针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题，对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法，分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法，对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化，采用末端卷边结构，提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果，研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线，通过实测验证了仿真结果。结果表明，加载电阻可以有效降低反射，背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高，且采用4个电阻并联加载的效果较好；适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。

长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变，从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题，基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析，结合光-机-热耦合分析方法，对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构，结构优化后的光栅表面面形均方根（Root Mean Square， RMS）值为3.89×10^-2 nm，面形峰谷值（Peak to Valley， PV）值为2.21×10^-1 nm，分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级，系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明，优化结构可有效抑制干涉条纹畸变，畸变量小于2个探测器像元，试验与仿真计算结果一致性较好，验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性，提高系统工作能力有较大意义和价值。

辐射屏蔽设计是反应堆设计的重要组成，面向陆海空天全域的新型核动力技术的发展对辐射屏蔽优化设计方法提出了新需求。采用传统屏蔽结构多目标优化方法处理三维屏蔽结构优化问题时，存在寻优速度慢、难以收敛、全局性差等缺陷，基于第三代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅲ，NSGA-Ⅲ），开展面向三维屏蔽结构设计的高维多目标优化方法研究。基于核反应堆三维屏蔽结构模型，以屏蔽层重量、体积和特定区域辐射剂量率为优化目标，开展NSGA-III优化方法的性能对比分析研究。数值结果表明：本文建立的高维多目标优化方法可更高效、稳定地搜寻Pareto前沿解，可为辐射屏蔽设计优化提供新思路。

液态燃料熔盐堆的堆芯流量分配设计是其热工水力设计中的重要一环，目的是实现堆芯流量分布与功率分布的匹配，消除堆芯内的热点，而堆芯的水力结构设计对堆芯流量分配起着决定性作用。本研究建立了液态燃料熔盐堆的1/12堆芯模型，使用ANSYS FLUENT16.0软件进行了三维流场数值模拟，通过调节上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室结构和流量分配装置进行优化，最终实现堆芯流量分布与功率分布的匹配。结果表明：增加上腔室高度可以平衡内外通道的流量分布差异，改善流量分布均匀性；增加下降环腔宽度可以减缓环腔出口处的下腔室涡流，同时展平流量分布，使流量与功率更好的匹配；增设导流围筒的圆柱型下腔室结构可以更好的抑制下腔室涡流，同时使流量分布更趋于平缓。基于上述分析，最终确定了最优的半椭球型上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室几何结构与尺寸等参数，并设置倾斜非均匀孔径分布的导流围筒。以上结果对液态燃料熔盐堆的工程优化设计具有参考价值。

为了解决立方星太阳翼在严格尺寸约束下无法实现地面多次解锁试验验证的问题，提出了一种可重复电磁解锁的轻质量、高刚度的太阳翼。首先，提出一种微型铰链式展开机构，具有展开锁定和到位指示功能。其次，提出的电磁解锁机构能够解决压紧释放装置无法多次解锁的问题，具有低冲击，无污染，响应快的特点。最后，对太阳翼基板的尺寸构型和辅助支撑布局进行灵敏度分析与优化。仿真结果表明：太阳翼在优化后质量减轻20%，展开状态下的基频提升16%，满足太阳翼轻质量、高刚度的要求。本文提出的立方星太阳翼经过地面鉴定级振动和冲击力学试验验证以及热真空试验，并且通过八一03卫星完成在轨验证，满足立方星在轨的使用要求，可为后续立方星太阳翼的设计及研制提供参考。

本文基于增强树脂碳纤维铺层优化设计的方法对某光学卫星的结构热变形进行了优化设计和试验验证。首先分析得到卫星所在太阳同步轨道的外热流数据，然后根据外热流数据及卫星热特性分析计算得到卫星各舱板的高温工况和低温工况的温度载荷分布情况。根据极端工况卫星平台的温度载荷，以铺层角度作为设计变量，分析求得卫星平台相机支腿安装平面的平面度、角度以及整星X/Y/Z 3个方向一阶频率的变化情况。分析数据表明，当θ=40°时相机安装板的蜂窝板面板铺层角度顺序为［90°，+40，0°，-40，-40，0°，+40，90°］，载荷安装面热变形最小，整星基频满足运载火箭要求。经过热试验和振动试验验证，该设计方案在热载荷影响下，有效载荷安装面的平面度优于0.05，变化角度优于60″，X/Y/Z方向的一阶基频分别为22，18，49.8 Hz，满足光学相机安装精度及运载火箭对卫星基频的相关要求。

为实现双反射面偏置天线在航天系统中的应用，提出一种基于连杆连接的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案，并研制出原理样机、完成相关试验验证。本文首先针对双反射面偏置天线的特点以及航天系统的特殊要求，分析和对比传统天线指向机构不同构型的特点，完成了双反射面偏置天线指向机构的构型设计；其次通过有限元方法对指向机构进行动力学分析并针对双轴连杆、锁紧释放装置等关键部件进行理论分析与结构优化；最终根据设计方案完成了指向机构原理样机的研制并进行振动试验与振动试验后双轴夹角精度的测量。试验结果表明压紧状态下指向机构一阶基频达到103 Hz，振动试验后双轴夹角精度为21″，满足指向机构设计要求，结构设计合理可行。