国 家 自 然 科 学 基 金

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1、附件2：重大研究计划“近空间飞行器的关键基础科学问题”2007年度项目指南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、科学目标以近空间高超声速远程机动飞行器的关键基础科学问题研究为核心，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

2、飞行器智能自主控制理论和方法等方面实现如下目标：1．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基础源泉；2．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；3．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人才队伍，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。本重大研究计划以30－70公里中层近空间的高超声速远程机动飞行器涉及的科学问题为研究重点，在以下几个方面

3、期望获得突破：1．飞行器的气动力和离心力相结合的飞行原理与方法；2．长时间近空间飞行热环境以及非烧蚀防热原理与方法；3．与超声速燃烧等相关的推进机理与方法；4．高温、非平衡、粘性干扰、稀薄气体效应和湍流效应相互耦合作用的机理与预测方法；5．近空间飞行环境的实验及数值模拟理论和方法，计算流体动力学与计算结构动力学耦合的理论与方法；6．超轻质多功能材料、新构型和材料/结构一体化优化设计方法；7．材料力热耦合响应机理及热防护结构设计原理与方法；8．智能自主控制理论和可变体飞行原理与飞行控制方法。二、核心科学问题（一）近空间飞行环境下的空气动力学研究和发

4、展适合近空间环境特点的高超声速远程机动飞行器，面临着新的空气动力学基础科学和技术问题。在气动布局方面，必须认识高层大气的特定条件下，高超声速流动的基本物理现象；在总体技术基础上，需要研究近空间飞行器高超声速远程、机动飞行时气动力、热为约束的多目标飞行轨道优化设计方法，为发展近空间飞行器提供基础研究储备。1．惯性弹道飞行与气动飞行相结合的新飞行原理和气动布局优化：发展多目标一体化优化设计方法，研究高升阻比的布局原理，研究静动态稳定性特征，创立近空间空气动力的新理论与新布局；发展高精度、高分辨率的计算格式以及与边界处理相协调的数值模拟方法；发展实验模

5、拟新理论、新方法。2．高温稀薄气体效应、粘性干扰机理与可压缩湍流理论：研究非定常稀薄气体流动机理；发展从连续流到稀薄流以及考虑化学平衡、非平衡效应的统一算法；研究近空间高温条件下真实气体效应以及喷流干扰的真实模拟方法；探索稀薄电离气体流动现象；发展涉及高空粘性干扰的飞行器气动特性预测方法；探索可压缩流动的转捩机理及转捩准则，高速流动的减阻机理。3．非烧蚀防热理论和方法：发展气动热、力与热防护的一体化计算方法，高声阻比复杂升力体外形与热结构/热防护的一体化设计方法；研究保持飞行器外形不变的非烧蚀热防护设计方法与技术、多目标飞行轨道优化设计方法。（二

6、）先进推进的理论和方法为了实现30-70公里高度近空间内高超声速长时间飞行，吸气式高超声速推进系统必须适应大气密度随高度的增加而急剧下降的特点。随着飞行高度的增加，飞行马赫数必须随之升高，以使燃烧室达到足够的氧气密度。但是，在高马赫数情况下，燃烧释放的能量转化为推力的能力显著下降。例如马赫数为8时，气流的动能与燃烧释放的能量大致相当。因此，对于来流动能的损失必须高度重视。另一方面，高超声速条件下的离解能的利用问题，发动机燃烧室的热防护和热管理问题也须得到足够重视。需要探索适合近空间高超声速飞行的新型推进原理与方法。1.高速气流燃烧机理：研究高速气

7、流条件下燃烧的喷射（雾化）、混合、点火和火焰稳定机理与工作过程，流动与燃烧过程的相互作用机理，提高燃烧性能，扩展燃烧工作稳定性范围；探索高效率能量转换的新理论、新方法。2.地面实验模拟和流场诊断：研究飞行器高空高速飞行条件模拟的新原理、新方法；建立吸气式高超声速推进系统和飞行器热环境、热结构地面试验方法；发展高速内流与燃烧流场的诊断方法，探索燃烧性能评价理论与方法。3.新的推进原理和方法：开展脉冲爆震发动机、组合式循环发动机、激光推进、微波推进和核推进等新型推进原理以及新概念推进理论与方法的探索研究。（三）超轻质材料/结构及热环境预测与防热近空间

8、高超声速远程机动飞行器为了获得高机动性和长航程，需要发展超轻质、高强韧复合材料以尽可能降低结构重量系数。另一方面，近空间飞行器热防护问题