为探究灰铸铁表面激光熔覆镍基WC合金的最佳工艺参数，改善灰铸铁表面熔覆质量，避免因其选择不佳产生缺陷，利用高功率半导体光纤耦合激光器制备单道涂层，通过Leica光学显微镜对熔覆层几何特征进行测量，结合正交极差分析数据获取极差结果，并根据因素效应图分析工艺参数对几何特征的影响机制，通过稀释率和宽高比的等值线图及实际工程需求优化工艺参数范围进行优化选取，最后结合实际工程成本探究出最佳工艺参数。结果表明：三因素对熔覆层几何特征具有重大影响且激光功率为主要影响因素。最佳工艺参数为激光功率1 400 W，扫描速度5.8 mm/s，送粉速率15.5 g/min。最优工艺参数下熔覆层高度为1 540.5 μm，熔宽为4 680.5 μm，熔深为88.9 μm，稀释率为5.46%，宽高比为3.04，均满足实际需求。研究为工程实践提供了理论基础及参考依据。

为提升TC4钛合金零件的使用寿命和性能, 利用正交试验方法设计多组激光工艺参数, 采用激光熔覆工艺分别在钛合金表面上制备了镁钴合金涂层, 分析了激光脉冲电流、脉冲宽度和扫描速度对熔覆层稀释率和宽高比的影响以及每个试验影响因素之间的交互作用, 并进行验证试验, 最终获得钛合金表面单道激光熔覆的最优工艺参数。结果表明, 扫描速度对熔覆层稀释率的影响最大, 脉宽对宽高比影响的最大。通过对比分析得出最佳工艺参数组合, 为今后的钛合金激光熔覆镁钴合金的成形试验提供试验借鉴。

基于中空激光光内送粉技术,利用该技术粉末流发散小, 挺直度高的特点, 进行了垂直表面(立面)熔覆试验。分析了熔覆工艺参数(扫描速度、功率、送粉量)对立面熔道宽度、高度及宽高比, 特别是重力作用下的熔道顶点下垂量的影响规律, 得出了控制下垂量的最佳工艺参数组合。在立面进行水平方向的熔道堆积生长, 实现了立面斜壁墙的成形。成形过程稳定, 成形熔覆层与基体形成冶金结合, 显微组织细密均匀。

采用三维数值模拟方法研究了基于带状束的史密斯-帕塞尔自由电子激光（S-P FEL）的辐射输出特性。当一束相对论带状束紧贴着矩形光栅表面飞行时，可以激励起非相干的史密斯-帕塞尔（S-P）辐射，而全反馈谐振腔可以将各个方位角的S-P辐射反射回带状束，同时进行速度调制，使电子注发生群聚，进而获得相干的S-P辐射。通过数值模拟发现，带状束可以提高S-P FEL的功率和功率谱密度；随着带状束宽高比的增大，电子束的速度调制和群聚更为明显，S-P FEL的功率和功率谱密度也越大。

采用数值模拟的方法，研究了混合管出口宽高比以及混合管出口掺混距离对红外抑制器整体气动性能和红外辐射特性影响，在研究参数范围内得到如下结论：相对于椭圆出口的混合管，矩形出口混合管的引射系数显著增加，且垂直方向3~5 μm红外辐射强度峰值降低10.7％；随着矩形出口宽高比从2.2增大到4.6，抑制器总引射系数增大，而总压恢复系数几乎不变；延长混合管出口掺混距离，有助于提高抑制器引射能力，且压力损失几乎没有增加；无论是增加混合管出口宽高比还是增加出口掺混距离，红外抑制器水平方向和垂直方向3~5 μm波段红外辐射强度都呈现逐渐减小趋势。

建立了三种不同宽高比矩形喷管的物理模型, 采用 Fluent6.3软件对三种矩形尾喷管外的三维流场进行了数值模拟, 得到尾焰流场的温度、压强和密度等数据, 并根据矩形尾喷管外尾焰的特点确立三种矩形尾喷管外尾焰的红外辐射核心计算区域。利用基于洛伦兹线型的统计窄带模型, 求出尾焰在窄带 l的平均吸收系数; 然后采用有限体积法 (FVM)求解气体介质中辐射传输方程, 最后得到了尾焰的红外辐射的光谱特性与三种矩形喷管尾焰在 3～5 μm波段的总强度分布。结果表明: 尾焰辐射在 2.7 μm和 4.3 μm处出现两个辐射峰, 并且随着矩形喷管宽高比的增加, 尾焰的红外辐射强度大大降低。

推导了任意形状金属纳米结构的局域表面等离子体共振波长的解析解，分析了金属纳米结构的形状对其消光特性的影响。计算与分析结果表明，在空气中(折射率n=1.0)，某种金属的纳米结构的消光光谱谐振波长仅与形状有关，形状参数L可以拟合为宽高比的二次函数，且二次项的系数代表了金属纳米结构的尖锐程度，形状越尖锐，谐振波长便越长。共振波长的研究对根据需要合理设计金属纳米结构具有重要的指导意义。