目前研制的基于体硅工艺的微加速度计存在着启动时间较长,启动漂移量较大的问题,难以满足某些需要快速启动的应用。为了减少微加速度计的启动时间,对微加速度计的启动漂移特性进行了研究。分析了启动过程中微加速度计表芯自身发热,驱动和检测电路的发热的热传导和电路参数漂移的影响,并建立了包括电路的微加速度计有限元模型进行热仿真分析,为了验证分析的结果设计了内嵌热敏电阻的微加速度计,最后通过一系列的实验验证了微加速度计启动漂移主要是由于电路发热热传导和时间漂移共同作用所致。

本文提出一种基于容差分析的微机械陀螺稳健设计方法,开发了相应的稳健优化设计流程.该方法采用估算目标函数和约束的名义值与扰动值来定义系统稳健性,同时将最坏情况容差作为设计参数的扰动.在集成了器件建模和优化工具的设计环境中开发了相应的自动化设计流程,可用于微机械陀螺的结构设计.优化算法使用遗传算法.讨论了不同的稳健设计方法,结果表明本文的方法能以合适的计算成本获得高质量的结果.系统敏感性分析表明,稳健优化设计结果对误差是不敏感的.采用蒙特卡洛分析检验稳健设计的产出率,结果表明有88%的试验样本是可接受的,而对于确定性优化,仅有50%的可接受样本.微结构已经采用键合-深反应离子刻蚀工艺加工出来.

提出了一种检测模态解耦的z轴微机械陀螺,其检测模态被约束为1自由度振动,可抑制驱动模态的影响,降低不期望的检测模态偏置,并使用双质量结构在降低模态耦合的同时获得了较好的模态频率匹配。为满足驱动和检测模态自由度约束要求,使用了U形支撑梁。采用反应离子深刻蚀工艺制作了高深宽比结构层,获得了较大的验证质量,抑制了器件的机械热噪声,提高了陀螺分辨率。加工的陀螺面积为2 100μm×2 100μm,厚度为60μm。采用真空封装,获得了较高的机械品质因子。测试结果表明,驱动和检测模态的品质因子分别为2 000和1 800,机械热噪声为3.76（°）/h.Hz21。在±200（°）/s的量程内,刻度因子为21mV/（°）.s-1,非线性度为1.426%FS,1h内测得零偏稳定性为0.057 9（°）/s。

仿真和实验研究了一种控制Nd：YAG脉冲激光能量通断的光纤直接连接型光开关。建立光纤耦合模型,分析了光纤对准误差中对耦合效率的影响,其中横向偏移的影响最显著。采用微机电系统V型槽固定光纤,微小型凸轮作为制动器,步进电机驱动凸轮旋转,微小型凸轮与移动光纤相切,带动光纤移动,实现两光纤的错开和对准。制造了这种高功率直接连接型光纤光开关原理样机,并进行了主要性能测试。测试结果表明,这种光开关能够满足激光点火系统的大容量、高隔离度的要求。

根据双端固定音叉谐振器的动力学原理，建立了其参数模型。该模型基于MAST语言，包含几个子模型，模型有利于验证外围电路和减少计算时间。对于工作谐振模态频率的求解，解析计算和有限元仿真结果一致（相对误差小于1％）。通过模态分析和结构参数敏感性分析提出合理的选择参数可以使工作模态频率远离高阶模态频率，减少音叉梁固接端的弹性系数有利于抑制低阶模态的扰动。结构参数敏感性分析表明工作频率随音叉梁长度增大而减小，随其宽度的减小而增大，结构厚度对频率不产生影响。

为了在总体上把握硅微加速度计的设计，建立了叉指式硅微加速度计的机械模型，研究了全差分二阶∑-△ADC接口检测电路提取加速度信号，优化了开关电容电路来检测微小电容变化量，运用微机电专用设计软件CoventorWare对系统的机电混合模型进行仿真，并给出数字和模拟的分析结果，为加速度计系统的机械部分和电路部分的设计提供整体的更接近实际的设计参考。

微惯性器件的性能首先取决于其挠性支承结构的力学性能。高精度微惯性器件的需求与微加工的普及，使得微惯性器件的挠性支承结构趋向复杂，但主要体现为组合复杂性，提出了矩阵解析建模方法，论述了该方法的基本概念、刚度矩阵与弹性矩阵的坐标系变换和集总计算等问题，并结合实例简要说明了应用矩阵解析建模方法的基本步骤。

高速飞行器在飞行过程中防热层烧蚀形成的粗糙表面会影响飞行器的气动特性。针对该问题,对烧蚀表面的近壁流动数值模拟方法进行了研究。采用等效砂粒粗糙度和粗糙函数相结合的方法,对粗糙表面形貌以及对边界层湍流流动的影响进行表征。基于高速粗糙平板风洞试验,开展了3种粗糙壁面湍流模型的数值模拟和验证。最后,以10°尖锥标模外形开展了不同壁面粗糙条件下的流场数值模拟,分析了壁面粗糙对气动特性的影响。研究结果表明,壁面粗糙会对法向力系数、轴向力系数和压心系数产生较大的影响。

轴流风机的设计过程需要反复验证,并针对原设计的不足之处进行改进,为了使叶轮与电机能相互匹配,基于风机气动设计流程设计了风机的叶轮,并采用变冲角分布策略改进了单一冲角分布策略。根据风机的设计需求等约束条件,快速获得叶片各基元级的一维几何参数。建立叶轮三维模型后,通过CFD仿真验证气动特性。利用三维打印技术对仿真结果达标的模型进行打印,并借助风机气动性能实验平台进一步验证模型。实验结果表明,变冲角叶轮的性能优于单一冲角叶轮,该风机设计方法具有实用性和可靠性,采用的设计流程具有工程应用价值。

基于乘波体（Waverider Vehicle，WRV）外形利用多平面设计方法生成了一种多平面升力体（Multi-planar Lift-body Vehicle，MLV），针对乘波体和多平面升力体利用仿真方法开展了气动/隐身性能研究。基于层流方程的数值计算发现与乘波体相比，多平面升力体最大升阻比减小10%，最大升阻比减小量较小;纵向焦心和航向压心相对前移，质心系数取0.55时，纵向静稳定裕度较小，小攻角时需进行静不稳定控制，航向静稳定裕度较大，侧滑角未对升阻比和纵/航向静稳定特性产生明显影响。基于物理光学法（Physical Optics，PO）的雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）仿真计算发现多平面升力体可以实现RCS的整体减缩，在俯仰角60~120°，偏航角-10~10°范围内RCS较大，飞行过程中可通过姿态控制避开此区域。研究结果表明:多平面方法生成的多平面升力体具有较好的气动和隐身...