飞翼布局飞行器由于具有气动效率高的优势，将成为未来航空飞行器发展的主流方向，然而结构质量限制了其性能的进一步提升，结构优化是实现结构减重的重要技术。以飞翼布局飞行器内部结构为研究对象，建立拓扑优化模型，以柔顺度作为目标函数，探究飞翼布局飞行器全机内部结构的最优布置方式，分析弯曲梁构件在飞翼布局飞行器结构优化中的作用和减重机制，根据拓扑优化结果建立重构模型，同时依据Boeing第二代结构设计建立标准模型，使用尺寸优化评估重构模型相较于标准模型的减重效果。结果表明：在等柔顺度时，重构模型相比标准模型质量减少14.53%；在等质量时，重构模型相比标准模型全机柔顺度降低47.90%，并减少了44.87%的z向最大位移，拓扑优化减重和增加刚度效果显著，验证了弯曲梁构件的减重作用。研究结果可为飞翼布局飞行器结构减重优化奠定基础，建立的优化评估机制可为飞翼布局飞行器的内部结构设计提供参考。

飞行器动力下降软着陆的一个关键技术在于实时求解六自由度(6-DoF)动力下降制导问题，该问题可以描述为多约束条件下的燃料最省轨迹优化问题。选取飞行时间、时间替代变量、轨迹高度3种自变量建立3种优化模型，将原始轨迹优化问题转化为序列凸优化可解形式进行迭代求解，形成了3种在线制导方法。比较3种制导方法在收敛性、实时性、最优性及求解精度上的差异，结果表明：3种制导方法均能求解六自由度动力下降问题；自变量为飞行时间的制导方法计算时间最短且燃料消耗最少，但需要预先确定动力下降飞行时间；基于其余2类自变量的制导方法能够优化动力下降飞行时间，但均为次优解，且计算时间显著增加；相同离散点数量下3种方法的求解精度相近。若采用序列凸优化作为动力下降在线制导方案，如何确定最优飞行时间、逼近燃料最优解及进一步缩短计算时间等仍有待深入研究。

针对以露天矿区为代表的非结构化道路场景环境恶劣、道路边界模糊、障碍物尺寸差异较大等问题，提出一种面向非结构化道路的点云语义分割方法，包括预处理、特征提取网络及逆处理3部分。其中，预处理通过坐标转换将三维点云映射到二维Range View (RV)图上，以提高网络推理速度；特征提取网络包括卷积注意力模块及多尺度残差模块，卷积注意力模块用于细化分割边界，解决道路边界模糊问题，多尺度残差模块使用大卷积核扩大感受野并融合上下采样特征，以适应非结构化道路环境下障碍物尺寸变化较大的问题；逆处理通过K最邻近(KNN)算法修正语义标签并将点云映射回三维空间。在典型非结构化道路露天矿区数据集上对所提方法进行测试，平均交并比达到85.1%，推理速度达到6.423 ms，与主流的基于球面投影的语义分割网络相比整体精度提升了3%，此外，所提方法在非结构化道路场景下进行了实际应用。

新产品正向设计需综合考虑新结构工艺、多设计变量、复杂工作环境的影响，并合理量化不确定性影响，评估可靠性水平，从而在源头上确保高可靠性。基于确信可靠性理论，研究了基于性能裕量的确信可靠性正向设计优化方法。提出了面向新型扭簧电连接器研发的确信可靠性正向设计优化基本流程，包括设计变量初值优选、性能裕量建模、不确定性量化和确信可靠性分析与优化4部分。以某新型扭簧电连接器的正向设计为例，基于正交实验、响应面建模和模拟退火启发式优化等方法实现了多维离散-连续变量及其不确定性作用下的优化设计。

对中国进行科学的区域划分，是研究具有区域差异性与空间相关性航空器CO₂排放问题并提出差异化CO₂减排措施的重要基础。基于2007—2016年中国部分地区民用航空器运行数据，在构建CO₂减排潜力分类模型的基础上，通过Kruskal算法得到省域网络关系最小生成树；采用谱聚类算法，以“最大化区划优度”为目标，划分航空器CO₂减排潜力的不同区域。结果表明：最优区域划分为四分区，区划优度为0.35；航空器CO₂减排潜力高的区域主要分布于中国西南和中南地区，潜力低的区域主要分布于东北和华北地区；针对各区域CO₂减排特征，从民航局、机场和航空公司等不同主体提出了差异化的区域CO₂减排措施。

三维点阵材料是一种具有多尺度特性的新型轻质多功能材料，其有千变万化的微结构和高孔隙率，通过设计其细观尺度特征可以获得优良的宏观性能。为了发挥材料与结构的最大设计潜力，提出一种热弹性点阵结构优化方法。在材料细观研究尺度上，实现了三维点阵材料等效热弹性性能预测，利用周期性边界条件下的代表体元法进行数值求解，利用径向基函数代理模型构建细观结构和宏观材料性能的数学关系，并进行了预测误差验证，证明了所提方法具有良好的精确度。在结构宏观研究尺度上，建立了以等效材料填充的结构优化模型，考虑了热力载荷作用，以单胞等效性能代理模型作为材料插值模型，提出最小应变能热弹性点阵结构优化数学模型。在典型三维算例中得到了细观结构变密度分布的优化结果，结构热刚度在一定体积约束下显著提高，证明了所提方法的有效性。

为解决传统启发式维修排故决策方法决策时间长、生成策略总成本高的问题，提出一种基于贝叶斯网络（BN）结合强化学习（RL）进行复杂装备维修排故策略生成方法。为更好地利用复杂装备模型知识，使用BN进行维修排故知识表述，并且为更加贴近复杂装备实际情况，依据故障模式、影响和危害性分析（FMECA）的故障概率，经合理转化后作为BN的先验概率；为使用RL的决策过程生成维修排故策略，提出一种维修排故决策问题转化为RL问题的方法；为更好地求解转化得到的强化学习问题，引入观测-修复动作对（O-A）以减小问题规模，并设置动作掩码处理动态动作空间。仿真结果表明：在统一的性能指标下，所提BN-RL方法较传统方法获得更高的指标值，证明该方法的有效性和优越性。

研究了多智能体仿射编队机动控制的有向交互拓扑优化设计问题。考虑信息交互成本、信息传播能耗等优化指标，建立了包含拓扑结构构造和权重配置的仿射编队机动有向拓扑优化模型；针对仿射编队机动拓扑结构构造，提出了有向k根图的检测方法，实现了有向信息交互拓扑的d+1根约束求解，并设计了一种改进NSGA-II的拓扑结构构造优化算法，以二维空间中7个智能体的编队为例进行仿真验证，结果表明：改进NSGA-II的拓扑结构构造优化算法具有更好的优化效果，能够有效地为仿射编队机动控制提供多种可行的有向交互拓扑，并且所生成的交互拓扑能够满足有向d+1根图的要求。

为贴合机舱内部弧形形状，实际集装器(ULD)多为不规则形状，实现机场货站不规则集装器的高效率装载，有利于提升航空货物运输的整体效率。在考虑货物容积限制等一系列实际装载约束下，建立以集装器容积利用率最大、装载货物数量最多和载重利用率最大为目标的不规则集装器多目标装载优化模型，并设计改进NSGA-Ⅱ算法对模型求解。以空间三向分割等原则构建启发式算法；采用NSGA-Ⅱ算法，进行交叉、变异、选择等操作，生成帕累托前沿集合；选出容积利用率最大的最优装载方案。实验结果表明：改进NSGA-Ⅱ算法在强异构货物装载条件下，仍能保持93.84%的高容积利用率；相比于初始NSGA-Ⅱ算法，所提的改进NSGA-Ⅱ算法能使容积利用率提升13%，表明改进NSGA-Ⅱ算法在不规则集装器装载问题上有良好的适应性，可为机场货站不规则集装器装载提供参考。

为解决不规则燃油箱惰化时，出现的氧体积分数分布不均匀、惰化区域不充分的难题，以熵权改进优劣解距离（TOPSIS）理论为基础，提出一种适用于不规则油箱惰化系统的优化方法，并结合数值仿真方法进行综合评价，实现波音747飞机惰化系统进出口的优化设计。结果表明：根据熵权改进TOPSIS理论设计的惰化方案，不仅可以降低惰性气体流量需求，而且可以使得惰化空间氧体积分数分布更为均匀；优化后的波音747飞机惰化方案，综合性能指标提升22.67%，速度性指标提升2.97%，均匀性指标提升27.78%；单侧偏置惰化方案设计思路，可以增加流通路径、延长惰性气体存续时间，使得油箱惰化时氧气分布更为均匀、氧体积分数下降迅速。