间结构与相对尺寸。

为了研究涡街流量计尾迹振荡特征，采用集总经验模态分解（EEMD）-Hilbert谱方法，对测量介质为空气、流量范围为10.58~220 m³/h的涡街流量计管壁差压信号进行处理，首先用EEMD方法对管壁差压信号进行分解，得到固有模态分量，然后对分解后的各个分量进行Hilbert变换，得到Hilbert谱和边际谱，进而提取管壁差压信号的旋涡脱落频率。比较了Fourier变换与EEMD-Hilbert谱方法在信号去噪和频率提取方面的性能。结果表明：EEMD-Hilbert谱方法可有效去除叠加在实际涡街成分之中的噪声，能够较完整保留尾迹振荡的固有成分；在流量较低时，EEMD-Hilbert谱方法对尾迹振荡频率的提取精度比Fourier变换高30%以上，有效拓展了涡街流量计的测量下限；通过计算能量比，揭示了EEMD-Hilbert谱方法提高频率提取精度的原因，即EEMD-Hilbert谱方法降低了信噪比；Hilbert谱直观表示信号的时间-频率-能量关系。

随着燃煤电厂超低减排的开展，烟气监测技术的要求也越来越严格。研制了应用差分光学吸收光谱（DOAS）和多波长消光的实时在线烟气监测探针，可同时对SO₂、烟尘等浓度进行监测。并在实验室进行了标定，SO₂浓度及烟尘反演误差均小于10%，不同浓度SO₂反演浓度曲线线性度好，线性相关系数为0.999 64。利用该系统对某燃煤电厂烟气中的SO₂和液滴颗粒物进行了现场监测。结果表明：该系统对SO₂、液滴颗粒的监测结果与锅炉运行工况、实际运行状况吻合。

针对作业车间调度问题（JSP）的非确定性多项式特性与解空间分布的大山谷属性，本文提出一种多智能体遗传算法（MAGA）与自适应模拟退火算法（ASA）的混合优化算法，用于寻找最大完工时间最短的调度。首先，将每个染色体视作独立的智能体并采用工序编码方式随机初始化每个智能体，结合多智能体协作与竞争理论设计了实现智能体之间交互作用的邻居交互算子，进而利用一定数量智能体进行全局搜索，找到多个适应度较高的可行解。其次，为避免算法陷入局部最优，采用ASA对每个智能体开展局部寻优。最后，通过基准测试库中典型实例的计算结果验证了该算法的有效性。