我國超高空超高速飛行器技術獲得重要突破

　　12月6日，國家自然科學基金委員會（以下簡稱基金委）審批同意“近空間飛行器的關鍵基礎科學問題”重大研究計劃結束。該重大研究計劃是基金委在“十一五”期間第一批啟動的重大研究計劃，自2007年4月正式啟動后，共資助項目173項，其中培育項目135項，重點項目26項，集成項目7項，戰略研究項目5項，資助總經費1.9億元，全部資助項目已于2015年底前結題。

　　近空間飛行器的發展涉及國家安全與和平利用空間，是目前國際競相爭奪空間技術的焦點之一，是綜合國力的體現?！敖臻g飛行器的關鍵基礎科學問題”重大研究計劃以30-70公里中層近空間的高超聲速遠程機動飛行器涉及的關鍵基礎科學問題為核心，以跨學科的創新理論和源頭創新方法為手段，期望在近空間飛行環境下的空氣動力學、先進推進的理論和方法、超輕質材料/結構、熱環境預測與熱防護、高超聲速飛行器智能自主控制理論和方法等方面實現跨越發展。

　　該重大研究計劃實施期間，從國家重大需求和學科發展相結合出發，提出了近空間飛行環境下的空氣動力學、先進推進的理論和方法、超輕質材料/結構及熱環境預測與防熱、高超聲速飛行器智能自主控制理論和方法等四個核心科學問題。通過頂層設計、主動引導、重點布局、動態調整、集成創新、促進交叉等方法和手段，開展了系統性基礎研究，在學科前沿領域創新理論和方法、技術方法的源頭創新等方面取得了如下主要創新性研究成果：

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　　圖1 高溫氣動熱環境下材料耐燒蝕測試

　　圖2 超燃沖壓發動機燃燒納米粒子激光散射顯示

　　一、提出了高超聲速復雜流動新理論，提高了對多物理效應耦合作用的認識能力；發展了復雜流動的建模和數值模擬方法，建立了多項具有自主知識產權的高精度動態氣動力、熱測試手段。

　　二、提出了高超聲速飛行器流道設計方法，深入認識了超聲速燃燒機制，獲得了有效的穩定控制方法；填補了燃料基礎研究的空白，提高了推進與機體一體化設計能力，有力地支撐了我國高超聲速飛行試驗平臺的研發。

　　三、揭示了超高溫防熱材料響應機理、多種失效模式及其機制，建立了輕質化材料和結構一體化設計和層級結構優化理論；系統發展了多場耦合高溫實驗方法與在線信息獲取技術；在熱防護材料及其涂層性能表征方法方面發表了引起國際關注的高水平文章，突破了超燃發動機陶瓷基復合材料體系與高導熱復合材料體系的技術方法瓶頸。

　　四、提出了高超聲速飛行器精細姿態控制系統、多通道協調控制系統設計新概念和新方法，并成功指導了工程應用；建立了飛行器動力學建模、飛行姿態/氣動力耦合建模新方法，提出在線辨識自適應結構濾波的主動控制律設計方法；建立了高超聲速熱氣動彈性顫振控制方法。

　　在該重大研究計劃資助下，研究人員發表SCI檢索論文1381篇、EI檢索論文895篇，在國際重要學術會議作特邀報告150次、國內重要學術會議作特邀報告192次；授權發明專利270項；研究成果支撐獲得國家自然科學獎二等獎9項、國家技術發明將二等獎4項，國際學術獎4項，省部級科學技術獎一等獎12項、二等獎10項。同時，為我國高超聲速飛行器研究凝聚和培養了一批優秀人才和創新團隊，研究團隊在計劃執行期間6人入選長江學者特聘教授，7人獲得國家杰出青年科學基金資助，9人獲得優秀青年科學基金資助，10人獲得教育部新世紀人才基金資助。近50名中青年學者已經成長為我國高超聲速飛行器基礎研究和關鍵技術攻關的中堅力量，并形成了30余個多學科交叉、創新能力強的研究團隊，成為我國系統性研究高超聲速飛行器關鍵科學問題和促進成果轉化的中堅力量。

　　評估專家組認為，該重大研究計劃的實施，使得我國在近空間高超聲速飛行器研究領域構建了具有中國特色的高超聲速飛行器的基礎研究框架，全面提升了核心科學問題的研究能力，填補多項理論與技術方法的國內空白，有力支撐了國家重大工程關鍵技術的突破，綜合研究水平已躋身國際前列，實現了跨越式發展。

　　該重大研究計劃指導專家組提出，結合國內外近空間高超聲速技術發展現狀與趨勢，國家重大需求和學科發展需求，以及重大研究計劃所取得的發展態勢，今后的研究工作應重點關注提高對高超聲速飛行所帶來的特殊物理效應的認識和把控能力，關鍵是“高能量”、“極端熱”帶來氣動、推進、材料和控制等多學科領域的一系列問題和挑戰。同時還要促進學科交叉，提升綜合研究能力，發展近非擾動、耐極端環境的高超聲速地面和飛行試驗中關鍵物理現象的診斷器件和試驗技術，不斷提升多學科優化和控制方法，持續強調不確定性量化（UQ）和驗證與確認（V&V）的作用，提出明確科學實驗目標的飛行試驗和有效載荷設計方案。