升力体式浮升混合飞艇多学科设计优化

升力体式混合飞艇是全球远距离大载重运输的重要选择，随着全球贸易的发展，逐渐成为国内外的研究热点。作为航空宇航技术、新能源技术和高性能材料技术相结合的新概念飞行器，混合飞艇设计过程需对多个学科进行综合考虑和优化。为了将多学科设计优化（MDO）方法引入到混合飞艇的总体设计中，将其分解为能源子系统、气动和推进子系统以及结构和重量子系统。在子系统模型构建的基础上，提出具有自适应能力的基于响应面的并行子空间优化（CSSO-RS）算法，将重量平衡和能量平衡作为实现远距离载重运输的约束条件，并提出爬升、日间巡航、滑翔和夜间巡航的多阶段任务剖面，以充分利用太阳能电池、燃料电池和锂电池的优势，实现混合飞艇的最优化设计。优化结果表明:具有自适应能力的优化算法在精确度和计算效率上均有明显的优势，同时重量分配的结果也为混合飞艇结构轻量化设计和能源系统设计提出了更高的要求。      

并行稀疏滤波在轴承声信号下的故障诊断

振动信号是航空发动机故障监测的常用信号。由于航空发动机结构复杂，对振动传感器的布置要求日益严格。声学信号以其非接触式、易布置、低成本的优点，在轴承智能故障诊断中引起了广泛的关注。然而，由于航空发动机内声信号所处的环境噪声较强，传统的轴承故障诊断方法无法实现精确的特征提取。为此，研究有效的特征提取方法实现轴承声信号下的智能故障诊断显得尤为重要。稀疏表示是智能故障诊断中的一个研究热点，在稀疏特征提取方面显示出强大的力量。对强噪声下的声信号进行有效的稀疏特征提取，可为轴承的非接触式故障诊断提供解决路径。提出一种基于并行稀疏滤波的轴承故障诊断方法，能够实现对轴承声信号的稀疏特征提取。并行稀疏滤波通过在传统稀疏滤波的基础上增加另一个归一化方向来实现进一步的稀疏特征提取，然后采用权值归一化方法约束训练得到的权值矩阵。最后，通过仿真和实验数据验证了所提方法的优越性。结果表明，并行稀疏滤波能够实现轴承声信号的有效稀疏特征提取和精准分类，可用于声学信号下的轴承智能故障诊断。     

微纳聚合体卫星的对称式重构规划算法

为解决微纳聚合体卫星变构过程中，聚合体各部分之间的动力学耦合导致的卫星整体姿态翻转或紊乱，提出了一种对称式变构规划算法。首先建立了铰链约束下的漂浮基多刚体系统动力学模型，研究了重构过程中各运动模块对本体姿态的影响，提出当每两个运动模块位置与转动方向满足对称性条件时，两者对本体姿态的影响可在一定程度上相互抵消。基于上述理论，在A*算法中引入最优分配度量和对称性判定，设计了并行对称重构规划算法。仿真结果表明，该规划算法可实现重构过程中多模块并行、对称运动，重构过程总步数较少，运动模块对本体姿态的影响小。     

光纤陀螺多通道并行自动测试工艺技术

针对光纤陀螺测试过程中，测试项目多、步骤复杂、测试时间长、人为记录数据容易出错等问题，在分析测试内容的基础上提出多通道并行测试方案，设计测试工装、电缆、电路等硬件系统，开发相应的测试软件。与单只光纤陀螺测试方法相比，能够有效地减少光纤陀螺的测试时间，提高测试效率。     

多核DSP实时图像处理平台设计与实现

为了实现对高帧率、高分辨率图像的智能化实时处理,要求图像处理系统具有较高的数据传输带宽和数据处理能力。采用多核DSP作为核心处理器来解决目前图像采集平台面临的数据传输瓶颈和处理瓶颈,利用FPGA硬件化并行处理的特性完成多路视频的预处理,设计了高速串口RapidIo通信接口实现视频的实时传输,对DSP的多核调度特性进行分析,保证处理的实时性,并采用相关算法验证系统的性能。     

叶轮机械全环非定常大规模并行模拟程序设计

为了更加精确地模拟叶轮机械内部复杂的三维非定常流动,开展了全环网格模拟方法探索,提出了针对滑移面的守恒变量插值和高效的大规模并行计算解决方案。基于千万亿次高性能计算平台,自主开发了非定常数值模拟程序,采用单级压气机、1.5级涡轮和3.5级高负荷压气机三个算例进行了程序的验证与确认,以及并行效率测试工作。模拟采用的最大网格数为2亿,计算核心数为4096个。结果表明:程序计算得到的整体气动性能与试验数据吻合良好;程序所采用的全环非定常计算模型能保证交界面处物理量的连续,削弱非物理熵增,得到更加可信的流场解;所采用的METIS的网格分区方法以及MPI并行策略使程序具有良好的负载均衡和并行效率;同时程序对超大规模的复杂问题具备良好的可扩展性和适应性,能够满足工程实际问题的流动分析和叶轮机械的精细流动研究要求。     

NNW-TopViz流场可视分析系统

流场可视化技术采用图形图像直观地表现CFD数值模拟的计算结果，使用户能够方便地对这些数据进行分析、比较和研究。然而，CFD数值模拟的流动复杂，其产生的流场数据规模巨大、数据类型复杂、特征提取困难，传统的串行可视化软件效率低、交互手段单一，难以满足数据分析的需求。国家数值风洞（NNW）工程研制了一套流场数据处理可视化软件系统（NNW-TopViz，简称TopViz），具有对流场数据处理与特征提取、几何图形绘制等可视化与交互功能。根据可视分析效率需求，TopViz实现了线程并行，在多核计算环境下有效提高了可视化计算和交互效率；针对流场特征提取困难、常规方法效率低的问题，TopViz实现了基于卷积神经网络的流场旋涡特征提取方法，提升了特征提取准确率和效率；为提高软件交互效率并提供便捷的交互方式和体验，基于头戴式显示设备和体感控制器构建沉浸式虚拟显示与交互平台，TopViz实现了手势和眼球凝视2种交互方法，提供沉浸式环境下多视图、多角度流场探测方式。