多物理场高效飞行科学基础与调控机理重大研究计划项目

一、核心科学问题
本重大研究计划围绕以下三个核心科学问题开展研究：
（一）变构型材料与机构的多物理场耦合机理。
揭示柔性材料-变形机构在复杂约束下热防护、变形机构与结构、刚柔耦合等机理，建立结构健康监测、耐久性与损伤容限评价新方法，满足对飞行器变构材料与机构的极限需求。
（二）跨域非稳态流动模型及调控机制。
研究复杂时变边界条件下飞行器流动与飞行变形的相互作用机制，发展主动流动调控手段，实现气动特性精确预示和高效降热减阻。
（三）变构与飞行的一体化智能控制。
揭示强不确定环境下飞行动力学耦合控制机理，突破跨域无缝自主导航及环境-任务自匹配的在线自主规划决策等关键技术，构建变构型与飞行器的一体化智能控制方法。
二、2025年度资助研究方向
（一）重点支持项目。
围绕核心科学问题，以总体科学目标为牵引，2025年拟资助前期研究成果积累较好、处于当前研究热点前沿、对总体科学目标有较大贡献的申请项目，研究方向如下：
1. 跨域变构飞行器多维光滑连续变形翼时变动力学特性与主动控制方法研究
针对跨域变构飞行器多维光滑连续变形翼在气动、结构、热环境耦合作用下复杂的动力学稳定性问题和可靠建模难题，提出宽域气动环境下刚-弹-柔耦合系统非线性时变动力学建模方法，揭示变形过程中机翼动力学失稳现象的触发条件和演化规律、建立高可靠性和高鲁棒性的智能化主动控制方法，采用仿真与试验相结合的方式验证复杂非线性时变动力学系统模型的预测误差控制在10%以内，动态失稳发生的概率降低至1%以下，颤振临界速度提升至少15%。
2. 跨域变构飞行器发汗冷却过程内外流耦合机制与预示方法
针对跨域变构飞行器表面非稳态流动力热特征与主动流动调控手段复杂耦合的问题，建立高超声速外流场作用下多孔结构内部几何特征与冷却工质亚声速流动、相变过程的准确描述和调控方法，解决传统方案热流-相态-流量强耦合导致的气动建模难、流量控制难、传热恶化预测难等问题；建立发汗冷却作用下跨域变构飞行器气动力热特性预示的建模理论与高效计算方法，开展风洞试验方法研究，突破跨域变构主动流动控制飞行器气动力热响应特性高精度高效预示关键技术，解决发汗冷却与外流场耦合计算和发汗冷却控制调控问题，建立可控相变发汗冷却功能梯度结构设计方法，研制原理样机，采用仿真与试验相结合的方式验证可控发汗冷却高超飞行器标模气动力预示误差不超过15%，气动热预示误差不超过20%。
3. 跨域变构飞行器力热等离子体环境测量与重构方法研究
针对跨域变构飞行器飞行环境参数跨度大、流动状态复杂以及主动流动控制耦合导致的飞行器弱模型飞行控制难题，围绕高速飞行器非平衡高温流场的复杂变化过程，重点开展飞行环境下多物理场耦合模型、力热等离子体环境参数测量与全表面快响应重构（测量物理量：表面压力场/表面温度场/等离子体（最高达到1020m-3），重构更新速度≤500ms）、地面模拟环境实验与验证方法（地面等离子体环境电子密度最高达到1020m-3、总温达到6000K）等研究，获得飞行过程力热等离子体物理场分布以及物理场演化重构模型，为克服飞行器弱模型飞行控制难题，提供全表面环境参数支撑。
4. 面向复杂动态任务的航班化天地往返智能规划决策方法
针对飞行器空天跨域飞行过程中点对点运输、在轨服务等多任务实时规划难题，建立点对点运输、在轨服务等典型任务场景以及区域规避等安全约束的形式化描述与分析架构，提出飞行任务时序和航迹的鲁棒规划决策方法；建立异构载荷和复杂飞行任务的逻辑模型，提出飞行器频繁进出空间场景下的任务航迹自动匹配、智能任务滚动规划与动态临机调度方法；突破融合环境态势预测和任务特征学习的快速自适应规划方法，进行动态未知场景下基于经验学习的规划加速以及实时在线验证与评估，实现复杂动态任务下航班化天地往返的智能决策规划。所建立的智能规划决策方法针对≥100个复杂线性时序任务和50个飞行器场景，预先任务规划时间≤5秒；基于板载计算资源，针对≥15个临机时序任务和10个飞行器场景，规划时间≤1秒。
5. 跨域变构飞行器高性能AI模型架构研究
针对跨域变构飞行器在力-热-电磁多物理场环境下的变构型、主动降热减阻及智能自主飞行等带来的多学科强耦合综合优化难题，研究适用于跨域变构飞行器力-热-电磁多物理场耦合的关键参数训练基础架构；设计适用于多物理场耦合环境的AI算法轻量化内核，提出高效环境感知与三维建模方法；研究多源干扰与不确定性建模方法，建立考虑气动、结构、防隔热、飞控、感知、建模等多专业强耦合的跨域高速飞行器垂直AI模型。实现稠密大气、临近空间、外空间等3种跨域变构型建模，支持主被动结合降热减阻，完成因果与溯源分析验证。完成跨域变构飞行器垂直AI模型千万核级国产超算并行化训练，高效融合的模态数据种类≥3种，模型参数量≥7000M；完成异步并行收敛性分析，设计可扩展性异步并行训练框架，算法训练效率相比同步并行方法提升≥20%。。
（二）集成项目。
在本重大研究计划前期布局和资助成果的基础上，集中优势力量，围绕以下方向进行集成，力争实现跨越发展。
1. 多物理场高效飞行关键成果耦合匹配机制与集成飞行试验技术
面向重大计划三大核心科学问题的理论、方法集成匹配与考核验证需求，建立面向柔性变形、主动流动控制、信息智能感知传输与智能飞行控制耦合匹配的总体优化方法，明确不同验证载荷的设计边界与能力考核准则，揭示多学科载荷成果集成匹配的耦合机制以及对飞行能力的影响规律；探明大尺寸连续变形与飞行器本体耦合干扰机制，实现跨域变构飞行中飞行器表面复杂强时变流场表征与飞行器结构动态特性精准分析需求；构建多载荷验证窗口匹配与轨迹优化模型，实现非对称连续变形干扰下的姿态稳定控制与多约束窗口飞行试验轨迹优化；突破跨域高效飞行复杂空间约束与流动界面下的力、热参数原位测量技术，获取跨域变构飞行环境下的力、热、变形等物理量的测量数据；开展面向跨域高效飞行成果验证的飞行平台集成研究与试验设计，构建高超飞行条件力热耦合环境，完成多物理场高效飞行理论、方法等关键成果在近真实飞行条件下的考核验证。验证载荷总重不低于200kg，有效飞行时长不低于200s，最大速度不低于6Ma，最大飞行高度不低于50km，变形部件几何尺寸不小于1.5m。
2. 跨域变构飞行极端环境下信息感知与传输系统集成验证
针对跨域变构飞行器在极端力热等离子体环境下电磁感知与信息传输的需求，研究跨域飞行器变构下信息窗口区域的力热等离子体多物理场耦合机理、多因素耦合下电磁波辐射特性调控机制、多物理场与信息特征的关联模型等科学问题，突破极端环境参数（非平衡高温流场电子密度1015-1020/m3、总温≥6000K）解耦测量与空间分布重构、分布式天馈系统设计（极小开窗尺寸≤φ100mm、耐温＞1700K）与辐射特性调控、电磁信息智能感知与定位、分布式自适应信息传输等关键技术，研制变构与等离子体环境电磁信息感知传输原理集成系统，开展地面模拟环境（等离子体电子密度1015-1020/m3、总温≥6000K、等离子体射流速度不小于4000m/s）综合实验验证，为跨域高效智能飞行提供信息化支撑。
3. 跨域变构飞行器流动调控非稳态气动特性精确预示理论与方法
针对跨域变构飞行器稀薄-连续跨域飞行环境和变构型、大面积主动热防护特征强耦合带来的强非稳态效应使得飞行器气动建模与精确预示面临巨大困难的问题，建立适用于大空域、宽速域非稳态流动调控与多尺度变构飞行流场统一的非线性本构气体动力学理论与气动力/热智能高效数值计算方法；发展面向飞行器总体高效降热减阻的主动流动调控手段与布局优化技术，揭示跨域变构主动流动调控飞行器气动力热响应规律与飞行性能提升机制，开展地面试验验证研究；构建满足航天运输系统工程应用需求的多域融合变构型方案，探索宽域时变非线性流动调控机理和规律，应用跨域变构非稳态气动特性精确预示理论，发展智能变体与流动调控快速决策与评估方法，完成半实物仿真验证。建立跨域变构非稳态流动及其主动调控理论与方法体系，形成可兼容多种流动控制手段和变形方式、能够覆盖稀薄-连续跨流域状态的高效计算CFD软件平台；与风洞试验、飞行试验数据或DSMC仿真对比，所获取的典型跨流域工况轴向力偏差不大于12%、大攻角法向力系数偏差不大于8%；经平台优化后采用主动流动调控技术的高超飞行器关键部位降热70%、宏观减阻40%、整体机动性提升30%。
三、申请要求
（一）申请条件。
本重大研究计划项目申请人应当具备以下条件：
1. 具有承担基础研究课题的经历；
2. 具有高级专业技术职务（职称）。
在站博士后研究人员、正在攻读研究生学位以及无工作单位或者所在单位不是依托单位的人员不得作为申请人进行申请。
（二）限项申请规定。
执行《2025年度国家自然科学基金项目指南》“申请规定”中限项申请规定的相关要求。

拟资助重点支持项目5项，资助直接费用约为300万元/项，资助期限为4年，重点支持项目申请书中研究期限应填写“2026年1月1日—2029年12月31日”；拟资助集成项目3项，直接费用资助强度约为1000—1500万元/项，资助期限为3年，申请书中研究期限应填写“2026年1月1日—2028年12月31日”。

申请人和依托单位应当认真阅读并执行本项目指南、《2025年度国家自然科学基金项目指南》和《关于2025年度国家自然科学基金项目申请与结题等有关事项的通告》中相关要求。
1. 本重大研究计划项目实行无纸化申请。申请书提交日期为2025年3月1日－3月20日16时。
项目申请书采用在线方式撰写。对申请人具体要求如下：
（1）申请人应当按照科学基金网络信息系统中重大研究计划项目的填报说明与撰写提纲要求在线填写和提交电子申请书及附件材料。
（2）本重大研究计划旨在紧密围绕核心科学问题，对多学科相关研究进行战略性的方向引导和优势整合，成为一个项目集群。申请人应根据本重大研究计划拟解决的具体科学问题和项目指南公布的拟资助研究方向，自行拟定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费等。
（3）申请书中的资助类别选择“重大研究计划”，亚类说明选择“重点支持项目”或“集成项目”，附注说明选择“多物理场高效飞行科学基础与调控机理”，受理代码选择T02，根据申请项目的具体研究内容选择不超过5个申请代码。
重点支持项目的合作研究单位不得超过2个，集成项目的合作单位不得超过4个。集成项目主要参与者必须是项目的实际贡献者，合计人数不超过9人。
（4）申请人在申请书起始部分应明确说明申请符合本项目指南中的资助研究方向（写明指南中的研究方向序号和相应内容），以及对解决本重大研究计划核心科学问题、实现本重大研究计划科学目标的贡献。
如果申请人已经承担与本重大研究计划相关的其他科技计划项目，应当在申请书正文的“研究基础与工作条件”部分论述申请项目与其他相关项目的区别与联系。
2. 依托单位应当按照要求完成依托单位承诺、组织申请以及审核申请材料等工作。在2025年3月20日16时前通过信息系统逐项确认提交本单位电子申请书及附件材料，并于3月21日16时前在线提交本单位项目申请清单。