從國家自然科學(xué)基金資助看高超聲速流動(dòng)研究的發(fā)展現(xiàn)狀

張攀峰， 詹世革

國家自然科學(xué)基金委員會(huì) 數(shù)理科學(xué)部， 北京 100085

從國家自然科學(xué)基金資助看高超聲速流動(dòng)研究的發(fā)展現(xiàn)狀

張攀峰*， 詹世革

國家自然科學(xué)基金委員會(huì) 數(shù)理科學(xué)部， 北京 100085

高超聲速技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)航空航天領(lǐng)域研究的制高點(diǎn)，許多發(fā)達(dá)國家都將其作為國家的戰(zhàn)略目標(biāo)。首先，分析了國家自然科學(xué)基金(NSFC)2000—2013年度在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域資助的項(xiàng)目情況；其次，對(duì)中國高超聲速流動(dòng)研究的主要研究方向、學(xué)科交叉情況、主體研究隊(duì)伍以及人才培養(yǎng)進(jìn)行了介紹；最后，對(duì)未來需要重點(diǎn)關(guān)注的方向給出了建議。

國家自然科學(xué)基金； 資助項(xiàng)目； 高超聲速； 流動(dòng)； 飛行器

高超聲速飛行器是指在大氣層內(nèi)或跨大氣層以馬赫數(shù)Ma=5 以上的速度遠(yuǎn)程巡航的飛行器。其巡航飛行速度、高度數(shù)倍于現(xiàn)有的飛機(jī)。以沖壓吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為主的高超聲速飛行器，其燃料比沖遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，而且能實(shí)現(xiàn)水平起降與可重復(fù)使用，因此空間運(yùn)輸成本將大大降低。高超聲速飛行器技術(shù)的發(fā)展將導(dǎo)致高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)和空天飛機(jī)等新型飛行器的出現(xiàn)，成為人類繼發(fā)明飛機(jī)、突破音障、進(jìn)入太空之后又一個(gè)劃時(shí)代的里程碑[1]。

1999年前后，莊逢甘、鄭哲敏、周恒、張涵信4位院士就對(duì)解決國家空天安全重大基礎(chǔ)科學(xué)問題研究部署做了考慮，在他們所提出的建議書《21世紀(jì)我國空天安全面臨的嚴(yán)峻形勢和當(dāng)前應(yīng)采取的對(duì)策》中尖銳地指出：對(duì)基礎(chǔ)研究重視不夠是一個(gè)相當(dāng)普遍存在的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了自主創(chuàng)新和取得應(yīng)對(duì)未來空天安全所需的技術(shù)儲(chǔ)備的能力。當(dāng)務(wù)之急是抓緊安排部署與發(fā)展未來空天作戰(zhàn)武器平臺(tái)相關(guān)的重大基礎(chǔ)研究，這關(guān)系到未來國家“天疆”安全和主權(quán)，其意義不亞于“兩彈一星”的研究[2]。

在國家空天安全戰(zhàn)略重大需求牽引下，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)分別于2002年、2007年啟動(dòng)了“空天飛行器的若干重大基礎(chǔ)問題”、“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題”兩個(gè)重大研究計(jì)劃，重點(diǎn)在與高超聲速飛行器相關(guān)的氣動(dòng)、推進(jìn)、材料、控制領(lǐng)域進(jìn)行前瞻布局，試圖加強(qiáng)中國航天航空科技基礎(chǔ)研究、增強(qiáng)高超聲速飛行器研究的源頭創(chuàng)新能力，為促進(jìn)空天技術(shù)的發(fā)展起到推動(dòng)和支撐作用。

本文通過介紹兩個(gè)重大研究計(jì)劃以及2000—2013年度國家自然科學(xué)基金(NSFC)青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域的資助情況，從國家自然科學(xué)基金資助角度展示了中國高超聲速流動(dòng)研究的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)今后需要重點(diǎn)關(guān)注的問題給出了建議和措施。

1 高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域項(xiàng)目的資助情況

本文所指的高超聲速流動(dòng)泛指與高超聲速飛行器相關(guān)的內(nèi)外流動(dòng)，這里不僅包括高超飛行器外部的高焓、高熱流動(dòng)，也包括與推進(jìn)相關(guān)的進(jìn)氣道、燃燒室與尾噴管的高超聲速流動(dòng)[3-4]。表1給出了國家自然科學(xué)基金2000—2013年度在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域的資助情況，這里包括兩個(gè)重大研究計(jì)劃以及青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目的資助情況。在這14年期間國家自然科學(xué)基金在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域總共資助237項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)累計(jì)15 609萬元。其中青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目總共資助149項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)累計(jì)7 494萬元。而兩個(gè)重大研究計(jì)劃先后合計(jì)資助培育項(xiàng)目、重點(diǎn)支持項(xiàng)目和集成項(xiàng)目88項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)累計(jì)8 112萬元，資助強(qiáng)度已經(jīng)超過青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目。

圖1和圖2分別給出了2000—2013年度國家自然科學(xué)基金每年在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目和兩個(gè)重大研究計(jì)劃資助的項(xiàng)目數(shù)和資助經(jīng)費(fèi)情況。在2002年“空天飛行器的若干重大基礎(chǔ)問題”重大研究計(jì)劃啟動(dòng)之前，在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域，國家自然科學(xué)基金投入有限，僅有3～4個(gè)預(yù)先應(yīng)用基礎(chǔ)型研究項(xiàng)目得到資助。2002年“空天飛行器的若干重大基礎(chǔ)問題”重大研究計(jì)劃啟動(dòng)之后，在該領(lǐng)域資助的項(xiàng)目數(shù)和資助經(jīng)費(fèi)得到了逐年穩(wěn)定增長，2002年當(dāng)年資助項(xiàng)目數(shù)達(dá)到16項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)累計(jì)799萬元。2007年“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題”重大研究計(jì)劃啟動(dòng)當(dāng)年，其資助項(xiàng)目數(shù)和資助經(jīng)費(fèi)也明顯有所躍升。表明兩個(gè)重大研究計(jì)劃的啟動(dòng)有效引導(dǎo)了在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作，為中國高超聲速飛行器研制重大需求提供了研究基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

從青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目和重大研究計(jì)劃資助項(xiàng)目數(shù)和資助經(jīng)費(fèi)對(duì)比來看，在資助項(xiàng)目數(shù)方面，青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目明顯多于重大研究計(jì)劃，而在資助經(jīng)費(fèi)方面，后者顯示出明顯優(yōu)勢。這主要是因?yàn)榍嗄昕茖W(xué)基金、面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目偏重于自由探索，一般支持與高超聲速飛行相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究的工作，資助強(qiáng)度相對(duì)較小。而重大研究計(jì)劃遵循“有限目標(biāo)、穩(wěn)定支持、集成升華、跨越發(fā)展”的總體思路，針對(duì)國家高超聲速領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略需求，結(jié)合中國已有基礎(chǔ)和優(yōu)勢的領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)部署，凝聚優(yōu)勢力量，形成具有相對(duì)統(tǒng)一目標(biāo)或方向的項(xiàng)目群，并加強(qiáng)關(guān)鍵科學(xué)問題的深入研究和集成，以實(shí)現(xiàn)若干重點(diǎn)領(lǐng)域和重要方向的跨越發(fā)展。因此在高超流動(dòng)領(lǐng)域，形成了若干重點(diǎn)支持和集成方向進(jìn)行強(qiáng)化資助，特別是在“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題”重大研究計(jì)劃中，總共支持了13個(gè)重點(diǎn)支持項(xiàng)目和集成項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)達(dá)到4 020萬元。因此在2007—2012年度，重大研究計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi)明顯高于青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目及重點(diǎn)項(xiàng)目。在兩個(gè)重大研究計(jì)劃的引導(dǎo)下，到了2011—2013這3年，國家自然科學(xué)基金在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域資助項(xiàng)目數(shù)基本穩(wěn)定在30項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)超過2 000萬元。特別是2013年，在沒有重大研究計(jì)劃資助下，該領(lǐng)域資助項(xiàng)目數(shù)和資助經(jīng)費(fèi)也基本保持了穩(wěn)定的態(tài)勢。說明中國在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域已經(jīng)培養(yǎng)了一批穩(wěn)定的研究隊(duì)伍，這對(duì)中國高超聲速飛行器未來的發(fā)展起到重要的支撐作用。

表1 2000—2013年度國家自然科學(xué)基金資助高超聲速流動(dòng)相關(guān)項(xiàng)目情況

Table 1 Statistics of supported projects about Hypersonic Flow Research of National Natural Science Foundation of China (NSFC) during 2000-2013

年份青年科學(xué)基金面上項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目重點(diǎn)支持項(xiàng)目集成項(xiàng)目項(xiàng)數(shù)金額/萬元項(xiàng)數(shù)金額/萬元項(xiàng)數(shù)金額/萬元項(xiàng)數(shù)金額/萬元項(xiàng)數(shù)金額/萬元項(xiàng)數(shù)金額/萬元20000047411002001120353200200256115013593200324914052712004375264624320054854137399120020062557251238031122007367830511696200851061487437132020096149312985482640201061278344317351550201110263128181320621012502012820997429520310001250201371892217921300合計(jì)571394864853612507439021237102500

圖1 2000—2013年度國家自然科學(xué)基金在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域每年資助項(xiàng)目數(shù)Fig.1 Annually supported project numbers about Hypersonic Flow Research of NSFC in 2000-2013

圖2 2000—2013年度國家自然科學(xué)基金在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域每年資助金額Fig.2 Annually supported funding about Hypersonic Flow Research of NSFC in 2000-2013

2 高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域資助基礎(chǔ)研究狀況分析

在“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題”重大研究計(jì)劃進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)時(shí)，指導(dǎo)專家組在“近空間飛行環(huán)境的空氣動(dòng)力學(xué)”方面，重點(diǎn)布局研究近空間高速飛行高溫、非平衡、黏性干擾、稀薄氣體效應(yīng)和湍流效應(yīng)耦合作用機(jī)理，氣動(dòng)特性預(yù)測方法，熱環(huán)境預(yù)測與熱防護(hù)機(jī)理、寬馬赫數(shù)機(jī)動(dòng)飛行原理與方法等問題；在“先進(jìn)的推進(jìn)理論和方法”方面，重點(diǎn)布局研究超聲速燃燒理論與方法、超聲速流動(dòng)與燃燒的相互作用、高效進(jìn)排氣與一體化、燃燒室熱防護(hù)與熱環(huán)境流固耦合問題，加強(qiáng)地面實(shí)驗(yàn)?zāi)M和流場診斷方法研究，積極探索新的推進(jìn)原理和方法。

表2給出了2000—2013年度國家自然科學(xué)基金資助高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域主要研究方向的情況。從項(xiàng)目資助上看，湍流這一經(jīng)典的自然科學(xué)難題，在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域也有著普遍的研究價(jià)值，可壓縮流動(dòng)的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)捩與湍流將是當(dāng)前及未來該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向，該領(lǐng)域的研究獲得資助數(shù)也最多，達(dá)到44項(xiàng)。在高超聲速外流，主要研究方向集中在氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)優(yōu)化、氣動(dòng)熱及其防護(hù)、真實(shí)氣體效應(yīng)等；而在高超聲速內(nèi)流，主要側(cè)重在進(jìn)氣道、燃燒混合、火焰穩(wěn)定及點(diǎn)火等。

在兩個(gè)重大研究計(jì)劃執(zhí)行過程中，指導(dǎo)專家組著力推進(jìn)在氣動(dòng)、推進(jìn)、材料與結(jié)構(gòu)、控制4個(gè)基礎(chǔ)層面上進(jìn)行多學(xué)科交叉與融合。采取不同形式，從各類項(xiàng)目的立項(xiàng)到召開專題研討會(huì)，都重點(diǎn)關(guān)注各學(xué)科之間的交叉融合。力求形成創(chuàng)新理論和方法，在技術(shù)方法的源頭創(chuàng)新上有所突破，為國家相關(guān)技術(shù)突破提供基礎(chǔ)源泉，提升在相關(guān)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力。在與高超聲速流動(dòng)相關(guān)的領(lǐng)域，這兩個(gè)方面對(duì)促進(jìn)學(xué)科交叉工作都有具體體現(xiàn)。譬如：①在“氣動(dòng)防熱減阻一體化”研究方面，通過氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱、物理學(xué)、熱防護(hù)和高溫材料等多學(xué)科交叉，為解決乘波構(gòu)型優(yōu)異的氣動(dòng)性能與尖銳邊緣的矛盾問題、實(shí)現(xiàn)減阻/降熱一體化提供了良好的思路；在“進(jìn)氣道”和“火焰穩(wěn)定”研究方面，主要體現(xiàn)了氣動(dòng)/推進(jìn)一體化的思想，將流動(dòng)與燃燒有效聯(lián)系起來，進(jìn)行綜合優(yōu)化提高燃燒效率；而“飛行器動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與控制”相關(guān)的項(xiàng)目都涉及到氣動(dòng)、推進(jìn)和控制等多學(xué)科的交叉融合等。②在“近空間飛行器推進(jìn)問題專題研討會(huì)”上，重點(diǎn)針對(duì)超聲速燃燒、發(fā)動(dòng)機(jī)推力性能、發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能、推進(jìn)機(jī)體一體化等關(guān)鍵科學(xué)問題的交叉進(jìn)行了探討；“高超聲速飛行器自主控制理論與方法專題研討會(huì)”建議重點(diǎn)應(yīng)該關(guān)注氣動(dòng)、控制、推進(jìn)的一體化建模研究，研究的控制模型應(yīng)該更加有針對(duì)性；“氣動(dòng)熱/材料/結(jié)構(gòu)耦合研討會(huì)”則重點(diǎn)研討氣動(dòng)熱與熱防護(hù)材料與結(jié)構(gòu)的耦合研究。

表2 2000—2013年度高超聲速流動(dòng)主要研究方向資助情況

注：北航——北京航空航天大學(xué)；南航——南京航空航天大學(xué)；力學(xué)所——中國科學(xué)院力學(xué)研究所；國防科大——國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)；氣動(dòng)中心——中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心；清華——清華大學(xué)；北大——北京大學(xué)；天大——天津大學(xué)；航天11院——中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院；中科大——中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)；哈工大——哈爾濱工業(yè)大學(xué)；裝備學(xué)院——中國人民解放軍裝備學(xué)院。

經(jīng)過十多年的資助，中國在高超聲速流動(dòng)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，形成了以航空航天院校、航空航天氣動(dòng)研究所以及非航空航天院校相結(jié)合的基礎(chǔ)科研格局。表3給出了2000—2013年度國家自然科學(xué)基金在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域資助項(xiàng)目按單位的分布情況。這里在重大研究計(jì)劃和青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目中資助超過5項(xiàng)的共有11個(gè)依托單位，資助總項(xiàng)目數(shù)210項(xiàng)，占全部資助項(xiàng)目數(shù)的88.6%。其中中國科學(xué)院力學(xué)研究所依托“高溫氣體動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)依托“高超聲速飛行器技術(shù)研究中心”，在國家重大需求的牽引下，在高超聲速流動(dòng)的各個(gè)方向開展了基礎(chǔ)研究工作，分別獲得49項(xiàng)和36項(xiàng)資助，位列資助項(xiàng)目數(shù)排名前2位。而航空航天氣動(dòng)研究所(中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心、中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院)、航空航天院校(南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué))所獲資助項(xiàng)目數(shù)均達(dá)到20項(xiàng)左右。非航空航天院校(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、天津大學(xué)等)也積極參與到國家重大需求中，根據(jù)自身研究特色，開展了相關(guān)的基礎(chǔ)研究工作。

表3 2000—2013年度國家自然科學(xué)基金資助高超聲速流動(dòng)資助項(xiàng)目單位分布

Table 3 Distribution of supported institution about Hypersonic Flow Research of NSFC during 2000-2013

依托單位總項(xiàng)目數(shù)重大研究計(jì)劃常規(guī)項(xiàng)目中國科學(xué)院力學(xué)研究所492029國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)361125中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心26818中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院231211南京航空航天大學(xué)19712北京航空航天大學(xué)18711中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)12210天津大學(xué)936北京大學(xué)725清華大學(xué)633中國科學(xué)院大學(xué)532總 計(jì)21078132

在兩個(gè)重大研究計(jì)劃以及青年科學(xué)基金、面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目的資助下，產(chǎn)生了一系列關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題和技術(shù)方法的創(chuàng)新理論與方法，聚集和培養(yǎng)了一批專業(yè)從事近空間飛行器基礎(chǔ)研究的高水平人才和研究隊(duì)伍，大大提升了中國相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究水平，為國家重大工程和專項(xiàng)技術(shù)發(fā)展起到了實(shí)質(zhì)性支撐作用，為創(chuàng)新能力提升提供了源泉。重大研究計(jì)劃資助的主體單位，在2000—2013年度共獲得3項(xiàng)創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的鄧小剛研究員的創(chuàng)新研究群體(“復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理研究及其數(shù)值模擬”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：10321002、10621062)、中國科學(xué)院力學(xué)研究所的樊菁研究員的創(chuàng)新研究群體(“空天飛行器高溫氣體流動(dòng)研究”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：10621202、10921062)、北京大學(xué)的陳十一教授的創(chuàng)新研究群體(“可壓縮湍流的機(jī)理、模式及實(shí)驗(yàn)研究”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：10921202、11221062)。5位項(xiàng)目負(fù)責(zé)人獲得國家杰出青年科學(xué)基金資助。另外部分資助的優(yōu)秀中青年人才成長為長江特聘教授、新世紀(jì)百千萬人才工程國家級(jí)人才、“973”、“863”項(xiàng)目的首席科學(xué)家和總工程師等。這一批學(xué)術(shù)帶頭人能站在中國航空航天科學(xué)研究前沿、活躍在國內(nèi)外學(xué)術(shù)舞臺(tái)上，成為中國航空航天基礎(chǔ)研究的主力軍，也為今后10～20年時(shí)間內(nèi)中國空天科技與安全事業(yè)的跨越式發(fā)展打下基礎(chǔ)。

3 進(jìn)一步發(fā)展建議

高超聲速技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)航空航天領(lǐng)域研究的制高點(diǎn)，新一代空天飛行器可為未來太空開發(fā)提供一個(gè)更經(jīng)濟(jì)、更安全進(jìn)入軌道的運(yùn)載工具。美國國防部2008年組織實(shí)施了“國家高超聲速基礎(chǔ)研究計(jì)劃”(NHFRP)，明確提出了“超聲速燃燒、邊界層物理、激波控制流動(dòng)、非平衡流動(dòng)、環(huán)境材料耦合作用、高溫材料和結(jié)構(gòu)”等6大基礎(chǔ)科學(xué)問題。國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在2002年“空天飛行器的若干重大基礎(chǔ)問題”重大研究計(jì)劃所列的6個(gè)核心基礎(chǔ)科學(xué)問題中，與高超聲速流動(dòng)相關(guān)的占有2個(gè)，分別為“高速、高機(jī)動(dòng)飛行中復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理研究”、“高溫、高速條件下氣流的燃燒，熱力學(xué)和化學(xué)非平衡流動(dòng)” 。2007年的“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題”的4個(gè)核心科學(xué)問題中，與高超聲速外流與燃燒相關(guān)的“近空間飛行環(huán)境的空氣動(dòng)力學(xué)”、“先進(jìn)推進(jìn)理論和方法”更是占據(jù)了一半。表明高超聲速氣動(dòng)和推進(jìn)相關(guān)的流動(dòng)問題是高超聲速飛行器長遠(yuǎn)發(fā)展必須首先解決的問題，也是中國重大需求急需解決的基礎(chǔ)問題，必須重點(diǎn)開展研究[5]。經(jīng)過十多年的資助，中國在高超聲速流動(dòng)領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)新的研究成果，但是仍然滿足不了中國高超聲速飛行器研制對(duì)基礎(chǔ)研究支撐作用的需求。

由于高空高速飛行的復(fù)雜環(huán)境，稀薄氣體效應(yīng)、真實(shí)氣體效應(yīng)和黏性干擾對(duì)高超聲速飛行器氣動(dòng)特性的耦合作用必須給予重點(diǎn)關(guān)注。在推進(jìn)流動(dòng)機(jī)理方面，應(yīng)該注重考慮小尺度湍流與化學(xué)反應(yīng)之間耦合的燃燒理論與模型。高超聲速飛行器氣動(dòng)特性預(yù)測的關(guān)鍵問題還包括湍流效應(yīng)的計(jì)算和流動(dòng)穩(wěn)定性研究，前者關(guān)系到飛行器性能的精確預(yù)測，而后者則關(guān)系到飛行安全和控制，可壓縮湍流廣泛存在于超聲速和高超聲速飛行器的外流、內(nèi)流和部件繞流中。發(fā)展新型高速飛行器必須開展與高超聲速飛行相關(guān)的可壓縮湍流、流動(dòng)穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)捩機(jī)理研究。

高超聲速飛行器是一個(gè)由多個(gè)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，在不同學(xué)科和子系統(tǒng)間存在強(qiáng)烈的耦合。如果不采取多學(xué)科交叉與融合的研究途徑，是難以實(shí)現(xiàn)理論和方法的突破，更不能獲得創(chuàng)新的技術(shù)方法。高超聲速流動(dòng)對(duì)于高超聲速飛行器而言，也是一個(gè)高度耦合內(nèi)、外流、氣動(dòng)/推進(jìn)一體化的多學(xué)科交叉問題。考慮到材料、結(jié)構(gòu)與控制，則必須對(duì)氣動(dòng)/熱彈性結(jié)構(gòu)-控制一體化、氣動(dòng)/防熱材料-結(jié)構(gòu)一體化、氣動(dòng)/ 控制動(dòng)穩(wěn)定性等學(xué)科交叉進(jìn)行強(qiáng)耦合的研究。

致 謝

本文撰寫過程中參考了“空天飛行器的若干重大基礎(chǔ)問題”重大研究計(jì)劃總結(jié)報(bào)告、“近空間飛行器的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題”重大研究計(jì)劃階段實(shí)施報(bào)告，中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心葉友達(dá)研究員也對(duì)論文給出了具體的修改指導(dǎo)意見，在此筆者一并表示感謝！

[1] Cui E J. Research statutes, development trends and key technical problems of near space flying vehicles[J]. Advances in Mechanics, 2009， 39(6): 658-673 (in Chinese). 崔爾杰. 近空間飛行器研究發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)問題[J]. 力學(xué)進(jìn)展， 2009， 39(6): 658-673.

[2] Cui E J. Progress on NSFC major research plan “some key fundamental problems of aerospace flying vehicles” [J]. Science Foundation in China, 2006, 20(5): 278-280(in Chinese). 崔爾杰. 重大研究計(jì)劃“空天飛行器的若干重大基礎(chǔ)問題”研究進(jìn)展[J]. 中國科學(xué)基金， 2006, 20(5): 278-280.

[3] Ye Y D. Study on aerodynamic characteristics and design optimization for high speed near space vehicles[J]. Advances in Mechanics, 2009, 39(6): 683-694 (in Chinese). 葉友達(dá). 近空間高速飛行器氣動(dòng)特性研究與布局設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]. 力學(xué)進(jìn)展， 2009, 39(6): 683-694.

[4] Jiang Z L. Reasoning on development of air-breathing hypersonic propulsion technology[J]. Advances in Mechanics, 2009， 39(4): 398-405 (in Chinese). 姜宗林. 關(guān)于吸氣式高超聲速推進(jìn)技術(shù)研究的思考[J]. 力學(xué)進(jìn)展， 2009， 39(4): 398-405.

[5] National Science Foundation of China, Chinese Academy of Science. Chinese discipline development in future 10 years: Mechanics[M]. Beijing: Science Press, 2012 (in Chinese). 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)， 中國科學(xué)院.未來10年中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略：力學(xué)[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2012.

Tel: 010-62325040

E-mail: zhangpf@nsfc.gov.cn

詹世革 女， 博士， 研究員， 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)力學(xué)處處長。主要研究方向：力學(xué)學(xué)科的發(fā)展研究，科學(xué)基金的資助與管理。

Tel: 010-62327179

E-mail: zhansg@nsfc.gov.cn

URL： www.cnki.net/kcms/detail/10.7527/S1000-6893.2014.0222.html

*Corresponding author. Tel.： 010-62325040 E-mail: zhangpf@nsfc.gov.cn

Development of hypersonic flow research in China based on supported projects of NSFC

ZHANG Panfeng*, ZHAN Shige

DepartmentofMathematicalandPhysical，NationalNaturalScienceFoundationofChina,Beijing100085,China

The hypersonic technique has been the technical commanding point of aeronautics and astronautics research in the 21 century, which has also become the national strategy target for many developed countries. First, the statistics on supported projects about hypersonic flow field of National Natural Science Foundation of China(NSFC) from 2000 to 2013 are presented. And then, the main research interests, interdisciplinary research, research team and young scientists training are introduced. Finally, some suggestions are given for the future research in hypersonic flow.

National Natural Science Foundation of China; supported projects; hypersonic; flow; aircraft

2014-09-09； Revised： 2014-09-20； Accepted： 2014-10-08； Published online： 2014-10-09 08:22

2014-09-09; 退修日期： 2014-09-20; 錄用日期： 2014-10-08; 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2014-10-09 08：22

www.cnki.net/kcms/detail/10.7527/S1000-6893.2014.0222.html

Zhang P F, Zhan S G. Development of hypersonic flow research in China based on supported projects of NSFC[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2015, 36(1): 1-6.張攀峰， 詹世革. 從國家自然科學(xué)基金資助看高超聲速流動(dòng)研究的發(fā)展現(xiàn)狀[J]．航空學(xué)報(bào), 2015, 36(1): 1-6.

http://hkxb.buaa.edu.cn hkxb@buaa.edu.cn

10.7527/S1000-6893.2014.0222

V211

A

1000-6893(2015)01-0001-06

張攀峰 男， 博士， 教授, 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)流體力學(xué)項(xiàng)目主任。主要研究方向：飛行器氣動(dòng)特性及流動(dòng)控制，科學(xué)基金的資助與管理等。

*通訊作者.Tel.： 010-62325040 E-mail: zhangpf@nsfc.gov.cn