核热运载器作为一种具有革命性潜力的航天运输工具，能够显著降低空间轨道运输的任务规模或提升运输能力。简要介绍了美国和俄罗斯（苏联）的核热运载器研发历程，分析了其走向工程应用所面临的发展挑战。设计了适用于核热运载器的地月往返重复运输和载人火星探测运输的任务剖面，从工程应用角度，研究了核热运载器总体优化、大功率核热火箭发动机、核安全设计与辐射防护等关键技术问题。最后，建议加强核热运载器关键技术攻关，推进非核与带核试验能力建设。

针对高超声速滑翔飞行器气动总体优化设计与评估，提出一种基于㶲理论的总体性能评价方法，构建覆盖总体、气动、防热、控制与结构等多学科耦合的㶲耗散方程，将气动效率、操稳特性、弹道机动等异质指标融合为单一物理意义明确的㶲损特征量，实现多维度性能协同权衡的量化评估。以类HTV-2升力体外形为优化研究对象，以㶲损最小为目标开展气动布局优化设计，分析了㶲损和升阻比作为优化目标的差异。基于㶲平衡方程，对㶲损分析在高超声速滑翔飞行器气动总体设计中的潜在应用进行了分析。研究表明，该方法可在方案阶段快速识别性能瓶颈，支撑多学科优化设计，为高超声速飞行器总体设计提供新的理论工具与评价范式。

针对某姿控电磁阀所处的高温环境，对电磁阀主要受影响性能进行仿真分析，并开展电磁阀的高温环境试验，通过仿真分析及高温试验得到：高温环境下，阀芯非金属变形膨胀导致衔铁运动行程减小甚至无行程，电磁阀无法正常工作；氧化剂对阀芯氟塑料FEP有一定的溶胀效应，导致氧化剂路电磁阀可靠工作温度低于燃料路电磁阀。通过采取增大衔铁运动行程和采用PFA材料阀芯的措施，能够提高电磁阀的高温环境适应性。

为优化火箭固体发动机热结构，合理设计内绝热层厚度，需要对固体发动机绝热层烧蚀形貌进行准确有效的测量。采用三维扫描技术测量固体发动机绝热层烧蚀形貌，其中针对固体发动机绝热层缠绕特性以及壳体的圆柱筒段特性提出了相应的三维激光扫描策略以及固体发动机三维数据处理方法，实现了对于固体发动机绝热层烧蚀形貌的三维数据描述，并且可以得出相应的绝热层烧蚀量。该方法相较于传统的固体发动机绝热层烧蚀厚度的测量更加智能、全面以及高效，在绝热层烧蚀形貌测量方面有较大应用前景。

为实现姿控发动机未来高性能和高可靠性的设计目标，开展姿控动力系统动态特性研究具有重要的科学和工程价值。基于AMESim数值仿真软件对MMH/NTO双组元姿控动力系统开展了动态仿真方法研究。首先，根据系统方案确定了各部组件的动力学模型。随后，通过AMESim搭建了各部件的仿真模块，形成了全系统仿真模型。最后，对多推力室脉冲交互工作过程开展仿真，分析了系统运行期间各推力室压力、流量等关键参数的变化，验证了系统建模方法的可靠性，并对单向阀开展了稳定性分析，讨论了工作参数和结构参数对阀门稳定性的影响。结果表明，姿控动力系统能够准确模拟贮箱增压、多推力室脉冲交互工作等过程，单向阀入口压力及节流面积对系统稳定性均有显著影响。研究建立的姿控动力系统动态仿真方法能够用于开展系统响应特性以及稳定性研究，相关方法能够为未来姿控系统方案设计及动态特性研究提供参考。

为了研究火箭发动机悬臂涡轮泵转子的动力学特性，分别采用三维实体单元、二维梁单元建立转子动力特性有限元模型开展动力特性分析，获取转子叶轮、涡轮对不平衡的敏感程度，在高速旋转试验器上进行了转子高速动平衡试验研究，结果表明有限元模型很好地反映了转子真实动力特性，计算误差均不大于5%，相比于二维梁单元模型，三维实体单元模型的计算精度更高；转子对涡轮上的不平衡最为敏感，为高速动平衡试验时平衡面的选取提供了参考；高速动平衡后，转子在临界转速下的振幅降幅不低于70.27%、弹支应力降幅不低于84.38%，动平衡效果良好。研究为悬臂涡轮泵转子动力学特性分析和高速动平衡试验提供了参考。

航空阀用直流电磁铁作为控制和动力系统的重要部件，其吸力特性是电磁铁设计的关键因素。以航空阀用直流电磁铁中的隔磁环电磁铁作为研究对象，在ANSYS Maxwell中建立二维有限元模型，并给出磁场分布，分析气隙、隔磁环参数、衔铁长度对电磁铁吸力特性的影响。在此基础上，分别应用两种优化方法对电磁铁不同位置处的吸力进行多目标设计：一是采用正交试验法，对影响电磁铁吸力特性较为明显的因素进行主次分析；二是采用优化软件Optislang，对各因素进行灵敏度分析和基于进化算法优化设计。最后对两种方法吸力特性的改善效果进行了对比分析，结果表明，采用Optislang优化更符合电磁铁吸力要求。

加注计量精度对于航天发射任务的成败至关重要。针对中国发射场加注系统流量计标定方法的不足，提出了一种基于火箭贮箱I液位的加注系统流量计在线标定方法。该方法在初始K系数基础上，通过火箭贮箱I液位对流量计进行标定，计算得到地面加注系统流量计K系数。计算验证结果表明，通过该方法可以提高火箭推进剂加注四氧化二氮的计量精度，这对确保火箭发射圆满成功具有重要意义。

气液联合快速举升液压系统是一种采用气驱油源和电机泵源共同驱动的新型大流量举升液压系统，能够大幅度提高举升速度。对气液联合快速举升液压系统进行故障分析和可靠性分析，以举升到位冲击振动过大故障为例进行故障树分析，采用联合仿真的方法对系统典型故障进行仿真分析，研究故障原因与故障现象间的关系，揭示故障的影响及危害，并针对系统故障提出一些改进措施，有效地提高了系统的可靠性。

扭矩限制器是一种保证机械设备在安全载荷工况下有效运行的物理保护装置。常规工程设计通常采用静态设计和校核方法，通过实物样机进行优化迭代，研制周期长、成本高。面向某型号小型化扭矩限制器的需求进行设计仿真与组合参数优化。首先，根据钢球斜面脱出原理及要素建立数学公式并设计三维结构，识别出影响扭矩限制器性能的关键参数；其次，对扭矩限制器的传扭特性和结构强度进行仿真，利用Hertz接触理论验证了部分强度仿真结果的准确性；再次，使用正交试验法对其主要结构参数进行优化与评估，得到了最佳的参数组合；最后，根据优化前后的模型生产了两种原理样机，通过静态脱开试验验证了其在静载荷下脱开扭矩的精准度。

高速离心泵在工业和航空航天中被广泛应用，其性能受诱导轮和叶轮叶片数匹配的影响。为研究这一匹配关系对泵性能的影响，使用ANSYS-CFX软件基于RNG k-ε模型进行数值模拟，并通过外特性试验验证数值计算的准确性。通过分析诱导轮叶片数为3、4，叶轮叶片数为5、6、7的6种组合，发现在叶轮叶片数固定时，增加诱导轮叶片数能提升小流量时的扬程，但在大流量时降低扬程；而保持诱导轮叶片数不变时，增加叶轮叶片数有助于提高扬程，尤其在大流量下更为显著。试验结果表明增加诱导轮叶片数会扩大空泡分布范围，而改变叶轮叶片数对空化性能的影响较小。

针对卫星需要在特定时间间隔内过顶地面目标或执行对地目标观测的应用背景，开展满足重访时间需求的Walker星座方案设计，构建卫星对地覆盖性模型，设计卫星过顶地面目标、星载圆形/矩形视场探测器观测地面目标时间窗口的计算方法。在此基础上，提出一种以最小卫星数目满足重访时间需求的Walker星座方案设计算法。针对3类工况开展仿真分析，算法结果与STK相比，重访时间的平均误差不大于1.1 s，验证了模型及算法的准确性、合理性。相关研究成果可为对地观测星座方案设计提供参考。