6142202等离子体动力学重点实验室网上发布指南25项

6142202 等离子体动力学重点实验室网上发布指南

(2019)

选题范围

1、旋转爆震发动机喷管设计及振荡流动抑制方法研究

针对旋转爆震发动机燃气高频振荡特性造成喷管出口参数分布在空间和时间上高度地非均匀这一基础问题，开展旋转爆震发动机喷管设计方法及振荡流动抑制机理的研究，发展基于最大推力理论的旋转爆震发动机塞式喷管设计方法，开展外唇罩参与气流膨胀加速和平直外唇罩的喷管设计方案研究，揭示旋转爆震发动机喷管流动振荡抑制机理，获得喷管扩张比对流动振荡强度的影响规律。基于旋转爆震喷管准一维分析方法，结合优选算法，筛选同时满足旋转爆震发动机推力增益显著和流场振荡较弱的喷管构型。

技术指标：①带最大推力塞式喷管的旋转爆震发动机比冲提升不小于10%；②喷管出口流动振荡得到有效抑制，减小幅度不小于10%。

2、液态燃料喷注方式对旋转爆震燃烧特性的影响研究

针对液态碳氢燃料喷注与掺混过程对吸气式连续旋转爆震发动机起爆与稳定工作的影响问题，以航空煤油为燃料，开展连续旋转爆震发动机工作特性研究。选取不同喷注方式，在典型工况下，实现液态航空煤油-空气混合物的可靠起爆与稳定工作，获得爆震燃烧室流场、油雾场分布特征，以及爆震波传播主要参数；通过对比与理论分析，获得不同喷注结构对起爆及爆震燃烧特性的影响规律，为高性能连续旋转爆震发动机优化设计提供技术与理论支撑。

技术指标：①实现以航空煤油为燃料的连续旋转爆震发动机不补氧稳定起爆；②爆震波传播速度不小于CJ速度的70%。

3、适用于航空发动机内流环境的智能材料研制与特性

针对航空发动机内部流动对智能主动控制的需求，研制适用于航空发动机内流环境的智能材料，并分析其特性。明确航空发动机内流环境下主动控制实施过程中的温度与压力变化范围，以智能聚合物为研究重点，通过改变材料结构与属性，使智能材料适用范围达到相应温度和压力要求；在航空发动机内流环境下研究分析智能材料随外界激励自适应变化的特性，以此为基础进一步提升智能材料在航空发动机内流环境下的适应性。

技术指标：①智能材料适用温度达到100°C；②智能材料适用压力达到2atm。

4、基于等离子体流动控制技术的新概念空气动力学设计方法研究

针对发展高性能飞机气动设计技术的迫切需求，开展飞行器气动外形/等离子体流动控制一体化优化设计研究。发展将等离子体流动控制作为设计要素引入气动优化设计体系的新概念气动设计方法，建立气动外形设计参数与流动控制设计参数的一体化高精度代理模型和基于代理模型的优化模型，研究等离子体流动控制关键参数与气动外形设计参数在优化设计流程中协同作用的基础理论与实现途径，建立一套集传统气动外形优化技术与新型流动控制技术于一体的新概念空气动力学设计方法，为发展基于先进流动控制技术的飞行器的设计新方法奠定技术基础。

技术指标：①实现马赫数0.5以内翼型/机翼的气动外形/等离子体流动控制一体化优化设计，对典型的增升气动设计问题，优化设计所得升力系数增量比传统优化设计方法进一步提升20%以上。

5、高性能低压半导体等离子体发火材料研制与特性研究

针对半导体等离子体材料在点火助燃装置研制过程中存在的击穿电压高、寿命不足等问题，开展低电压、长时间、宽环境条件下半导体等离子体发火材料研究。选取常规的电容放电系统作为点火装置，在相同放电能量条件下，研究不同气压、不同电极间隙条件下的发火电压，验证半导体材料降低发火电压的潜力；研究不同发火频率条件下，连续多次发火后的发火电压，考核半导体材料长时间工作的可靠性；研究不同油污情况下的发火电压，考核半导体材料抗油污能力；研究不同温度下的发火电压，考核半导体材料高温工作能力。通过上述研究工作，获得不同材料配比对半导体发火材料发火电压的影响规律，揭示研制发火电压低、寿命长、抗油污、耐高温的高性能半导体等离子体发火材料的技术途径。

技术指标：①标准大气、1mm电极间隙条件下稳定可靠的发火电压不高于800V；②油污情况下发火电压增加量不高于20%；③长时间稳定可靠工作的最高温度不低于1000K，短时（不小于1s）温度不低于1500K；④十万次放电后发火电压增减量不高于20%；⑤半导体材料表面吸水率低于0.01%。

6、新型脉冲等离子体点火电源研制与点火实验研究

针对提高极端条件下航空发动机燃烧室点火能力的重要需求，开展新型脉冲等离子体点火电源研制与点火实验研究。研究采用谐振变换升压技术设计脉冲等离子体点火电源；针对应用需求采用谐振电感和电容实现软开关工作，提高脉冲电源的效率；研究高频脉冲变压器设计方案，提升输出效率；进行等离子体点火电源与电嘴的阻抗匹配研究，提高能量利用率。通过上述研究工作，获得新型脉冲等离子体点火电源的设计原理，研制新型脉冲等离子体点火电源，提高点火能力。

技术指标：①脉冲等离子体点火电源为burst模式，调制频率10Hz，脉冲持续时间0.02s，占空比20%；②输出为频率50-65kHz的正弦波，最高输出电压不低于10KV，最大输出电流5-20A，等效输出功率不小于100W；③等离子体点火电嘴的火舌长度不低于20mm。

7、旋转效应对压气机叶尖流动主动控制的影响

针对旋转效应对压气机叶尖流动有显著影响，发展高效的控制压气机叶尖流动的主动控制方式，需研究分析旋转效应对压气机叶尖流动主动控制的影响。选取以等离子体等为代表的主动控制方式和典型压气机模型，发展考虑旋转效应时压气机叶尖流动研究分析方法，对比分析有无旋转效应情况下主动控制技术对压气机叶尖流动的控制效果，揭示旋转效应对压气机叶尖流动主动控制的影响规律和机制。

技术指标：①针对两种以上压气机模型，给出旋转效应影响压气机叶尖流动的规律和机理；②针对两种以上压气机模型，给出考量旋转效应对压气机叶尖流动影响的准则。

8、超声速曲面边界层的等离子体流动控制机理研究

针对超声速曲面边界层转捩、分离及其与激波的相互作用引起的进气道、燃烧室和喷管的性能下降，不同工作条件下边界层工作特性的较宽变化范围宽可能导致点火困难及燃烧效率低的现实问题；以及针对高超音速飞行条件下外流中曲面复杂构型中边界层调控的重大需求，开展曲面边界层中的等离子体流动控制的数值仿真研究。研究不同激励形式、激励位置对曲面边界层的控制特性，以此为基础提高超音速飞行器的工作能力。

技术指标：①探索布设等离子体激励器的最佳位置，推迟分离时机或减小分离区10%。

9、类乘波体飞行器舵面激波干扰强热载荷控制方法研究

针对类乘波体飞行器空气舵面激波干扰易造成舵面失效这一基础问题，开展类乘波体飞行器激波干扰强热载荷控制方法研究，获得类乘波体飞行器舵面激波干扰对空气舵面力热载荷的影响规律，发展能有效减轻空气舵面力热载荷的整流鼓包设计方法和等离子体流动控制方法，揭示类乘波体飞行器整流鼓包前缘激波/空气舵面弓形激波的相互作用机理，发展类乘波体飞行器舵面激波干扰强热载荷的等离子体调控技术。

技术指标：①激波干扰区壁面热流降低10%以上。

10、单晶涡轮叶片激光修复基础研究

面向航空发动机单晶高温合金叶片损伤修复需求，以具有工程应用背景的第二代单晶高温合金为研究对象，分析单晶叶片激光修复区微观组织结构形成规律和裂纹等缺陷控制方法，探索枝晶形态选择演化与杂晶产生、热/应力耦合条件下热裂纹抑制、热处理组织调控与再结晶控制等关键问题，揭示影响修复区枝晶晶体学取向和单晶完整性的关键因素，探明热处理工艺对修复区微观组织的影响作用；对比分析激光修复区和单晶基材的高温拉伸性能及持久性能，探明修复区损伤失效机理及其强韧化机制，为单晶叶片激光修复技术的工程应用提供理论基础。

技术指标：①修复区单晶生长高度大于5mm;②修复区与单晶基体的晶体学取向差不高于10°；③接头区域高温拉伸强度不低于单晶基体。

11、基于深度学习的增材制造过程在线监控技术

开发一种金属增材制造熔池动态特征与层面轮廓的在线监测系统。研究基于深度学习的图像处理算法,建立熔池、溅射及层面轮廓图像与算法自适应调节参数的关联数据集；针对制造过程中熔池、溅射及层面轮廓特征，构建多种深度学习框架，研究分析其在不同工况下对参数的优化性能，以及相应的熔池、溅射和层面轮廓图像的提取效果。对熔池在线监测获得的图像信息进行处理，实现在线实时高效的金属增材制造过程监测，在航空零部件增材制造上进行工程验证。

技术指标：①实现金属增材制造熔池动态特征与层面轮廓的在线监测；单张图片处理时间<100ms；②图像分割平均精度：均交并比（mean intersection over union，mIoU，即预测区域和实际区域交集除以预测区域和实际区域的并集）>90%；③发表SCI论文2-3篇；④提交发明专利2项；⑤提交软件著作权1项。       

12、基于等离子体技术的复合材料抗外物损伤涂层技术研究

针对复合材料表面抵抗外物损伤能力不足的问题，开展抗损伤涂层材料体系与制备技术研究，研发能够抵抗环境外物冲击损伤并与复合材料基体界面相容的涂层材料体系，掌握等离子体在涂层制备过程中对涂层材料、结构和性能的影响规律，提高轻质高强复合材料在高速外物冲击损伤环境下的适应性。

技术指标：①涂层抗环境外物冲蚀性能比基材提高5倍以上;②涂层内聚结合强度不低于20MPa;③涂层表面硬度不低于Hv620。

13、考虑表面处理工艺的航发钛合金叶片疲劳极限评估方法研究

开展激光冲击强化、涂层等表面处理方式对钛合金叶片力学行为和疲劳性能的影响规律研究，研究考虑表面处理梯度结构特征的航发钛合金叶片疲劳性能损伤行为，提出考虑表面残余应力和微观组织等表面特征的钛合金高周疲劳极限评估模型和方法，为激光冲击强化、涂层等表面处理技术在航发钛合金叶片应用提供理论支撑，预测值与误差不大于30%。

技术指标：①疲劳强度评估方法应考虑表面残余应力场等表面完整性参量，表面处理叶片疲劳强度预测值与误差不大于30%。

14、飞机先进复合材料成像检测中缺陷智能识别方法研究

针对飞机先进复合材料红外、超声等无损检测过程中缺陷自动智能判读能力差的问题，开展检测成像的缺陷智能定位识别研究，研究基于图像处理的伪彩色图像分割，边缘增强，图像去噪方法，提出基于机器视觉和深度学习的损伤缺陷的区域定位与识别方法，开发高效程序代码，解决超声和红外无损检测中损伤缺陷的高效准确识别问题，提升检测效率。

技术指标：①损伤缺陷类型不少于4种，检测速率：不小于15帧/秒，平均精度（mAP）≥85%。

15、纤维增强复合材料冲击动态响应特征提取与分析研究

针对激光冲击波界面结合力检测过程中信号难于在线监测的问题，开展激光冲击波作用下复合材料表面振动信号动态检测技术研究，发展纤维增强复合材料动态响应信号高效采集方法，研发原理样机，实现动态响应信号的实时处理，获得不同冲击波作用下（尤其是内部发生层裂）复合材料响应的信号特征。

技术指标：①研制出动态信号采集装置，动态信号采集时间分辨率不低于0.1微秒。

16、纤维增强复合材料动态变形损伤力学性能研究

针对激光冲击波界面结合力检测过程中复合材料冲击层裂问题，开展纤维增强复合材料动态变形损伤力学性能研究，探究纤维增强复合材料在复杂应力状态下的变形失效行为特性，构建碳纤维复合材料动态变形失效模型，同步识别材料各向异性弹-塑性-损伤力学本构参数，提出复合材料复杂应力状态下变形损伤性能表征新方法，实现复合材料异形件各向异性变形损伤性能参数精确表征。

技术指标：①变形损伤力学模型计算误差不大于15%;②复合材料各向异性多参数一次即可识别。

17、纤维增强复合材料激光冲击波数值模型与动态力学响应研究

针对冲击波作用下复合材料内部响应特征无法准确预测的问题，开展纤维增强复合材料建模与动态力学响应研究。建立纤维增强复合材料三维仿真分析模型，并通过实验验证，研究不同冲击波压力和应变率条件下复合材料的动态响应，研究复合材料内部应力波传播、反射与耦合规律，揭示复合材料冲击损伤机理。

技术指标：①复合材料激光冲击动态层裂特征预测误差不大于15%；②材料内部应力计算误差不大于20%。

18、飞行器综合隐身特性快速数值评估技术

针对隐身飞机/发动机目标红外雷达特性快速评估需求、开展飞行器目标雷达/红外综合特征信号高效高精度数值预估技术研究，基于计算电磁学和数值传热学方法，建立飞行器目标雷达/红外综合特性快速预测模型，为隐身飞行器目标探测和识别提供技术支撑。

技术指标：①红外波段范围：3-5um和8-14um； X波段和Ku波段；②支持电大尺寸深腔结构和等离子体介质电磁散射特性并行计算；③支持气溶胶、碳黑颗粒的粒子散射特性的红外辐射特性计算；④与实测结果误差要求：红外<15%,雷达<15%；⑤典型飞行器单方向整机预测时间要求：红外<30分钟，雷达<30分钟。

19、隐身材料脱落对飞机隐身性能影响评估技术

针对隐身材料失效对目标隐身性能的影响问题，开展飞行器的涂覆脱落程度对其隐身性能影响的评估方法研究，对隐身飞机的表面、排气系统壁面的隐身材料涂覆进行研究，建立考虑气动载荷与热载荷变化的涂覆材料脱落物理模型，预估涂覆脱落后目标特性的变化，形成多参数耦合的涂覆脱落目标特性评估技术。

技术指标：①具备目标特性数据库功能；②建立考虑气动载荷、热载荷变化与涂覆脱落之间的模型；③构建脱落比例对目标红外辐射特性、雷达散射特性的影响；④完成对不同脱落比例的目标特性评估；⑤具有快速评估涂覆脱落后目标特性的能力，单个探测方向计算时间小于20分钟。

20、飞机蜂窝吸波结构损伤检测和修复方法研究

针对蜂窝吸波结构内部损伤产生的隐身性能和力学性能下降问题，开展蜂窝吸波结构典型损伤的无损检测方法研究，评价蜂窝吸波结构典型损伤对其隐身性能的影响模式，开展基于新型工艺的蜂窝吸波结构损伤的高隐身修复方法研究，评价修复工艺对蜂窝吸波结构损伤修复后隐身性能的影响。

技术指标：①修理后材料有效吸波带宽恢复到完整件的95%；②侧压力学性能恢复到80%以上；③可修理尺寸直径大于30mm；④检测时间不大于5 min。

21、局部雷达吸波涂层损伤评估及修复技术研究

针对雷达吸波涂层服役中出现的内外部损伤导致的隐身性能下降问题，开展局部吸波涂层隐身性能评估和修复技术研究，建立典型的雷达吸波涂层损伤模型，研究基于近场测试评估技术和雷达吸波涂层快速修复技术，提出评估方法和修复工艺方法，为隐身性能维护保障提供技术支撑。

技术指标: ①分辨率优于125px；②动态范围≥50dB；③修复区域不小于0.25m2。

22、红外隐身材料发射率特性的环境适应性研究

针对高温红外隐身材料发射率特性的环境适应性问题，研究隐身材料界面结合、热缺陷、宏/微耦合应力等微观组织与发射率关系，分析隐身材料的组织结构和力学性能，获得材料微观组织-外加应力-力学性能-发射率随温度变化的规律，构建红外隐身材料在不同温度环境中发射率参数数据库，为高温红外隐身材料应用提供理论支持。技术指标：①构建数据库；②获得隐身材料低发射率关键影响参数。

23、隐身材料服役条件下损伤机理研究

隐身材料在服役环境中容易发生严重的损伤破坏，针对隐身材料服役损伤问题，研究隐身材料损伤后的微观组织，分析材料的损伤特征；开展损伤隐身材料界面结合特点研究，从微观揭示隐身材料的服役条件下损伤机理，构建典型的隐身材料损伤模型，为隐身材料使用和修复及损伤评估提供理论支持。

技术指标：①典型隐身材料损伤模型。

24、等离子鞘套激波结构的计算方法研究

针对等离子鞘套的强激波结构，高温作用下的非平衡化学反应流动，以及热非平衡等特性，研究基于激波装配方法的高超声速非平衡流动高精度数值模拟方法。评估热平衡假设与热非平衡双温模型对流场模拟准确性的影响，为分析再入飞行器的电磁特性提供准确的流场及带电粒子分布。基于Openmp或MPI实现程序的并行计算，开发面向任务级的激波捕捉与激波装配一体化计算程序。

技术指标：①提供源程序代码；②计算精度5阶以上；③采用11组分化学反应模型。

25、等离子鞘套模拟设备非平衡放电多场耦合求解方法研究

针对等离子鞘套的地面模拟设备在非平衡放电时的能量损失问题，建立等离子体辐射模型、空气（含碱金属）非平衡电离模型、能量损失模型，研究基于辐射场-流场-电磁场-热力场-化学场多场耦合求解技术，实现模拟空气高频感应等离子体的辐射输运、能量转化和放电特性。开发面向任务级的计算程序，为等离子体鞘套的地面模拟设备设计与优化提供科学指导。

技术指标：①基于MPI实现多块网格并行计算；②完成程序的算例验证；③提供源程序代码；④碱金属采用铯或钠钾。