多物理場高效飛行科學基礎與調控機理重大研究計劃2025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2025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（多物理場是指跨域變構高速飛行器在飛行過程中，表面與空氣摩擦產生氣體環境溫度>3000K的高溫場，飛行器構型和表面氣固界面非穩態時變、壓強峰值≥7.5kPa的氣動力學場，跨域高速飛行產生1016~1020m-3等離子體電子密度的復雜電磁環境）。重點針對兩級入軌總體圖像（一二級飛行器均可通過變形呈現近似火箭構型和近似飛機構型），建立跨大空域、寬速域、可重復的高效智能飛行器設計理論與方法，實現飛行器構型連續變化、主動流動調控和智能控制等核心基礎理論與技術突破，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、2025年度資助研究方向
（一）重點支持項目。
圍繞核心科學問題，以總體科學目標為牽引，2025年擬資助前期研究成果積累較好、處于當前研究熱點前沿、對總體科學目標有較大貢獻的申請項目，研究方向如下：
1. 跨域變構飛行器多維光滑連續變形翼時變動力學特性與主動控制方法研究
針對跨域變構飛行器多維光滑連續變形翼在氣動、結構、熱環境耦合作用下復雜的動力學穩定性問題和可靠建模難題，提出寬域氣動環境下剛-彈-柔耦合系統非線性時變動力學建模方法，揭示變形過程中機翼動力學失穩現象的觸發條件和演化規律、建立高可靠性和高魯棒性的智能化主動控制方法，采用仿真與試驗相結合的方式驗證復雜非線性時變動力學系統模型的預測誤差控制在10%以內，動態失穩發生的概率降低至1%以下，顫振臨界速度提升至少15%。
2. 跨域變構飛行器發汗冷卻過程內外流耦合機制與預示方法
針對跨域變構飛行器表面非穩態流動力熱特征與主動流動調控手段復雜耦合的問題，建立高超聲速外流場作用下多孔結構內部幾何特征與冷卻工質亞聲速流動、相變過程的準確描述和調控方法，解決傳統方案熱流-相態-流量強耦合導致的氣動建模難、流量控制難、傳熱惡化預測難等問題；建立發汗冷卻作用下跨域變構飛行器氣動力熱特性預示的建模理論與高效計算方法，開展風洞試驗方法研究，突破跨域變構主動流動控制飛行器氣動力熱響應特性高精度高效預示關鍵技術，解決發汗冷卻與外流場耦合計算和發汗冷卻控制調控問題，建立可控相變發汗冷卻功能梯度結構設計方法，研制原理樣機，采用仿真與試驗相結合的方式驗證可控發汗冷卻高超飛行器標模氣動力預示誤差不超過15%，氣動熱預示誤差不超過20%。
3. 跨域變構飛行器力熱等離子體環境測量與重構方法研究
針對跨域變構飛行器飛行環境參數跨度大、流動狀態復雜以及主動流動控制耦合導致的飛行器弱模型飛行控制難題，圍繞高速飛行器非平衡高溫流場的復雜變化過程，重點開展飛行環境下多物理場耦合模型、力熱等離子體環境參數測量與全表面快響應重構（測量物理量：表面壓力場/表面溫度場/等離子體（最高達到1020m-3），重構更新速度≤500ms）、地面模擬環境實驗與驗證方法（地面等離子體環境電子密度最高達到1020m-3、總溫達到6000K）等研究，獲得飛行過程力熱等離子體物理場分布以及物理場演化重構模型，為克服飛行器弱模型飛行控制難題，提供全表面環境參數支撐。
4. 面向復雜動態任務的航班化天地往返智能規劃決策方法
針對飛行器空天跨域飛行過程中點對點運輸、在軌服務等多任務實時規劃難題，建立點對點運輸、在軌服務等典型任務場景以及區域規避等安全約束的形式化描述與分析架構，提出飛行任務時序和航跡的魯棒規劃決策方法；建立異構載荷和復雜飛行任務的邏輯模型，提出飛行器頻繁進出空間場景下的任務航跡自動匹配、智能任務滾動規劃與動態臨機調度方法；突破融合環境態勢預測和任務特征學習的快速自適應規劃方法，進行動態未知場景下基于經驗學習的規劃加速以及實時在線驗證與評估，實現復雜動態任務下航班化天地往返的智能決策規劃。所建立的智能規劃決策方法針對≥100個復雜線性時序任務和50個飛行器場景，預先任務規劃時間≤5秒；基于板載計算資源，針對≥15個臨機時序任務和10個飛行器場景，規劃時間≤1秒。
5. 跨域變構飛行器高性能AI模型架構研究
針對跨域變構飛行器在力-熱-電磁多物理場環境下的變構型、主動降熱減阻及智能自主飛行等帶來的多學科強耦合綜合優化難題，研究適用于跨域變構飛行器力-熱-電磁多物理場耦合的關鍵參數訓練基礎架構；設計適用于多物理場耦合環境的AI算法輕量化內核，提出高效環境感知與三維建模方法；研究多源干擾與不確定性建模方法，建立考慮氣動、結構、防隔熱、飛控、感知、建模等多專業強耦合的跨域高速飛行器垂直AI模型。實現稠密大氣、臨近空間、外空間等3種跨域變構型建模，支持主被動結合降熱減阻，完成因果與溯源分析驗證。完成跨域變構飛行器垂直AI模型千萬核級國產超算并行化訓練，高效融合的模態數據種類≥3種，模型參數量≥7000M；完成異步并行收斂性分析，設計可擴展性異步并行訓練框架，算法訓練效率相比同步并行方法提升≥20%。。
（二）集成項目。
在本重大研究計劃前期布局和資助成果的基礎上，集中優勢力量，圍繞以下方向進行集成，力爭實現跨越發展。
1. 多物理場高效飛行關鍵成果耦合匹配機制與集成飛行試驗技術
面向重大計劃三大核心科學問題的理論、方法集成匹配與考核驗證需求，建立面向柔性變形、主動流動控制、信息智能感知傳輸與智能飛行控制耦合匹配的總體優化方法，明確不同驗證載荷的設計邊界與能力考核準則，揭示多學科載荷成果集成匹配的耦合機制以及對飛行能力的影響規律；探明大尺寸連續變形與飛行器本體耦合干擾機制，實現跨域變構飛行中飛行器表面復雜強時變流場表征與飛行器結構動態特性精準分析需求；構建多載荷驗證窗口匹配與軌跡優化模型，實現非對稱連續變形干擾下的姿態穩定控制與多約束窗口飛行試驗軌跡優化；突破跨域高效飛行復雜空間約束與流動界面下的力、熱參數原位測量技術，獲取跨域變構飛行環境下的力、熱、變形等物理量的測量數據；開展面向跨域高效飛行成果驗證的飛行平臺集成研究與試驗設計，構建高超飛行條件力熱耦合環境，完成多物理場高效飛行理論、方法等關鍵成果在近真實飛行條件下的考核驗證。驗證載荷總重不低于200kg，有效飛行時長不低于200s，最大速度不低于6Ma，最大飛行高度不低于50km，變形部件幾何尺寸不小于1.5m。
2. 跨域變構飛行極端環境下信息感知與傳輸系統集成驗證
針對跨域變構飛行器在極端力熱等離子體環境下電磁感知與信息傳輸的需求，研究跨域飛行器變構下信息窗口區域的力熱等離子體多物理場耦合機理、多因素耦合下電磁波輻射特性調控機制、多物理場與信息特征的關聯模型等科學問題，突破極端環境參數（非平衡高溫流場電子密度1015-1020/m3、總溫≥6000K）解耦測量與空間分布重構、分布式天饋系統設計（極小開窗尺寸≤φ100mm、耐溫＞1700K）與輻射特性調控、電磁信息智能感知與定位、分布式自適應信息傳輸等關鍵技術，研制變構與等離子體環境電磁信息感知傳輸原理集成系統，開展地面模擬環境（等離子體電子密度1015-1020/m3、總溫≥6000K、等離子體射流速度不小于4000m/s）綜合實驗驗證，為跨域高效智能飛行提供信息化支撐。
3. 跨域變構飛行器流動調控非穩態氣動特性精確預示理論與方法
針對跨域變構飛行器稀薄-連續跨域飛行環境和變構型、大面積主動熱防護特征強耦合帶來的強非穩態效應使得飛行器氣動建模與精確預示面臨巨大困難的問題，建立適用于大空域、寬速域非穩態流動調控與多尺度變構飛行流場統一的非線性本構氣體動力學理論與氣動力/熱智能高效數值計算方法；發展面向飛行器總體高效降熱減阻的主動流動調控手段與布局優化技術，揭示跨域變構主動流動調控飛行器氣動力熱響應規律與飛行性能提升機制，開展地面試驗驗證研究；構建滿足航天運輸系統工程應用需求的多域融合變構型方案，探索寬域時變非線性流動調控機理和規律，應用跨域變構非穩態氣動特性精確預示理論，發展智能變體與流動調控快速決策與評估方法，完成半實物仿真驗證。建立跨域變構非穩態流動及其主動調控理論與方法體系，形成可兼容多種流動控制手段和變形方式、能夠覆蓋稀薄-連續跨流域狀態的高效計算CFD軟件平臺；與風洞試驗、飛行試驗數據或DSMC仿真對比，所獲取的典型跨流域工況軸向力偏差不大于12%、大攻角法向力系數偏差不大于8%；經平臺優化后采用主動流動調控技術的高超飛行器關鍵部位降熱70%、宏觀減阻40%、整體機動性提升30%。
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）重點資助具有良好研究基礎和前期積累，對總體科學目標有直接貢獻與支撐的研究項目。
五、2025年度資助計劃
擬資助重點支持項目5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“2026年1月1日—2029年12月31日”；擬資助集成項目3項，直接費用資助強度約為1000—1500萬元/項，資助期限為3年，申請書中研究期限應填寫“2026年1月1日—2028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《2025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、《2025年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2025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2025年3月1日－3月20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“重點支持項目”或“集成項目”，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，根據申請項目的具體研究內容選擇不超過5個申請代碼。
重點支持項目的合作研究單位不得超過2個，集成項目的合作單位不得超過4個。集成項目主要參與者必須是項目的實際貢獻者，合計人數不超過9人。
（4）申請人在申請書起始部分應明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向（寫明指南中的研究方向序號和相應內容），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2025年3月20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3月21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。
交叉科學部交叉科學二處
聯系電話：010-62329548，010-62329489
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