跨域飞行交叉技术实验室2024年度

第二批开放课题指南

一、实验室概况

跨域飞行交叉技术实验室（以下简称“实验室”）依托单位为中国空气动力研究与发展中心。实验室以跨域飞行交叉技术为主线，开展原始创新和前沿技术研究，是促进学科交叉融合、深化协同创新的重要平台，是聚集和培养优秀科技人才、开展高水平学术交流的优质平台，是产出一流科研成果、推动新域新质技术转化应用的创新基地。

二、研究方向

宽域飞行交叉技术方向是实验室主要研究方向之一，该方向聚焦跨空域、跨速域飞行多物理过程耦合，创新发展宽域飞行交叉技术，揭示宽域飞行中飞行器各系统耦合的物理本质，突破双向交互的技术瓶颈，支撑宽域飞行器研制，提升精细化设计水平。

实验室2024年度第二批开放课题指南主要针对跨域飞行技术、动力技术、结构设计、能量管理等研究内容，邀请国内有能力从事相关研究的单位参加课题申报。

三、开放课题指南内容

2024-KF***** 空天跨域气动/动力耦合轨迹优化技术研究

研究目标：

组合动力形式的空天跨域飞行飞行器，其飞行包线具有大空域、宽速域特点，飞行过程中飞行剖面对动力性能影响较大，同时动力性能也决定了飞行任务轨迹，针对组合动力空天跨域飞行面临气动/动力性能与飞行动力学耦合强，总体性能依赖于飞行轨迹特征，任务剖面面临动力模式与飞行剖面匹配等难题，突破空天跨域气动/动力耦合轨迹优化技术，支撑飞行器典型任务方案设计。

研究内容：

1.基于任务剖面的组合动力建模方法研究；

2.多约束条件下空天飞行剖面与轨迹规划技术研究；

3.典型组合动力场景的跨域空天飞行轨迹优化研究。

牵引性指标（含考核指标）：

1.动力方案等约束条件不少于2种；

2.轨迹优化性能指标包括最短爬升时间和最佳燃油消耗。

成果形式：

1.研究报告1份（含轨迹优化源代码）；

2.发表论文不少于2篇。

经费及周期：支持经费不超过30万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 陶瓷基复合材料进气道结构高温力学行为及失效机理研究

研究目标：

针对陶瓷基复合材料进气道结构在长航时、重复使用过程中可能面临的变形和失效问题，以热冲击、耐久性使用以及热变形预测三方面研究内容为牵引，揭示陶瓷基复合材料在热环境骤变、长航时高温环境服役工况下的失效机理，并据此提出陶瓷基复合材料进气道结构高温力学行为预测方法，实现多物理场耦合条件下的力学行为数值仿真分析，解决异形进气道结构件在复杂工况下的力学响应预测问题，推动陶瓷基复合材料在长航时、可重复使用进气道的工程化应用。

研究内容：

1.陶瓷基复合材料结构热冲击失效行为数值预测方法研究；

2.长时间、重复使用工况下陶瓷基复合材料失效行为预测方法研究；

3.复杂工况下陶瓷基复合材料进气道结构高温力学行为预测。

牵引性指标（含考核指标）：

1.热冲击工况：表面温升不小于1000摄氏度，循环次数不低于12次；

2.长航时、重复使用工况：温度1000至1600摄氏度，高温考核时长不小于120分钟，循环次数不低于12次；

3.建立陶瓷基复合材料结构热冲击失效行为数值预测方法，与热冲击工况试验结果误差不大于30%；

4.建立长时间、重复使用工况下陶瓷基复合材料失效行为预测方法，与典型工况试验结果误差不大于30%。

成果形式：

1.陶瓷基复合材料结构热冲击失效行为数值计算模型1套（含计算代码）；

2.长时间、重复使用工况下陶瓷基复合材料失效行为数值计算模型1套（含计算代码）；

3.陶瓷基复合材料进气道结构高温力学行为及失效机理研究报告。

经费及周期：支持经费不超过30万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 高马赫数流动中强化点火和稳燃机理研究

研究目标：

针对高马赫数（Ma8-10）流动中火焰极易被吹熄，燃烧稳定困难的技术难题，突破高马赫数湍流燃烧热化学非平衡流的高保真高效数值仿真关键技术，揭示非平衡效应对燃料混合、点火、火焰稳定等关键非稳态过程的影响机制，提出高马赫数流动中强化点火方法，揭示其稳燃机理，推动关键科学问题攻关。

研究内容：

1.结合热力学非平衡的多温模型高精度理论模型、振动-化学耦合效应模型等，以及机器学习加速的高精度湍流燃烧模型，发展高马赫数湍流燃烧热化学非平衡流的高保真高效数值方法，采用直接数值模拟计算结果和典型工况下高马赫数流动的试验结果进行比较验证；

2.对典型工况下实验室尺度高马赫数燃烧流动进行模拟，研究热力学非平衡效应对高马赫数超声速燃烧发动机中混合、点火和稳燃等燃烧动力学特性的影响规律；

3.提出高马赫数流动中强化点火和稳定燃烧的方法并进行模拟验证，揭示点火强化和燃烧稳定机理。

牵引性指标（含考核指标）：

1.建立马赫数湍流燃烧热化学非平衡流的高保真高效数值模拟程序，与典型工况实验结果误差不大于30%；

2.提出高马赫数流动机强化点火方案不少于3个。

成果形式：

1.高马赫数湍流燃烧非平衡效应模拟模型代码；

2.高马赫数流动点火过程高精度模拟数据库；

3.高马赫数流动强化点火和稳燃机理研究报告。

经费及周期：支持经费不超过30万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 发动机冷却与热发电一体化系统变工况特性研究

研究目标：

基于超临界CO₂布雷顿循环的发动机冷却与发电一体化系统可同时满足冷却与供电需求，应用潜力好。但发动机壁面的温度与热量波动强，变化剧烈，导致一体化系统长期处于变工况运行状态。传统设计方法通常针对单一额定工况，往往导致系统设计性能好，但真实变工况条件下的热力性能差。另一方面，高精度的超临界CO₂热物性模型时开展系统优化设计的基础，目前仍缺乏高精度的热物性计算模型，导致一体化系统难以实现准确的优化设计。

针对基于超临界CO₂布雷顿循环的发动机冷却与发电一体化系统，建立超临界CO₂的高精度热物性与输运属性模型，开发适用于一体化系统变工况条件性能分析的评估模型，厘清影响系统设计方案与热力性能的关键因素及其作用机理，发展可实现一体化系统全工况热力性能最佳的新型优化方法，为发动机冷却与发电一体化系统的应用提供理论支撑。

研究内容：

1.超临界CO₂高精度热物性与输运特性模型研究；

2.超临界CO₂布雷顿循环冷却与发电一体化系统性能评估模型研究；

3.超临界CO₂布雷顿循环冷却与发电一体化系统性能影响因素研究；

4.超临界CO₂布雷顿循环冷却与发电一体化系统性能优化方法研究。

牵引性指标（含考核指标）：

1.超临界CO₂热物性模型的适用压力不低于4倍临界压力，比热和黏度的相对不确定度分别不超过2%和4%；

2.评估模型适用的变工况仿真场景不少于3种，新型全工况优化方法相对传统单工况优化方法的效率相对提高量不低于5%。

成果形式：

1.超临界CO₂热物性模型；

2.发动机冷却与发电一体化系统优化设计研究报告1份；

3.发表/录用学术论文1篇。

经费及周期：支持经费不超过20万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 基于离子电流法的吸气式冲压发动机同步诊断技术研究

研究目标：

针对吸气式冲压发动机工作过程中燃烧流场具有强瞬变特性，流场热力学参数和组分浓度变化较大，同步定量获得燃烧场的温度、压力、组分的信息十分重要，有助于指导发动机的设计和验证CFD评估技术。本项目基于离子电流法，开展吸气式冲压发动机在不同来流马赫数下的多参数同步测量研究，实现发动机工作过程中燃烧信息在线诊断，为发动机的燃烧组织设计提供支撑。

研究内容：

1.基于离子电流法的多参数同步诊断平台设计研究；

2.吸气式冲压发动机燃烧过程中多参数同步测试与验证研究;

3.形成一套基于离子电流法的某超燃冲压发动机多参数同步测量的探针方案。

牵引性指标（含考核指标）：

1.搭建多参数诊断平台，采用离子电流法，同时测量组分、温度、压力和声学信号，相关性90%以上；

2.测量对象采用航空煤油组织燃烧，燃烧室内燃烧气流总温达到2500-3000K；

3.组分、温度、压力和声学信号测量响应均时间小于1ms。

成果形式：

1.研究报告1份，离子电流法测量探针方案1份；

2.发表论文1篇；

3.受理/授权专利1项。

经费及周期：支持经费不超过30万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** RBCC发动机一体化性能评估研究

研究目标：

针对火箭基组合循环发动机一体化性能仿真手段缺失、部件匹配工作过程认识不深入问题，开展宽速域、多模态工作条件下RBCC发动机一体化性能评估研究，提高对RBCC发动机宽范围工作特性的认识，开发RBCC发动机一体化性能评估平台，为发动机方案快速、深化论证提供支撑。

研究内容：

1.基于部件特性的发动机一体化性能评估方法研究；

2.宽域发动机全包线一体化性能研究；

3.推进剂体系对发动机性能影响分析。

牵引性指标（含考核指标）：

1.适用范围：Ma0-6、高度0-28km。

2.具备火箭引射、火箭冲压机冲压模态发动机推力、比冲性能仿真功能；

3.具备部件性能参数对发动机性能影响敏感性分析功能，为部件指标分配提供支撑。

成果形式：

1.RBCC发动机一体化性能评估源代码；

2.研究研究总结报告1份；

3.发表论文1篇；

4.联合培养研究生1名。

经费及周期：支持经费不超过40万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 脉冲爆震增压燃烧室与压气机匹配工作特性研究

研究目标：

针对脉冲爆震增压燃烧室与压气机的高效匹配问题，开展脉动出口压力条件下压气机非定常工作特性数值仿真、反传隔离结构优化及与爆震增压燃烧室匹配试验、爆震增压燃烧室与压气机匹配试验等研究工作，获得压气机全工况稳定工作时能承受的出口反传压力特征条件和压气机工作特性，掌握爆震增压燃烧室压力反传抑制机理，形成高效反传压力隔离方法，以降低反传隔离结构的总压损失，提高爆震燃烧室的增压比，实现爆震增压燃烧室与压气机长时间稳定匹配工作，为爆震增压燃烧涡轮发动机的工程研制奠定理论和技术基础。

研究内容：

1.脉动出口压力条件下压气机非定常工作特性数值仿真研究；

2.反传隔离结构优化及与爆震增压燃烧室匹配试验研究；

3.爆震增压燃烧室与压气机匹配工作特性试验研究。

牵引性指标（含考核指标）：

1.带反传隔离结构的爆震增压燃烧室增压比≥2.0；

2.爆震增压燃烧室与压气机匹配工作时间不低于2分钟，匹配工作频率≥20Hz。

成果形式：

1.获得压气机全工况稳定工作时能承受的出口反传压力特征条件，形成爆震增压燃烧室压力反传高效抑制方法，研究报告1份；

2.发表论文1篇；

3.联合培养研究生1名。

经费及周期：支持经费不超过20万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 脉冲爆震增压燃烧室出口非稳态能量调控及与涡轮匹配工作特性研究

研究目标：

针对脉冲爆震增压燃烧涡轮发动机中燃烧室出口燃气强脉动特性导致下游涡轮部件能量利用效率低的问题，开展爆震增压燃烧室出口燃气的非稳态能量评估、能量调控装置设计与性能评估、爆震增压燃烧室/能量调控装置/涡轮耦合匹配工作特性试验等研究工作，形成爆震增压燃烧室出口燃气的非稳态能量评估方法和能量调控装置的性能评估方法，探索爆震燃烧室工作过程的?损失机理以及影响?/功转换的关键因素，揭示爆震燃气冲击下能量调控装置内流动损失机理，掌握爆震增压燃烧室/能量调控装置/涡轮的耦合匹配工作特性，为爆震增压燃烧涡轮发动机的工程研制奠定理论和技术基础。

研究内容：

1.爆震增压燃烧室出口燃气的非稳态能量评估方法及?损失规律研究；

2.爆震增压燃烧室出口燃气能量调控装置设计与性能评估方法研究；

3.爆震增压燃烧室/能量调控装置/涡轮耦合匹配工作特性试验研究。

牵引性指标（含考核指标）：

1.爆震增压燃烧室进口来流空气在压力0.12-0.5MPa、温度300-500K范围内，爆震增压燃烧室/能量调控装置/涡轮三部件能实现稳定匹配工作，典型工况下匹配工作时间不低于2分钟；

2.涡轮输出功率≥20kW，且涡轮效率相较于无能量调控装置时提高10%以上。

成果形式：

1.研究报告1份；

2.发表论文1篇；

3.联合培养研究生1名。

经费及周期：支持经费不超过20万元，项目周期截止到2025年4月。

2024-KF***** 无人机新型栖息式电磁感应取能关键技术研究

研究目标：

无人机向小型、低成本和模块化的方向发展，限制了其续航和生存能力，增加无人机的续航能力成为关键瓶颈。现有的激光/微波中继式无线充电方式，难以部署有人区。围绕有人区中小型无人机活动的需求，开展无人机自主能量补给系统研究，完成电磁感应取能与充电系统设计等研究内容，关键突破充电精准栖息、小型化高效取能、充电功率管理等关键技术，研制无人机栖息式感应取能模块原理样机，解决在不依赖充电设施情况下的旋翼/垂起固定翼无人机野外补能问题，提升无人机执行长时任务的能力。

研究内容：

1.基于磁阻传感器阵列的电力线精准栖息方法；

2.栖息-取能一体化无人机充电系统优化设计；

3.快速充电调控技术。

牵引性指标（含考核指标）：

1.在取能系统重量小于1kg和体积小于100×80×40mm³情况下，取能系统无线充电功率不小于10W；

2.取能系统等效指标：≥1.0mW/cm³/Arms；

3.充电效率：≥95%。

成果形式：

1.研究报告2份；

2.电磁感应取能模块原理样机1套；

3.录用论文1-2篇；

4.申报专利1-2项。

经费及周期：支持经费不超过40万元，项目周期截止到2025年4月。

四、资助方式

实验室分年度、分批次受理开放课题申请。根据实验室建设目标和研究方向，决定资助单位及对象，对于取得重要进展的开放课题，将优先持续资助。本批次开放课题资助经费强度为20-40万元。

五、申报须知

1、申报单位要求

（1）申报单位应在中国大陆境内具有独立法人资格，且具有承担相关课题的基本条件。

（2）申报单位过去2年在申报和承担国家科技计划项目中无不良记录。

（3）申报单位应对本单位拟提交的申请材料进行审核。

（4）申报单位必须与合同签订单位一致。

2、申报人员要求

（1）课题负责人应是在申报单位长期(每年不少于9个月)工作的正式在编人员，能够担任项目负责人，且具备直接从事研究工作的时间和条件。按照国家有关规定将在课题周期内退休的人员，不能担任课题负责人。

（2）课题负责人具有高级专业技术职称或者具有博士学位，或者有两名具有高级专业技术职称的同行科技人员推荐。

（3）课题负责人过去3年内在申报和承担国家科技计划项目中无不良信用记录。

3、申报内容要求

（1）申报课题必须满足指南条目明确的研究目标及研究内容、牵引性指标（含考核指标）、成果形式、研究周期、经费限额等要求。

（2）课题实施周期截止到2025年4月。

4、其他要求

（1）课题申报单位和课题负责人需对以上申报条件的真实性和符合性负责，如发现有不满足要求情况，课题任务书不予受理。

（2）课题申请受理后，到课题合同签订前，不能更改申报单位和课题负责人。

（3）不受理因学术不端、科研诚信不佳等问题进入黑名单，尚未解禁的申报单位和课题负责人。

（4）课题申报材料需经申报单位进行保密审查，不得含有涉密内容。

5、材料报送

（1）各有关单位负责将基本信息表可编辑版、诚信承诺书盖章扫描版、保密审查表扫描版、课题汇总表可编辑版、课题任务书盖章扫描版和可编辑版报送实验室，文件命名为“指南编号-课题名称-申报单位-负责人-基本信息表/诚信承诺书/保密审查表/课题汇总表/课题任务书”，模板详见附件1。

（2）课题申报材料接收时间截止至2024年8月16日，过期不再受理。课题评审时间、地点及相关要求另行通知。

（3）联系人及电话：雷老师，183*****828。

（4）资料接收邮箱：rfcong@sina.com