基于准稳态模型和动量理论, 探讨了微型扑翼飞行器诱导角和最佳几何攻角的计算问题。针对高斯-牛顿法求解诱导角方程时存在的不收敛问题, 使用能保证计算过程收敛的列文伯格-马夸尔特算法求解, 得到实验样机的诱导角为15°。实验样机的实际升力为40g, 忽略诱导角后准稳态模型理论升力为46g, 而考虑诱导角的理论升力为37g, 验证了计算诱导角可以提高准稳态模型预测升力的准确性。基于实验样机翅膀被动扭转的实际, 采用最小二乘法计算出实际最佳几何攻角为55°, 能有效指导微型飞行器翅膀的设计, 从而提高飞行器最大升力和飞行效率。

鞘流技术是实现高浓度气溶胶颗粒物光学检测的关键技术之一。在空气动力学理论和国外相关研究的基础上设计了一种气体鞘流器来实现高浓度气溶胶粒子的有效测量。首先根据大型通用有限元分析软件ANSYS中的Gambit和Fluent模块对鞘流器进行仿真分析,确定了一组最佳的设计参数并依此制作了相应的鞘流器实物, 仿真结果表明该鞘流器可以将样气气流直径从1 mm压缩到0.34 mm, 有明显的压缩效果。接着提出了一种用光学尘埃粒子计数器的粒径分布误差间接分析鞘流器压缩效果的实验方案, 并对比分析了在同一台粒子计数器上分别配置1.0 mm普通气嘴、0.5 mm普通气嘴以及鞘流气嘴三种情况下0.3 μm粒子粒径的分布情况。实验结果表明, 本研究设计的鞘流器能够有效降低尘埃粒子的重叠率, 显著提升粒子计数器的浓度检测上限值。该结果验证了流体动力学分析的可行性, 为实现高浓度气溶胶粒子的光学测量提供了重要基础。

为了探究中厚板铝合金光纤激光切割工艺特性, 开展了光纤激光切割8 mm厚AA2219铝合金工艺实验, 系统研究了激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压等工艺参数对切缝质量的影响。以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量。实验结果表明, 激光功率和辅助气压是影响切缝质量的最主要的工艺参数, 当激光功率增大至5.4 kW、辅助气压取值范围增大至1100~1500 kPa时, 切缝挂渣量最少。最后, 为了进一步提高中厚度铝合金激光切割质量, 根据空气动力学原理, 利用流体力学模拟设计并制作了简易Laval喷嘴, 采用该喷嘴进行实验发现, 切缝表面倾斜条纹区域范围从0.5降至0.14, 而挂渣高度变化较小。

当飞行器以超高速在大气层中飞行时，由于气动加热或烧蚀，在飞行器周围会形成等离子体鞘套。这将影响飞行器的通信特性，严重时会使通信中断，从而威胁飞行器的安全。我国新一代航天航空飞行器在大气层中飞行的时间长、速度快，而且弹道复杂，需要实时通信和控制，因此需要彻底解决通信中断问题。针对新一代航天飞行器面临的通信中断问题，研究了利用天线位置和地面遥测设备的布站优化、毫米波和太赫兹波通信、外加强磁场和激光通信等方法解决黑障问题的可能性及存在的问题。

根据某型号直升机定型试飞的需要, 研制出了动态测量旋翼桨叶气动力学参数的光电测试系统。其中运动参数(挥舞角、摆振角和变距角)由二维位置敏感传感器响应桨叶表贴发光点的位置变化测得, 挥舞应变由光纤光栅传感器测得。利用自主搭建的桨叶运动姿态仿真平台开展了相关测试实验。结果表明: 各角度值与对应输出电压间有很好的线性关系, 测量范围内的角度测量误差小于1%; 光纤光栅与电阻应变片对比测试的一致性较好, 线性相关系数达到了0.999; 光纤光栅应变测量的复现性很好, 两次应变测量的相对偏差仅为1.22%。系统具有较高的测试精度。