基金委發布又一項重大研究指南發布

    國家自然科學基金委員會現發布多物理場高效飛行科學基礎與調控機理重大研究計劃2022年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南中所述的要求和注意事項申請。

    國家自然科學基金委員會

    2022年5月16日

多物理場高效飛行科學基礎與調控機理重大研究計劃2022年度項目指南

    “多物理場高效飛行科學基礎與調控機理”重大研究計劃面向一小時左右全球抵達高速民航和航班化天地往返運輸國家重大需求，聚焦多物理場*高效飛行重大基礎問題，通過飛行器構型連續變化，結合主動流動調控與智能控制實現飛行器跨大空域、寬速域、可重復的高效智能飛行，為航天運輸系統創新發展提供理論基礎與技術支撐。

一、科學目標

    瞄準中國航天運輸系統國家重大需求，提出跨域高效智能飛行新思路，面向跨域、變構、可重復飛行關鍵特征，建立非定常空氣動力學模型，發展多物理參數實時感知與智能控制理論，突破主動熱防護、變構型機構-結構設計、主動流動控制和電磁力熱環境模擬與科學實驗等關鍵技術，取得一批多物理場高效飛行原創性成果，牽引學科深度融合與創新發展，革新面向航天巨系統的智能系統工程范式，為我國未來航天運輸系統提供關鍵理論、方法、技術和人才隊伍儲備，促進中國航天運輸系統發展規劃的順利實施。

二、核心科學問題

    本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學問題開展研究：

    （一）變構型材料與機構的多物理場耦合機理

    揭示柔性材料-變形機構在復雜約束下熱防護、變形機構與結構、剛柔耦合等機理，建立結構健康監測、耐久性與損傷容限評價新方法，滿足對飛行器變構材料與機構的極限需求。

    （二）跨域非穩態流動模型及調控機制

    研究復雜時變邊界條件下飛行器流動與飛行變形的相互作用機制，發展主動流動調控手段，實現氣動特性精確預示和高效降熱減阻。

    （三）變構與飛行的一體化智能控制

    揭示強不確定環境下飛行動力學耦合控制機理，突破跨域無縫自主導航及環境-任務自匹配的在線自主規劃決策等關鍵技術，構建變構型與飛行器的一體化智能控制方法。

三、2022年度資助的研究方向

    （一）培育項目

    圍繞上述科學問題，以總體科學目標為牽引，擬資助一批探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好的培育項目，研究方向如下（申報項目須覆蓋以下單一方向中列出的部分或全部內容）：

    1. 多物理場高效飛行新概念熱防護原理與方法

    探索適應跨域變構高速飛行環境的高維變形、可重復使用的熱防護新原理與新方法。研究高溫熱端部件新概念材料、結構及成型工藝基礎理論；構建跨域變構高速飛行器結構健康監測與壽命評估模型；發展新概念柔性熱防護材料的制備調控與表征方法；揭示受限空間復雜網絡冷卻工質增壓輸送主要機制。

    2. 飛行器變構型機構與結構設計原理與方法

    探索適應跨域變構飛行的快速響應、大承載機構與結構設計新原理與新方法。研究變形胞元構型綜合與多維度變形機構構建方法；探索輕質大變形蒙皮結構實現機制；發展變構型高功重比驅動與高效傳動方法；揭示苛刻約束下飛行器機構變構型及承載機理。

    3. 跨域變構飛行非定常空氣動力學理論

    探索跨域變構高速飛行器非定常空氣動力學理論與方法。考慮非線性本構應力/熱流小擾動量、多組分擴散與化學反應條件、不同空域過渡區的特殊問題等因素；研究跨域變構飛行器邊界層流動穩定性分析理論；建立跨域流動控制方程與氣固邊界模型；發展跨域高溫非平衡與稀薄效應耦合計算、氣動載荷人工智能建模與氣動參數辨識方法；跨域高速飛行器新概念環境/氣動布局/飛控智能耦合方法。

    4. 多物理場環境下跨域變構飛行主動流動調控理論及實驗測試方法

    探索適應跨域變構飛行器降熱、減阻和機動性提升要求的流場主動調控新概念與新方法。提出主動流動調控新技術；研究降熱減阻實現機制；建立高精度觀測與氣動力熱原位測試新方法；揭示大空域寬速域條件下流動調控效能演變規律。

    5. 電磁力熱多物理場環境地面模擬與測量

    探索跨域高效飛行氣動力熱及高密度等離子體地面模擬新技術與新方法。研究等離子體與電磁、流動、材料特性等多物理場耦合理論；揭示大功率高頻感應耦合放電、低擾動等離子體射流產生機制；發展等離子體流場及變形結構的電磁力熱多參數耦合測量方法。

    6. 跨域飛行器多學科建模及高效分析方法

    探索電磁力熱等多物理模型、設計模型、工程經驗、標準規范中的知識圖譜元模型和分布式表示學習機制，研究跨學科知識推理與演進方法、知識復用與遷移方法；探索跨域飛行器小樣本數據與物理知識的聯合驅動機制，研究融合保結構數值格式的流場深度代理模型建模方法，以及融合有限體積法、無網格法與內嵌物理知識神經網絡的流體力學逆問題建模、求解與遷移學習方法。

    7. 連續多維變構智能飛行控制理論與方法

    探索適應跨域變構飛行的智能飛行控制理論與方法。研究剛、柔、液耦合的動力學特性與控制系統建模理論；提出復雜物理場環境的信息融合與長航時無縫自主導航方法；發展連續多維大變構下適應力學與控制弱模型、多物理場強耦合、任務與環境等強不確定條件的智能決策、自主控制與軌跡規劃方法。

    8. 多物理場高效飛行信息感知與傳輸方法

    探索跨域高效飛行器極端環境下多物理場信息感知的新概念與新方法。揭示多物理場環境與敏感材料及結構的作用機理，研究飛行器表面環境超薄數字化自驅動傳感系統；考慮不同空域過渡區測控通信可靠性問題，發展跨域變構飛行器多域異構測控網絡資源感知、無縫接入技術與基于衛星互聯網連續測控通信協同方法。

    （二）重點支持項目

    圍繞核心科學問題，以總體科學目標為牽引，擬資助一批前期研究成果積累較好、處于當前前沿熱點、對總體科學目標有較大貢獻的重點支持項目，研究方向如下（申報項目須覆蓋以下單一方向中列出的全部內容）：

    1. 跨域變構飛行器主動熱防護柔性蒙皮狀態自感知方法與高效熱防護實現機制

    跨域變構飛行過程高溫環境與飛行器大變形耦合約束下，研究具有防熱、隔熱功能的柔性防護蒙皮（服役時間不小于1200s、變形率不小于80%）高效主動熱防護實現機制，研究蒙皮狀態自感知（應變與溫度狀態參數感知誤差不大于2%FS）方法，發展多狀態參數自感知器件與主動熱防護柔性蒙皮的共形與集成方法，研制具有狀態參數自感知功能的主動熱防護柔性蒙皮原理樣機并通過地面考核實驗。

    2. 跨域飛行器多維度智能變構型機構系統設計理論與關鍵技術

    探索跨域變構飛行器機翼輕質大承載（面載大于40kPa）、快響應（變形時間小于3s）、多維度（不少于三種變形能力）的智能變形機構組成原理與構型綜合設計方法，開展符合機翼變形要求的智能變形機構優化設計，發展機構與柔性蒙皮協同變構設計理論、多構型狀態感知與自適應驅動及控制方法，研究智能變形機構、柔性蒙皮結構與分布式驅動器多維變構型系統一體化設計理論與關鍵技術。

    3. 跨域變構非定常高精度高效空氣動力學理論模型與計算方法

    研究適用于寬速域（0-25Ma）與大空域（0-100km）變構飛行器多尺度流場的廣義流體動力學高階矩理論，突破高階矩方程非定常非結構動網格計算技術，探索跨域多尺度流動應力與速度梯度張量的非線性本構關系，揭示動邊界非定常效應與跨域效應的耦合機制，完成動邊界跨域非定常流動過程氣動力熱預測方法的風洞實驗驗證。

    4. 跨域飛行高效氣動降熱減阻方法及流動動態演化機理

    建立面向跨域變構高速（大于5Ma）飛行過程的飛行器大面積高效降熱（壁面熱流下降不小于80%）減阻（摩阻下降不小于30%）方法，突破高速非定常流場時空動態演化精細測試與氣動力熱原位表征技術，研究飛行器表面流動動態演化機理和流動主動調控實現機制，揭示高速飛行過程降熱減阻的流動調控效能隨空域、速域的演變規律。

    5. 多物理場耦合下變構飛行智能規劃決策與控制

    建立多物理場耦合下大變構飛行的運動模型，刻畫飛行器與環境相互作用下變構飛行運動特性及邊界，揭示構型變化對剖面控制能力和跨域運動的影響機理。研究基于機理與數據混合驅動的飛行能力評估、構型決策、軌跡規劃與制導控制理論，解決多元任務與多源干擾下在線自學習與自演進問題，實現多維連續變化條件下構型能力與任務軌跡的雙閉環智能決策規劃與制導控制。

    6. 跨域復雜電磁環境感知與自適應信息傳輸

    針對跨域飛行復雜環境（電子密度不小于1013cm-3量級）連續可靠通信需求，研究飛行器等離子體鞘套參數的實時高精度感知新方法；建立等離子鞘套參數實時感知和主動調控耦合模型，探索等離子流場主動調控技術；研究物理調控信道與信號空間之間的本構關系及通信機制，建立集電磁環境感知、主動調控和可靠通信協同一體的自適應信息感知與傳輸系統，實現飛行全程特別是可重復返回時連續可靠信息傳輸。

四、項目遴選的基本原則

    （一）緊密圍繞核心科學問題，注重需求及應用背景約束，鼓勵原創性、基礎性和交叉性的前沿探索；

    （二）優先資助能夠解決多物理場高效飛行中的基礎科學難題并具有應用前景的研究項目；

    （三）重點支持項目應具有良好的研究基礎和前期積累，對總體科學目標有直接貢獻與支撐。

五、2022年度資助計劃

    擬資助培育項目15-20項，資助直接費用約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日— 2025年12月31日”；擬資助重點支持項目5-7項，資助直接費用約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日—2026年12月31日”。

六、申請要求及注意事項

    （一）申請條件

    本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：

    1. 具有承擔基礎研究課題的經歷；

    2. 具有高級專業技術職務（職稱）。

    在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

    （二）限項申請規定

    執行《2022年度國家自然科學基金項目指南》“申請規定”中限項申請規定的相關要求。

    （三）申請注意事項

    申請人和依托單位應當認真閱讀并執行本項目指南、《2022年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2022年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。

    1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2022年6月16日—6月23日16時。

    項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下：

    （1）申請人應當按照科學基金網絡信息系統中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

    （2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

    （3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“多物理場高效飛行科學基礎與調控機理”，受理代碼選擇T02，根據申請的具體研究內容選擇不超過5個申請代碼。

    培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。

    （4） 申請人在“立項依據與研究內容”部分，應當首先說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目標的貢獻。

    如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

    2. 依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2022年6月23日16時前通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于6月24日16時前在線提交本單位項目申請清單。

    3. 其他注意事項

    （1）為實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定，項目執行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

    （2）為加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦一次資助項目的年度學術交流會，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動，并認真開展學術交流。

    （四）咨詢方式

    國家自然科學基金委員會交叉科學部二處

    聯系電話：010-62327140