國(guó) 家 自 然 科 學(xué) 基 金

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1、附件2：重大研究計(jì)劃“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”2007年度項(xiàng)目指南近空間飛行器的發(fā)展涉及國(guó)家安全與和平利用空間，是目前國(guó)際競(jìng)相爭(zhēng)奪空間技術(shù)的焦點(diǎn)之一，是綜合國(guó)力的體現(xiàn)。本重大研究計(jì)劃圍繞近空間飛行器研究中的重要科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)多學(xué)科交叉研究，增強(qiáng)我國(guó)近空間飛行器研究的源頭創(chuàng)新能力，為我國(guó)未來(lái)近空間飛行器的發(fā)展奠定技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。一、科學(xué)目標(biāo)以近空間高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究為核心，以跨學(xué)科的創(chuàng)新理論和源頭創(chuàng)新方法為手段，以期在近空間飛行環(huán)境下的空氣動(dòng)力學(xué)、先進(jìn)推進(jìn)的理論和方法、超輕質(zhì)材料/結(jié)構(gòu)、熱環(huán)境預(yù)測(cè)與熱防護(hù)、高超聲速

2、飛行器智能自主控制理論和方法等方面實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：1．在前沿領(lǐng)域研究方面，形成近空間飛行器關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的創(chuàng)新理論與方法，在國(guó)際上占有一席之地，為國(guó)家相關(guān)技術(shù)的形成與發(fā)展提供基礎(chǔ)源泉；2．在技術(shù)方法的源頭創(chuàng)新上有所突破，提升我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，支撐相關(guān)技術(shù)的跨越式發(fā)展；3．在該領(lǐng)域聚集和培養(yǎng)一支站在國(guó)際前沿、具有理論和源頭技術(shù)創(chuàng)新能力的優(yōu)秀研究人才隊(duì)伍，促進(jìn)該領(lǐng)域若干個(gè)跨學(xué)科的基礎(chǔ)研究平臺(tái)的形成，支撐我國(guó)近空間飛行器技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。本重大研究計(jì)劃以30－70公里中層近空間的高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器涉及的科學(xué)問(wèn)題為研究重點(diǎn)，在以下幾個(gè)方面

3、期望獲得突破：1．飛行器的氣動(dòng)力和離心力相結(jié)合的飛行原理與方法；2．長(zhǎng)時(shí)間近空間飛行熱環(huán)境以及非燒蝕防熱原理與方法；3．與超聲速燃燒等相關(guān)的推進(jìn)機(jī)理與方法；4．高溫、非平衡、粘性干擾、稀薄氣體效應(yīng)和湍流效應(yīng)相互耦合作用的機(jī)理與預(yù)測(cè)方法；5．近空間飛行環(huán)境的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬理論和方法，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)與計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)耦合的理論與方法；6．超輕質(zhì)多功能材料、新構(gòu)型和材料/結(jié)構(gòu)一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；7．材料力熱耦合響應(yīng)機(jī)理及熱防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法；8．智能自主控制理論和可變體飛行原理與飛行控制方法。二、核心科學(xué)問(wèn)題（一）近空間飛行環(huán)境下的空氣動(dòng)力學(xué)研究和發(fā)

4、展適合近空間環(huán)境特點(diǎn)的高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器，面臨著新的空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。在氣動(dòng)布局方面，必須認(rèn)識(shí)高層大氣的特定條件下，高超聲速流動(dòng)的基本物理現(xiàn)象；在總體技術(shù)基礎(chǔ)上，需要研究近空間飛行器高超聲速遠(yuǎn)程、機(jī)動(dòng)飛行時(shí)氣動(dòng)力、熱為約束的多目標(biāo)飛行軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為發(fā)展近空間飛行器提供基礎(chǔ)研究?jī)?chǔ)備。1．慣性彈道飛行與氣動(dòng)飛行相結(jié)合的新飛行原理和氣動(dòng)布局優(yōu)化：發(fā)展多目標(biāo)一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，研究高升阻比的布局原理，研究靜動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性特征，創(chuàng)立近空間空氣動(dòng)力的新理論與新布局；發(fā)展高精度、高分辨率的計(jì)算格式以及與邊界處理相協(xié)調(diào)的數(shù)值模擬方法；發(fā)展實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

5、擬新理論、新方法。2．高溫稀薄氣體效應(yīng)、粘性干擾機(jī)理與可壓縮湍流理論：研究非定常稀薄氣體流動(dòng)機(jī)理；發(fā)展從連續(xù)流到稀薄流以及考慮化學(xué)平衡、非平衡效應(yīng)的統(tǒng)一算法；研究近空間高溫條件下真實(shí)氣體效應(yīng)以及噴流干擾的真實(shí)模擬方法；探索稀薄電離氣體流動(dòng)現(xiàn)象；發(fā)展涉及高空粘性干擾的飛行器氣動(dòng)特性預(yù)測(cè)方法；探索可壓縮流動(dòng)的轉(zhuǎn)捩機(jī)理及轉(zhuǎn)捩準(zhǔn)則，高速流動(dòng)的減阻機(jī)理。3．非燒蝕防熱理論和方法：發(fā)展氣動(dòng)熱、力與熱防護(hù)的一體化計(jì)算方法，高聲阻比復(fù)雜升力體外形與熱結(jié)構(gòu)/熱防護(hù)的一體化設(shè)計(jì)方法；研究保持飛行器外形不變的非燒蝕熱防護(hù)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)、多目標(biāo)飛行軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。（二

6、）先進(jìn)推進(jìn)的理論和方法為了實(shí)現(xiàn)30-70公里高度近空間內(nèi)高超聲速長(zhǎng)時(shí)間飛行，吸氣式高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)必須適應(yīng)大氣密度隨高度的增加而急劇下降的特點(diǎn)。隨著飛行高度的增加，飛行馬赫數(shù)必須隨之升高，以使燃燒室達(dá)到足夠的氧氣密度。但是，在高馬赫數(shù)情況下，燃燒釋放的能量轉(zhuǎn)化為推力的能力顯著下降。例如馬赫數(shù)為8時(shí)，氣流的動(dòng)能與燃燒釋放的能量大致相當(dāng)。因此，對(duì)于來(lái)流動(dòng)能的損失必須高度重視。另一方面，高超聲速條件下的離解能的利用問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的熱防護(hù)和熱管理問(wèn)題也須得到足夠重視。需要探索適合近空間高超聲速飛行的新型推進(jìn)原理與方法。1.高速氣流燃燒機(jī)理：研究高速氣

7、流條件下燃燒的噴射（霧化）、混合、點(diǎn)火和火焰穩(wěn)定機(jī)理與工作過(guò)程，流動(dòng)與燃燒過(guò)程的相互作用機(jī)理，提高燃燒性能，擴(kuò)展燃燒工作穩(wěn)定性范圍；探索高效率能量轉(zhuǎn)換的新理論、新方法。2.地面實(shí)驗(yàn)?zāi)M和流場(chǎng)診斷：研究飛行器高空高速飛行條件模擬的新原理、新方法；建立吸氣式高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)和飛行器熱環(huán)境、熱結(jié)構(gòu)地面試驗(yàn)方法；發(fā)展高速內(nèi)流與燃燒流場(chǎng)的診斷方法，探索燃燒性能評(píng)價(jià)理論與方法。3.新的推進(jìn)原理和方法：開(kāi)展脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、組合式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、激光推進(jìn)、微波推進(jìn)和核推進(jìn)等新型推進(jìn)原理以及新概念推進(jìn)理論與方法的探索研究。（三）超輕質(zhì)材料/結(jié)構(gòu)及熱環(huán)境預(yù)測(cè)與防熱近空間

8、高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器為了獲得高機(jī)動(dòng)性和長(zhǎng)航程，需要發(fā)展超輕質(zhì)、高強(qiáng)韌復(fù)合材料以盡可能降低結(jié)構(gòu)重量系數(shù)。另一方面，近空間飛行器熱防護(hù)問(wèn)題