我國(guó)超高空超高速飛行器技術(shù)獲得重要突破

　　12月6日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱基金委）審批同意“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”重大研究計(jì)劃結(jié)束。該重大研究計(jì)劃是基金委在“十一五”期間第一批啟動(dòng)的重大研究計(jì)劃，自2007年4月正式啟動(dòng)后，共資助項(xiàng)目173項(xiàng)，其中培育項(xiàng)目135項(xiàng)，重點(diǎn)項(xiàng)目26項(xiàng)，集成項(xiàng)目7項(xiàng)，戰(zhàn)略研究項(xiàng)目5項(xiàng)，資助總經(jīng)費(fèi)1.9億元，全部資助項(xiàng)目已于2015年底前結(jié)題。

　　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)?！敖臻g飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題”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)飛行器涉及的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題為核心，以跨學(xué)科的創(chuàng)新理論和源頭創(chuàng)新方法為手段，期望在近空間飛行環(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)、高超聲速飛行器智能自主控制理論和方法等方面實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。

　　該重大研究計(jì)劃實(shí)施期間，從國(guó)家重大需求和學(xué)科發(fā)展相結(jié)合出發(fā)，提出了近空間飛行環(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)及熱環(huán)境預(yù)測(cè)與防熱、高超聲速飛行器智能自主控制理論和方法等四個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題。通過(guò)頂層設(shè)計(jì)、主動(dòng)引導(dǎo)、重點(diǎn)布局、動(dòng)態(tài)調(diào)整、集成創(chuàng)新、促進(jìn)交叉等方法和手段，開(kāi)展了系統(tǒng)性基礎(chǔ)研究，在學(xué)科前沿領(lǐng)域創(chuàng)新理論和方法、技術(shù)方法的源頭創(chuàng)新等方面取得了如下主要?jiǎng)?chuàng)新性研究成果：

?

　　圖1 高溫氣動(dòng)熱環(huán)境下材料耐燒蝕測(cè)試

　　圖2 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒納米粒子激光散射顯示

　　一、提出了高超聲速?gòu)?fù)雜流動(dòng)新理論，提高了對(duì)多物理效應(yīng)耦合作用的認(rèn)識(shí)能力；發(fā)展了復(fù)雜流動(dòng)的建模和數(shù)值模擬方法，建立了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力、熱測(cè)試手段。

　　二、提出了高超聲速飛行器流道設(shè)計(jì)方法，深入認(rèn)識(shí)了超聲速燃燒機(jī)制，獲得了有效的穩(wěn)定控制方法；填補(bǔ)了燃料基礎(chǔ)研究的空白，提高了推進(jìn)與機(jī)體一體化設(shè)計(jì)能力，有力地支撐了我國(guó)高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)。

　　三、揭示了超高溫防熱材料響應(yīng)機(jī)理、多種失效模式及其機(jī)制，建立了輕質(zhì)化材料和結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)和層級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論；系統(tǒng)發(fā)展了多場(chǎng)耦合高溫實(shí)驗(yàn)方法與在線信息獲取技術(shù)；在熱防護(hù)材料及其涂層性能表征方法方面發(fā)表了引起國(guó)際關(guān)注的高水平文章，突破了超燃發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷基復(fù)合材料體系與高導(dǎo)熱復(fù)合材料體系的技術(shù)方法瓶頸。

　　四、提出了高超聲速飛行器精細(xì)姿態(tài)控制系統(tǒng)、多通道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)新概念和新方法，并成功指導(dǎo)了工程應(yīng)用；建立了飛行器動(dòng)力學(xué)建模、飛行姿態(tài)/氣動(dòng)力耦合建模新方法，提出在線辨識(shí)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)濾波的主動(dòng)控制律設(shè)計(jì)方法；建立了高超聲速熱氣動(dòng)彈性顫振控制方法。

　　在該重大研究計(jì)劃資助下，研究人員發(fā)表SCI檢索論文1381篇、EI檢索論文895篇，在國(guó)際重要學(xué)術(shù)會(huì)議作特邀報(bào)告150次、國(guó)內(nèi)重要學(xué)術(shù)會(huì)議作特邀報(bào)告192次；授權(quán)發(fā)明專利270項(xiàng)；研究成果支撐獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)9項(xiàng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明將二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，國(guó)際學(xué)術(shù)獎(jiǎng)4項(xiàng)，省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)12項(xiàng)、二等獎(jiǎng)10項(xiàng)。同時(shí)，為我國(guó)高超聲速飛行器研究凝聚和培養(yǎng)了一批優(yōu)秀人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，研究團(tuán)隊(duì)在計(jì)劃執(zhí)行期間6人入選長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，7人獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助，9人獲得優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助，10人獲得教育部新世紀(jì)人才基金資助。近50名中青年學(xué)者已經(jīng)成長(zhǎng)為我國(guó)高超聲速飛行器基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的中堅(jiān)力量，并形成了30余個(gè)多學(xué)科交叉、創(chuàng)新能力強(qiáng)的研究團(tuán)隊(duì)，成為我國(guó)系統(tǒng)性研究高超聲速飛行器關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化的中堅(jiān)力量。

　　評(píng)估專家組認(rèn)為，該重大研究計(jì)劃的實(shí)施，使得我國(guó)在近空間高超聲速飛行器研究領(lǐng)域構(gòu)建了具有中國(guó)特色的高超聲速飛行器的基礎(chǔ)研究框架，全面提升了核心科學(xué)問(wèn)題的研究能力，填補(bǔ)多項(xiàng)理論與技術(shù)方法的國(guó)內(nèi)空白，有力支撐了國(guó)家重大工程關(guān)鍵技術(shù)的突破，綜合研究水平已躋身國(guó)際前列，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

　　該重大研究計(jì)劃指導(dǎo)專家組提出，結(jié)合國(guó)內(nèi)外近空間高超聲速技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，國(guó)家重大需求和學(xué)科發(fā)展需求，以及重大研究計(jì)劃所取得的發(fā)展態(tài)勢(shì)，今后的研究工作應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注提高對(duì)高超聲速飛行所帶來(lái)的特殊物理效應(yīng)的認(rèn)識(shí)和把控能力，關(guān)鍵是“高能量”、“極端熱”帶來(lái)氣動(dòng)、推進(jìn)、材料和控制等多學(xué)科領(lǐng)域的一系列問(wèn)題和挑戰(zhàn)。同時(shí)還要促進(jìn)學(xué)科交叉，提升綜合研究能力，發(fā)展近非擾動(dòng)、耐極端環(huán)境的高超聲速地面和飛行試驗(yàn)中關(guān)鍵物理現(xiàn)象的診斷器件和試驗(yàn)技術(shù)，不斷提升多學(xué)科優(yōu)化和控制方法，持續(xù)強(qiáng)調(diào)不確定性量化（UQ）和驗(yàn)證與確認(rèn)（V&V）的作用，提出明確科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的飛行試驗(yàn)和有效載荷設(shè)計(jì)方案。