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《空天飞行器的若干重大基础问题》2002年项目申请指南

日期 2002-05-29   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  本重大研究计划围绕空天飞行器研究中的重要科学问题,通过多学科交叉研究,增强我国航天航空飞行器研究的源头创新能力,为我国未来空天飞行器的发展奠定技术创新的基础。

一、科学目标

  通过力学、物理学、化学、数学、生物学、材料科学、工程科学、信息科学等相关基础学科在空天飞行器基础研究问题上的交叉,根据空天飞行器高超声速、高机动、高温、高速、高隐身、超高强韧和高精确控制的发展需求及核心科学问题,在基础理论和实验的源头创新上有所突破。

  针对空天飞行的高超声速要求,提出适用于高超声速飞行器的空气动力新概念;针对空天飞行器的高机动飞行,研究适合这类飞行器的新流型和自适应流动控制原理;针对空天飞行的高隐身要求,发展电磁波―复杂介质―空气绕流的耦合效应理论,建立兼具雷达、红外隐身与最佳气动性能的飞行器构形原理;针对空天飞行的长航程要求,发展适用于高超声速飞行器动力要求的超声速燃烧的科学原理;针对空天飞行器的超轻质、高强韧、防热、抗冲击结构一体化要求,探索创新构形原理,发展多功能拓扑优化和材料―结构协同设计的理论和方法;针对高精确度和高可靠性的要求,提出和发展智能自主控制和多场耦合的理论与方法;建立适用于空天飞行器的多尺度算法和精细实验测量方法。

  通过项目的实施,形成空天飞行器研究所需求的新的科学生长点,为我国航天航空发展培养具有探索精神和创新思想的人才。

二、研究内容

(一) 高速、高机动飞行中复杂流动机理研究

  1. 可压缩层流到湍流转捩的机理、预示和推迟转捩的理论和实验方法;可压缩湍流的结构理论和精细实验研究;三维非定常可压缩复杂流动中湍流模式理论及实验研究;可压缩湍流的数值模拟方法。
  2. 分离流动产生的物理条件和演化机理;非定常涡破裂的特性、非对称涡破裂的机理,非定常分离和涡破裂的控制方法;非定常流动的高精度数值模拟方法和实验技术。
  3. 生物和微型飞行器飞行的特征和机理、流动规律及流动控制。

(二) 高温、高速条件下气流的燃烧,热力学和化学非平衡流动

  1. 超声速来流条件下,增强燃烧掺混、雾化、点燃和燃烧稳定的方法、机理及控制;推进器燃烧系统热―声耦合引起的燃烧不稳定性机理。
  2. 超声速条件下化学反应动力学的行为、反应模式、反应速度常数及相互作用机制;热力学、化学非平衡流动中的湍流模式,高精度、高分辨率、高效率的数值模拟和实验技术。
  3. 空天飞行器再入过程的高温高速热力学、化学非平衡流动及最优布局原理。

(三) 轻质、强韧、抗撞击、防热结构及其材料一体化设计的理论和方法

  1. 根据空天飞行器对结构和材料的特殊功能要求,兼顾材料微结构设计和结构几何优化的一体化优化,提出轻质强韧结构的创新构型;组合结构及多功能耦合系统的设计优化理论和方法。
  2. 兼具轻质、强韧、抗撞击、防热的材料体系探索。
  3. 非均质介质的新的侵彻现象;新型轻质强韧材料的抗撞击研究与细观结构影响。

(四) 空天飞行器的智能自主控制与智能结构的失效防范

  1. 空天飞行器的智能自主控制理论和方法、可变参数复杂结构的高可靠性、强适应性控制及智能结构的分布式高效主动控制。
  2. 力、电、磁、热多场耦合下的典型智能材料及其复合材料的宏细观本构关系、破坏过程机理与防范的理论和数值仿真方法。
  3. 流动和结构的微自适应控制和MEMS器件用于宏观尺度控制的机理;微系统特有的效应、动态失效机理和模式、智能故障监控与安全管理的理论和方法。

(五) 电磁波、复杂介质和空气绕流对隐身性能的耦合效应

  1. 飞行器气动与隐身性能的协同优化理论与方法。
  2. 等离子体隐身的机理研究;新型吸波/透波材料的量子尺寸效应、表面效应和吸波的关系;微米波下微米/纳米颗粒及多层膜的电磁协同效应。
  3. 红外隐身的新原理和途径;推进系统的雷达与红外综合隐身的设计原理和方法。

(六) 多尺度计算

  1. 含宏观、细观多重结构的多尺度级进计算;材料强韧化和抗冲击问题的跨层次计算。
  2. 流动的多尺度特征、尺度间的相互作用理论及其方法;复杂多尺度流动计算的刚度问题;稀薄气体特性,从连续流区到过渡流区、自由分子流区各流域气动问题的气体运动论统一算法。

三、申请注意事项

  本研究计划前5年经费预算为4000万元,按4年计划拨款。其中2002年计划使用1200万元。

  申请者应在本重大研究计划的指南范围内申请,还鼓励围绕《计划》的科学目标提出具有原创性的新概念、新思路和新方法的申请。申请书要突出拟申请研究项目的特点,强调学科交叉。本年度侧重启动面上项目,其经费平均资助强度高于一般面上项目的平均资助强度,研究期限一般为三年。

  申请者请注意,国家自然科学基金委员会规定,申请者以及项目组中具有高级专业技术职称的主要成员,申请和承担重大研究计划的项数限为一项。此外,申请者还须注意符合国家自然科学基金委员会其他限项规定。

  申请者必须填写《国家自然科学基金申请书》,并在申请书封面右上方标明“重大研究计划”和“空天飞行器的若干重大基础问题”字样,“申报学科”栏由申请者自行选择并填写。

  由数理科学部、化学科学部、生命科学部、工程与材料科学部、信息科学部组成的联合工作组负责本重大研究计划的受理申请。项目申请书及简表信息软盘交数理科学部综合处。

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