工程学科研究进展

1 工程设计技术 利用有限元软件和采用CAD设计方法，对复杂结构进行了优化设计，达到了提高产品可靠性的目的。开展了五层阻尼圆板的优化设计，达到了阻尼板具有更佳的减振效果；整机三维立体布线设计，实现了整机布线可视化装配；控制系统的集成化设计，提高了产品的可靠性和降低了电源能耗；Kα波段短脉冲检波器设计，为毫米波短脉冲的检测技术提供了重要的设计经验。     

变形螺旋天线的自动设计

 利用优化算法进行天线的自动设计是现代天线研究的一个重要趋势。采用NEC(Numerical Electromagnetics Code)天线数值计算程序和遗传算法，结合并行计算技术，实现了对螺旋天线的自动设计。在轴向模辐射，螺旋轴长80cm内和频率为600MHz的条件下，设计了增益高达12.68dB的均匀螺旋天线，比传统设计方法高3.28dB；在400～800MHz的频带内，对变形螺旋天线之一的锥削螺旋天线做了高增益设计，平均增益达12.28dB；对锥削螺旋-圆锥喇叭天线进行了优化设计，得到了比普通螺旋天线更佳的辐射性能。这些设计结果都是传统天线设计方法难以完成的，表明自动设计具有比传统天线设计方法更大的灵活性和更强的设计能力。     

光子学逆向设计研究进展（特邀）

人工设计的光子学器件在现代光学的各个领域都有广阔的应用前景。传统光子学器件的设计通常是基于已知的物理模型，然后通过数值模拟方法对结构进行优化设计。由于器件结构很大程度上依赖于先验模型，所以传统优化设计的自由度是有限的。随着近年来对高性能光子学器件需求的日益增长，具有更高设计自由度的逆向设计方法得到了快速发展。逆向设计方法打破了传统方法的设计局限性，可以在全参数空间中实现高效的参数优化，因此更可能得到具有极限性能的器件结构。本文总结了光子学器件逆向设计的常用方法，并给出了逆向设计在各个光子学领域中的具体应用。随着计算机科学的不断发展，逆向设计方法展现出无与伦比的潜力，有望在各个光学领域中实现更高自由度的光场调控。     

基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计研究

提出了基于多项式拟合Wassermann-Wolf曲面设计共形光学系统的设计方法，并给出了完整的设计结果.共形光学系统要求导弹整流罩具有流线型几何外观以减少空气阻力，其次考虑导引头的光学系统设计，所以共形整流罩引入的像差通常高达几十甚至一百个波长量级，为导引头光学系统的设计带来了极大的困难.通过多项式拟合Wassermann-Wolf曲面提供共形光学系统初始结构，建立Zernike多项式特殊优化函数取代传统的光学系统评价函数，克服了用传统光学设计方法设计共形光学系统时系统评价函数收敛缓慢的问题，实现了共形光学系统的设计.设计结果表明，系统的调制传递函数在整个目标视场范围内达到了衍射极限.     

燃气轮机总能系统特性模拟与优化的新思路探讨

符号表a，b时间区限e如燃烧室效率土时间。fco压气机设计效率Gi（t）即时燃料量ti。设计进气温度efto透平设计效率H。燃料热值取。t全工况效率ef。机械效率Ne（t即时功率。压比efe发电效率风设计进气压力1前言对热力系统及其部件特性的研究，前人已作了很多工作，但多以设计工况下的机组的热力性能与经济性来考虑设计和应用选型等问题，由于种种变工况因素，在设计工况下，机组的热力性能参数匹配及其它性能指标可能处于优化区域，而实际运行中，却处于非最佳运行工况。鉴于上述分析，对装置除了解其设计工况的性能外，还必须对其变工况乃…     

风力发电机叶轮的数值优化设计法

１引言目前，在风力机叶轮的气动设计方面，还没有其系统的设计模型和方法，只有一些针对某一方面的模型，这些模型还无法规纳成一套可靠的系统的设计模型［１］，Ｇｏｕｒｉｅｒｅｓ在他的风力机设计理论的书中也只能介绍几种简化的有关设计模型［２］。所用的设计方法主要还是以经验设计为主，不是全面系统地考虑叶轮的各种影响因素，如Ｈａｂａｌｉ［３］在他的设计工作中主要考虑了叶片翼型对叶轮运行的气动作用，ＶＯｕｔｓｉｎａｓ［４］只是对偏航工况下叶轮的气动特性及操作进行了分析研究，文献［５］也仅对叶轮功率等气动特性进行…     

OCAD与其他光学设计程序及应用软件的链接和互动

介绍了OCAD(optical CAD)光学设计软件包与国内外其他著名光学设计软件，如美国ORA公司的CodeV，Focus Software公司的Zemax，还有OSLO、LENSVIEW、ASAP和TRACEPRO等，以及国内SOD 88等的链接及互动方法。指出OCAD光学设计软件包本身不仅具有光学设计软件最基本的功能，而且可以利用自身功能界面随时调用上述软件程序为其所用，做到各程序间有效链接，行为互动;OCAD光学设计软件包还可以和文字处理及工作报表等通用程序，如Word和Excel等程序进行链接和互动。针对我国光学设计和光学制图的国家标准，部颁标准及企业标准推出了面向国内的OCAD光学设计软件包。提出目前国内外有关光学设计软件的功能及特点已非常丰富，没必要重复研制内容相同的新软件，只有针对自身的特殊需要研制一些专用应用软件即可。     

基于深度学习的低频宽带隔声器件设计*

在实际应用中，通常需要将多个声人工结构单元进行组合来实现低频宽带的隔声降噪。这种组合结构往往参数较多，传统的设计方法很难对其进行高效的自动化设计。本文在集总参数模型的基础上，提出了一种基于深度学习的低频宽带隔声器件设计方法，并基于该方法完成了由9个二阶亥姆霍兹共鸣器单元组合而成的低频宽带隔声装置的设计。仿真结果表明，该隔声装置在158 Hz~522 Hz范围内均具有良好的隔声效果，从而验证了所提出方法的有效性。与传统方法相比，本文所提出的设计方法不仅减少了对设计者专业知识和设计经验的依赖，而且具有更高的设计效率，更强的通用性，未来有望进一步推广至其他声人工结构的设计领域。     

基于边界逆向优化算法的任意分光比耦合器设计

光子集成技术的高速发展对功能器件的设计效率提出了较高的要求。逆向设计利用优化算法实现器件结构的智能设计，从而可有效降低设计复杂度，提升设计效率。利用基于伴随法的逆向设计算法对硅基平台上的光耦合器进行结构设计，通过优化器件的边界形状，实现了高效率、任意分光比输出。仿真验证了三种1×2光耦合器的性能，其分光比分别为1∶2、1∶4和1∶8(3 dB、6 dB和9 dB)。器件的设计尺寸仅为4μm×2μm，且可以通过一步刻蚀完成。在1550 nm波长处，所设计的耦合器均可达到设计目标，且最大插入损耗仅有0.12 dB。在1500～1600 nm波长范围内，三种耦合器的分光比相对于设计目标的误差均保持在±1 dB以内，并且三种耦合器的插入损耗均低于0.28 dB。针对制作工艺误差等问题，对器件的制作容差进行了分析。结果表明，当耦合器的整体宽度变化±20 nm时，三种耦合器在1550 nm波长处的分光比的误差仍能保持在±1 dB以内。此外，制造了分光比为1∶2的耦合器，且实验结果符合设计目标。     

物理实验怎祥开展设计性实验

本文结合教学实践，对如何在物理实验中开展设计性实验等问题进行了讨论，认为在物理实验中先少量地进行一些实验方法，实验技能方面的专项训练，能较快提高学生的科学实验能力，可使学生顺利完成设计性实验，更好地发挥设计性实验的功能，达到其教学目的，并对设计性实验开设后的收获和体会进行了总结。     

基于虚拟环境的驾驭式动态设计

动态设计是结构设计领域的重要内容和前沿课题，借此可以有效改善设备的动力学性能，但是传统的动态设计是一种被动式设计方法，设计人员与计算机之间缺乏信息交互能力，不能充分利用设计人员的智能。     

LCoS背投光学引擎中变焦投影物镜设计

设计出变焦投影物镜，能满足相同光学引擎、相同屏幕位置下不同屏幕尺寸的需要。考虑到所设计的系统为大相对孔径、中等视场和小变焦比，从变焦理论出发，采用正组补偿的机械补偿法，对变倍组进行合理的倍率选段，求出了高斯解；然后分组元选用合理的初始结构，利用ZEMAX光学设计软件进行优化设计，解决了变焦系统畸变难以控制的问题，并使用调制传递函数对整个系统进行了综合评价。设计结果表明：该变焦投影物镜系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求，能应用于101.6～177.8cm的大屏幕电视。     

工程学科研究进展

1工程设计技术 开展了钻地弹的力学设计研究，指导钻地弹的结构设计和找寻合理的动能侵彻弹型；开展了机电一体化实验装置设计，为机电产品提供一个可操近代的软硬件平台；工序图采用CAD系统设计，可缩短工序图绘制时间，同时简化及标准化工序图的绘制；基于实体模型的计算机辅助夹具设计，减少了设计人员的劳动强度，提高了夹具的设计质量；设计了幅度可控的六自由度浮动装配台，实现了工件自适应调姿，满足了装配要求。     

宽温度范围双层衍射元件优化设计及应用

建立了环境温度对双层衍射元件衍射效率影响的数学模型，给出高衍射效率衍射元件的优化设计方法。通过选择宽温度范围内设计波长对，计算衍射元件微结构参数，确保双层衍射元件在基底材料确定的情况下仍具有高衍射效率，发现混合成像光学系统具有最佳像质。最后设计了一套含有此双层衍射元件的中波红外混合成像光学系统。结果表明，与传统设计相比，本文方法能够有效地改善混合成像光学系统的无热化设计像质，设计结果更好。     

接地孔效应前置的微带交指滤波器设计

微带交指滤波器通常需要使用接地孔接地，传统的设计方法是在整体建模时再考虑接地孔的影响，导致了接地孔的个数、大小、位置都不确定的多因素、多水平问题，因此可以在设计过程中提前考虑接地孔的影响来避免这些问题。以Ka波段滤波器为案例，分别使用了传统的奇偶模阻抗法、耦合系数和外部品质因数法以及在设计过程中考虑了接地孔的改进方法进行设计。初始设计结果显示，传统方法的中心频率发生偏移，并且其他参数与设计指标相差甚远，而改进方法的中心频率、通带范围以及带外抑制满足指标要求，并且最大插入损耗为3.08 dB，最小回波损耗为10.08 dB，有利于减少后续迭代次数。     

基于LabVIEW空间瞬态光信号处理技术

分析了待探测的瞬态光信号、背景光信号和高频干扰信号频率的特性,利用LabVIEW软件平台设计虚拟仪器，进行信号处理和分析.设计了数字滤波器，对采集到的信号进行数字滤波，对滤波后的目标信号进行谱估计，得到功率谱密度.试验结果表明，该方法设计简单，运行可靠，滤波效果显著.     

高分辨率超低畸变航天光学成像系统设计

在航天空间交会、对接等高精度定位应用中需要光学成像系统具有高分辨率、低畸变、大视场的特点，为此设计了一种满足上述要求的航天物镜。采用复杂化的双高斯结构形式进行准像方远心光路设计，系统由9片透镜组成，并采用耐辐射玻璃材料减少离子辐射的腐蚀性；采用滤光片避免短波辐射对系统的影响，引入非球面提高成像精度，最后对成像物镜进行了公差分析。设计的系统焦距为24 mm，相对孔径为F/2.2，工作波段600 nm~800 nm，全视场角为35°。设计结果表明，采用该方法设计的物镜在128 lp/mm处各视场传递函数值均大于0.3，畸变值为0.007 2%，达到设计指标要求。     

用OZSAD软件实现复合式变焦凸轮曲线优化设计

变焦距光学系统凸轮曲线设计是保证光学系统变焦精确、平滑和驱动力均衡的关键。以2运动组元变焦系统的牛顿法变焦推导公式为依据，分析等间隔设计和等角距设计凸轮曲线方法的特点，结合EBA20X10光学镜头设计实例，探讨了结合2者优点实现复合式凸轮曲线优化设计的方法。文中等间距是指变倍透镜组沿光轴的移动量与凸轮转角呈线性关系，凸轮曲线沿圆周展开为直线；等角距是指系统焦距与凸轮转角呈线性关系。最后介绍了可实现3种凸轮曲线辅助设计的软件工具OZSAD V1.2。设计结果表明，该设计方法可以降低凸轮曲线压力角，减少总展开角及加工点对数，还可保证凸轮的设计精度。     

利用CODE V设计含有自由曲面的光学系统

由于自由曲面灵活的空间布局和设计自由度，使光学系统的结构得到了简化，像质得到了提高。本文通过设计实例详细介绍了在光学设计软件CODE V中运用用户自定义面型UDS（user defined surface）的功能和计算机动态链接库DLL(dynamic link library)软件技术设计含有自由曲面光学系统的方法。通过利用此方法设计了球面和锥面光学系统，验证了其准确性和可靠性。并且利用此项技术设计了含有自由曲面的光学系统，使光学系统达到了质量轻、体积小的设计目标。此项技术扩充了CODE V软件的功能，有效地拓宽了CODE V计算复杂面型的能力。     

基于综合法的用于灭菌加速器的电子枪设计

 从优于传统的图解法和缩尺法的角度，简要介绍了用于设计收敛型皮尔斯电子枪的“综合法”。采用综合法重新设计了现有的用于灭菌加速器的热阴极电子枪，并对应用综合法的合理性进行了讨论。依据综合法给出电子枪的主要参数初值，由EGUN程序进行电子枪模拟计算，完成了聚焦极和阳极形状的设计。最终设计了出口束流强度1A，电流密度较均匀，归一化发射度小于4mm·mrad的电子枪，符合实际工程需要。