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“近空间飞行器的关键基础科学问题”重大研究计划2012年度项目指南

日期 2012-05-24   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  近空间飞行器的发展涉及国家安全与和平利用空间,是目前国际竞相争夺空间技术的焦点之一,是综合国力的体现。本重大研究计划围绕近空间飞行器研究中的重要科学问题,通过多学科交叉研究,增强我国近空间飞行器研究的源头创新能力,为我国未来近空间飞行器的发展奠定技术创新的基础。

  一、科学目标

  以30~70公里中层近空间的高超声速远程机动飞行器涉及的关键基础科学问题为核心,以跨学科的创新理论和源头创新方法为手段,以期在近空间飞行环境下的空气动力学、先进推进的理论和方法、超轻质材料/结构、热环境预测与热防护、高超声速飞行器智能自主控制理论和方法等方面实现如下目标:在前沿领域研究方面,形成近空间飞行器关键基础科学问题的创新理论与方法,在国际上占有一席之地,为国家相关技术的形成与发展提供理论与方法基础源泉;在技术方法的源头创新上有所突破,提升我国在相关领域的自主创新能力,支撑相关技术的跨越式发展;在该领域聚集和培养一支站在国际前沿、具有理论和源头技术创新能力的优秀研究团队,促进该领域若干个跨学科的基础研究平台的形成,支撑我国近空间飞行器技术的可持续发展。

  二、核心科学问题

  (一)近空间飞行环境下的空气动力学。

  (二)先进的推进理论和方法。

  (三)轻质、耐高温材料/结构与热响应预测及热防护。

  (四)高超声速飞行器智能自主控制理论和方法。

  三、2012年度拟资助的研究方向

  本重大研究计划2007年启动,至今已资助“培育项目”111项、“重点支持项目”21项和“集成项目”3项。根据前期资助布局和整体发展的需要,经指导专家组研究决定,中后期资助和实施重点:一是加强多学科深度集成研究,进一步推动学科交叉与实质性的合作,以达到近空间高超声速飞行器多学科、一体化研究的目的;二是促进实验技术和模拟验证的研究,以提高对科学问题、物理现象的深入认识,发展和验证基础研究成果,加强基础研究成果的转化能力;三是针对目前研究薄弱、资助力度不够和急需解决的问题给予重点支持;四是对取得进展、还需进一步深入研究的“培育项目”、“重点支持项目”和“集成项目”予以延续资助。

  按照本重大研究计划的总体部署,2012年度拟资助的“重点支持项目”和“集成项目”情况如下:

  (一)“重点支持项目”的研究方向。

  1. 近空间高速飞行器动稳定性研究。

  针对近空间高速飞行器的飞行环境和高升阻比构型特点,开展飞行器高速机动飞行动稳定性判据理论研究,发展空气动力学与飞行力学耦合一体化数值模拟方法,开展动稳定性判据与数值模拟方法的风洞实验验证研究。

  2. 气动热与非烧蚀防热材料耦合机制与建模研究。

  近空间高超声速飞行出现复杂的气动物理效应,并与飞行器表面材料产生强烈的耦合,发展考虑化学非平衡、高温气体等效应的气动热环境预测方法,分析防热材料表面性能演化导致壁面状态变化对气动加热的影响,探索气动热环境与表面高温材料之间的复杂化学和热力学耦合作用的表征、建模和控制理论和方法。

  3. 高超声速飞行器结构多学科设计、分析与优化的理论和方法。

  高超声速飞行器具有一体化的本质,在不同学科间有着强烈的非线性耦合。结合气动、推进、材料与结构、控制等多学科的研究成果,给出相关学科模型及其置信度描述,建立近空间高超声速飞行器结构的多学科设计、分析和优化理论体系框架,为高超声速飞行器设计和工程研制提供重要的基础理论和方法。

  4. 高温环境下的结构多场耦合动力学。

  针对高温环境下的翼面、热防护结构,建立结构变形与温度场、流场等耦合的动力学模型;提出含不确定性的结构动力学分析和模型修正方法;提出多场耦合动力学的高效计算方法;分析非定常热环境、装配非线性等因素对结构动力学的影响;发展考核数值计算结果的实验方法。

  “重点支持项目”的申请应紧密围绕近空间高超声速远程机动飞行器的主题,针对以上研究方向自主选题。项目组主要参与者中具有高级职称的研究人员应不少于5名。拟资助“重点支持项目”4项,资助项目总经费约1200万元。

  (二)“集成项目”的研究方向。

  1.近空间飞行器“气动/推进/结构”耦合问题研究。

  探讨飞行器气动布局、气动特性与推进系统构型及参数的匹配规律,建立机体/推进一体化的进排气系统优化设计方法;发展燃烧/传热/结构多物理场耦合一体化设计分析方法,探索高性能的热结构设计与制备方法;进一步发展地面/飞行实验相关的测量、评估方法。

  2.超高温氧化环境下高温热防护材料与结构的多参量实验集成方法和技术研究。

  开展高温环境下热∕力∕氧化等多参量实验集成方法研究,发展高于1500℃的新型传感与非接触测量的检测原理和方法,获取极端环境下多因素耦合作用的试验信息,测量与表征耐1500℃以上的各种新型超高温材料与结构的力-变形曲线以及力/热/氧化关键参量和性能,提升极端高温氧化环境下超高温材料与结构实验方法和技术的创新能力。

  3.面向控制的近空间高超声速飞行器动力学建模与验模。

  集成气动和控制方向的研究成果,研究真实描述近空间高超声速飞行器特性的动力学和飞行环境的建模方法,恶劣实验条件下的动力学模型验模新方法,模型中气动参数的获取与处理方法,给出面向控制系统设计的飞行器动力学模型及其可信度评估,为飞行器特性分析、飞行控制系统设计奠定基础。

  “集成项目”应在前期“培育项目”和“重点支持项目”成果的基础上,采用项目群的方式进行整合研究。拟资助“集成项目”3项,资助项目经费约750万元。

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