航空航天与工程科学课件.ppt

1、1.11.1工程科学是人类社会进步的工程科学是人类社会进步的基石基石1.11.1工程科学是人类社会进步的基石工程科学是人类社会进步的基石1.11.1工程科学是人类社会进步的工程科学是人类社会进步的基石基石1.11.1工程科学工程科学是人类社会进步的基石是人类社会进步的基石1.11.1工程科学工程科学是人类社会进步的基石是人类社会进步的基石开瓶器静力学杠杆原理摩天轮运动学匀速转动航班起飞动力学加速运动生物力学（biomechanics）纳米力学（Nanomechanics）磁流体力学（magneto-fluid mechanics）1.2 1.2 二十世纪伟大的科技成就之一：二十世纪伟大的科技成

2、就之一：航空航天航空航天1.2 1.2 二十世纪伟大的科技成就之一：二十世纪伟大的科技成就之一：航空航天航空航天孔明灯火箭古代达芬奇扑翼飞行器文艺复兴古代人类的奇思妙想孟格菲兄弟热气球16世纪莱特兄弟飞机20世纪加加林1961杨利伟2003核裂变碎片火箭光速的12%，46天抵达人马座类地行星欧洲高超声速运输机Ma5，90min欧亚到达1.2 1.2 二十世纪伟大的科技成就之一：二十世纪伟大的科技成就之一：航空航天航空航天无线通讯全球旅游天气预报走进日常生活的航天十大发明1.无线工具2.烟雾报警器3.强化婴儿食品4.橡胶再生利用5.新型耳道体温计6.快捷型牙套7.防护漆8.更好的心脏起搏器9.抗

3、磨损型眼镜10.舒适的运动鞋内底18811963,冯卡门建立的超音速空气动力学是现代航天的基础。1942年10月，V-2导弹成功发射推动空气动力学技术发展。1957年10月4日，第一颗人造地球卫星成功发射推动工程力学技术的发展。1969年7月20日，在具有摆脱空间困境能力前提下，人类首次成功登月。1981年4月12日，结合大攻角再入返回等关键力学技术，第一架航天飞机获得成功,推动了高超真实气体效应的认识和研究。1998至今，在动力学分析与控制技术基础上，国际空间站成功完成多项航天任务。2003年10月15日，CZ-2F运载火箭与神舟五号载人飞船组合体出现“8Hz”低频振动，推动稳定性理论及控制

4、理论的应用与发展。2012年8月6日，好奇号火星探测器成功降落火星，推动稀薄气体中着陆、悬停等技术的发展。2013年12月14日21时许，嫦娥三号在月球无大气情况下克服逼近、悬停等5大技术难题，成功软着陆。1.31.3力学家对航空航天发展的作用力学家对航空航天发展的作用1.31.3力学家对航空航天发展的作用力学家对航空航天发展的作用开普勒开普勒(15711630)(15711630)牛顿牛顿（1643-17211643-1721）齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基（1857-19351857-1935）世界航天之父世界航天之父行星运动三大定律行星运动三大定律万有引力，万有引力，创立经典力学创立经典力

5、学航天发展基础航天发展基础首次探讨从火箭到人造卫星首次探讨从火箭到人造卫星的诸多问题。的诸多问题。冯冯卡门卡门（1881-19631881-1963）航空航天时代航空航天时代的科学奇才的科学奇才开创了数学和基础科开创了数学和基础科学在航空航天领域的学在航空航天领域的应用。应用。1.31.3力学家对航空航天发展的作用力学家对航空航天发展的作用钱学森钱学森（1911 1911 20092009）中国航天之父中国航天之父将力学领域重要研究成将力学领域重要研究成果进行工程转化，研制果进行工程转化，研制中国首枚国产导弹，中中国首枚国产导弹，中程弹道导弹，中国首颗程弹道导弹，中国首颗人造地球卫星，参与与人

6、造地球卫星，参与与研制美国首枚弹道导弹。研制美国首枚弹道导弹。任新民任新民（1915 1915）两弹一星元勋两弹一星元勋导弹总体和液体发动机导弹总体和液体发动机技术专家，中国导弹与技术专家，中国导弹与航天技术的重要开拓者航天技术的重要开拓者之一，中国航天事业五之一，中国航天事业五十年最高荣誉奖获得者。十年最高荣誉奖获得者。王希季王希季（1921 1921）“两弹一星两弹一星”功勋奖章获得功勋奖章获得者者中国空间事业开创人之中国空间事业开创人之一，卫星总设计师、空一，卫星总设计师、空间返回技术学科的带头间返回技术学科的带头人，国家科学技术进步人，国家科学技术进步奖特等奖获得者奖特等奖获得者庄逢甘

7、庄逢甘（1925 1925 20102010）高超声速空气动力试高超声速空气动力试验技术开拓者验技术开拓者空气动力学家，组织领空气动力学家，组织领导了我国主要的空气动导了我国主要的空气动力学实验基地建设，为力学实验基地建设，为发展我国航天事业作出发展我国航天事业作出了突出贡献了突出贡献1.31.3力学家对航空航天发展的作用力学家对航空航天发展的作用哈尔滨工业大学一般力学专业，博士学位。哈尔滨工业大学一般力学专业，博士学位。历任哈尔滨工业大学航天学院航天工程与历任哈尔滨工业大学航天学院航天工程与力学系主任、航天学院院长、哈尔滨工业力学系主任、航天学院院长、哈尔滨工业大学副校长，航天五院副院长，航

8、天科技大学副校长，航天五院副院长，航天科技集团副总经理、总经理，工业和信息化部集团副总经理、总经理，工业和信息化部副部长，广东省委书记、政法委书记，中副部长，广东省委书记、政法委书记，中共十八届中央委员，第十一届全国政协委共十八届中央委员，第十一届全国政协委员员马兴瑞马兴瑞袁家军袁家军北京航空学院、航空航天部五院北京航空学院、航空航天部五院501501部部,博博士学位。士学位。历任五院历任五院501501部结构室副主任，部副主任，部结构室副主任，部副主任，院长助理、神舟一号常务副总指挥，五院院长助理、神舟一号常务副总指挥，五院副院长、院长、神二至神五号总指挥，航副院长、院长、神二至神五号总指挥

9、，航天科技集团副总经理，中国科协第七、八天科技集团副总经理，中国科协第七、八届全国委员会副主席，宁夏回族自治区党届全国委员会副主席，宁夏回族自治区党委常委、自治区政府副主席，浙江省委常委常委、自治区政府副主席，浙江省委常委、常务副省长、省政府党组副书记。委、常务副省长、省政府党组副书记。国防科技大学固体力学专业，博士学位，国防科技大学固体力学专业，博士学位，中国工程院院士。中国工程院院士。历任中国载人航天工程办公室总体室主任，历任中国载人航天工程办公室总体室主任，酒泉卫星发射中心总工程师，载人航天工酒泉卫星发射中心总工程师，载人航天工程发射场系统总设计师，中国载人航天工程发射场系统总设计师，中

10、国载人航天工程总指挥、中国载人航天工程总设计师，程总指挥、中国载人航天工程总设计师，中国宇航学会理事，中国科协常委。中国宇航学会理事，中国科协常委。周建平周建平张柏楠张柏楠国防科技大学固体力学系学士，中国空间国防科技大学固体力学系学士，中国空间技术研究院空间飞行器设计专业，硕士学技术研究院空间飞行器设计专业，硕士学位。位。历任载人航天工程飞船系统副总设计师，历任载人航天工程飞船系统副总设计师，“神舟神舟”六号飞船系统总设计师，曾先后六号飞船系统总设计师，曾先后获获“神舟号试验飞船神舟号试验飞船”国防科技一等奖、国防科技一等奖、“飞船总体构形与布局优化设计飞船总体构形与布局优化设计”国防科国防科

11、技二等奖和航天科技集团技二等奖和航天科技集团“载人航天功臣载人航天功臣”荣誉称号。荣誉称号。1.41.4新型航空航天器为力学提出许多新型航空航天器为力学提出许多挑战性问题挑战性问题2.12.1新型航天器发展趋势新型航天器发展趋势阿瑞斯阿瑞斯V V号载货火箭号载货火箭大型大型/重型运载火箭重型运载火箭高分二号卫星高分二号卫星大型变结构空间飞大型变结构空间飞行器行器龙飞船龙飞船天地往返可重复使天地往返可重复使用航天器用航天器临近空间飞行器临近空间飞行器2.22.2新型航天器的力学要求新型航天器的力学要求大型组合体耦合载荷与环境获取大型组合体耦合载荷与环境获取大尺寸结构地面试验验证大尺寸结构地面试验

12、验证多场环境下复合材料结构动强度设计多场环境下复合材料结构动强度设计力热耦合试验验证力热耦合试验验证航天器变参数动力学分析技术航天器变参数动力学分析技术航天器刚航天器刚-柔柔-液非线性耦合问题液非线性耦合问题气动布局多学科多目标协同设计气动布局多学科多目标协同设计高效轻质热防护高效轻质热防护飞行器气动力飞行器气动力/热特性高效高精度预测热特性高效高精度预测气动参数辨识与天地换算气动参数辨识与天地换算气动与结构气动与结构声声光等多学科耦合效应评估光等多学科耦合效应评估工程难题与力学界中的科学问题关系矩阵多场多场耦合耦合作用作用下飞下飞行器行器结构结构响应响应规律规律高温高温复合复合材料材料结构结

13、构失效失效机理机理复杂复杂流场流场特性特性下的下的耦合耦合失控失控机理机理非线非线性刚性刚/柔柔/液液耦合耦合作用作用机理机理可压可压缩湍缩湍流与流与转捩转捩流动流动机理机理复杂复杂真实真实气体气体效应效应动力动力学模学模型型气动气动力力/热热/结构结构多学多学科耦科耦合动合动力学力学2.2.12.2.1重型运载火箭重型运载火箭固液耦合分析固液耦合分析星箭耦合分析星箭耦合分析力热复合试验技术力热复合试验技术热强度试验热强度试验热模态试验热模态试验热噪声试验热噪声试验2.2.22.2.2大型变结构空间飞行器大型变结构空间飞行器非线性刚非线性刚-柔柔-液耦合动力学分析技术液耦合动力学分析技术大型变

14、结构组合体建模、辨识、振动抑制技术大型变结构组合体建模、辨识、振动抑制技术大型复杂空间机械臂技术大型复杂空间机械臂技术鑫诺二号、鑫诺二号、串联贮箱串联贮箱示意图示意图空间站三舱组合体基本构型空间站三舱组合体基本构型FRENDFREND机械臂机械臂2.2.32.2.3天地往返可重复使用航天器天地往返可重复使用航天器复杂流场特性下的耦合失控分析技术复杂流场特性下的耦合失控分析技术复杂真实气体效应评估技术复杂真实气体效应评估技术超燃与混合动力技术超燃与混合动力技术X-37BX-37B再入流场再入流场高温真实气体效应高温真实气体效应超然冲压发动机地面试验超然冲压发动机地面试验2.2.42.2.4临近空

15、间飞行器临近空间飞行器大空域、全速域、高升阻比气动布局设计大空域、全速域、高升阻比气动布局设计复合材料结构动强度设计与高效轻质结构热防护技术复合材料结构动强度设计与高效轻质结构热防护技术气动力气动力/热热/结构多学科耦合动力学响应分析与评估技术结构多学科耦合动力学响应分析与评估技术乘波体乘波体升力体升力体旋成体旋成体X-37BX-37B梯度化轻质梯度化轻质X-37X-37舵面力热联合试验舵面力热联合试验2.32.3航天领域十大热点力学问题航天领域十大热点力学问题序号序号问题问题内涵内涵1热-噪声-结构多场耦合分析问题多场耦合机理分析；热模态分析；多场耦合响应分析；力热环境下耐高温材料及结构强度

16、评估；2复合材料疲劳损伤分析问题复合材料结构破坏机理；复合载荷下结构疲劳损伤累积模型；基于损伤力学的结构疲劳寿命预示；3航天器刚-柔-液耦合动力学分析问题大型柔性部件动力学建模与复杂动态响应问题；变质量液体非线性晃动动力学分析方法；刚-柔-液耦合系统动力学分析与稳定性机理；4振动与噪声控制技术问题振动噪声主动控制技术；多物理场耦合作用下复杂动力学与控制技术；新型材料与结构非线性振动控制技术；5大型复杂空间机构技术问题机构动力学；结构动力学与控制；稳定性与形面保持精度；2.32.3航天领域十大热点力学问题航天领域十大热点力学问题6特殊功能结构、机构技术问题空间碎片清除；在轨服务；舱外悬停；月壤着

17、陆；7低Re数气动特性预测与大展弦比柔性翼非线性气动弹性分析问题低Re数层流分离与转捩准确预测与演化规律；动力系统低Re数复杂气动效应及作用机理；大展弦比低翼载飞行器运动响应异常特性及作用机理；大展弦比大变形飞行器气动结构飞行力学一体化分析技术；8高效轻质非烧蚀热防护问题高超飞行器大空域气动热环境精确预示技术高效轻质防热材料设计与力学特性分析技术新概念微/非烧蚀防热结构设计高超飞行器热防护系统地面试验考核技术9高超空气动力学问题高超声速飞行器气动布局概念研究高超飞行器新概念热防护原理高温真实气体效应和稀薄效应激波边界层干扰效应超燃冲压发动机气动力热问题研究10可压缩湍流及其流动机理问题可压缩湍

18、流结构、转捩机理和转捩准则可压缩湍流模式理论及其标定方法可压缩湍流稳定性理论及其数值模拟方法、风洞试验、流动显示湍流流动控制及降热减阻、增混技术3.13.1轻质材料结构优化设计轻质材料结构优化设计提高结构效能降低全寿命成本轻质高性能：降低结构重量系数可设计与整体成形：结构功能与完整性耐久性：抗疲劳、耐腐蚀维护性：检修周期安全性经济性舒适性环保性3.13.1轻质材料结构优化设计轻质材料结构优化设计 可设计性，大幅度减重可设计性，大幅度减重 结构结构/功能一体化功能一体化 结构整体优化结构整体优化 降低全寿命成本降低全寿命成本20203030 增加有效载荷增加有效载荷 提升飞行器功能提升飞行器功能

19、 增大航程、增大航程、降低油耗降低油耗翼身融合、整体成型减少零件数，提高安全性翼身融合、整体成型减少零件数，提高安全性承载、防热、颤振、隐身、透波、智能承载、防热、颤振、隐身、透波、智能耐疲劳、抗腐蚀，部件寿命显著延长耐疲劳、抗腐蚀，部件寿命显著延长3.1.13.1.1一体化设计一体化设计u 设计基础设计基础取决于材料性能表取决于材料性能表征、评价征、评价u 设计水平设计水平应用水平，多尺度、应用水平，多尺度、多物理场分析，不确定性，充多物理场分析，不确定性，充分发挥材料性能，完成高效轻分发挥材料性能，完成高效轻质结构设计质结构设计3.1.23.1.2复合材料变形预测与控制复合材料变形预测与控

20、制飞机典型部件变形控制飞机典型部件变形控制温度 不均匀温度场 热胀冷缩效应铺层 铺层方向 铺叠次序 非对称铺层模具 模具材料 模具刚度 模具厚度 脱模剂加强筋 加强筋的限制作用 加强筋设计工装型面变形控制工装型面变形控制p 复合材料结构件固化成型机理研究p 大型复合材料结构件固化变形影响因素分析p 大型复合材料结构件固化成型质量优化分析 降低成本，提高质量！降低成本，提高质量！3.23.2气动弹性及其控制与利用气动弹性及其控制与利用气动力结构变形新的气动力新的变形平衡或发散变形载荷、发散、操控效率等惯性力、气动力、弹性力相互作用动气动弹性扰动消失或发散颤振、抖振、突风响应等气动弹性三角气动弹性

21、三角3.2.13.2.1飞行动力学飞行动力学/气动弹性力学耦合分析气动弹性力学耦合分析“太阳神”翼尖变形量达半展长25%B787翼尖变形已达到半翼展的12%美国大展弦比飞翼验证机X56A发生机翼弹性一弯模态和机体飞行力学短周期俯仰模态相互耦合的体自由度颤振而解体动力学建模动力学建模3.2.23.2.2气动弹性主动控制气动弹性主动控制 W2 xs 结构反馈回路 运动信号转换 弹性飞机 模态参数 助力器 伺服器 自动控制系统 传感器 s W1 W3 W4 q xi 颤振抑制颤振抑制阵风减缓阵风减缓机动减缓机动减缓美AFW(Active Flexible Wing)研究计划3.33.3减阻降噪减阻降

22、噪缝翼襟翼Boeing 747-400Boeing 747-400客机噪声测试客机噪声测试Boeing 737-800的小翼(前)和A319的翼尖装置(后)3.3.13.3.1飞机增升与减阻飞机增升与减阻Airbus A310-300Airbus A310-300前缘缝翼增升前缘缝翼增升Boeing 747Boeing 747的后退三开缝襟翼的后退三开缝襟翼Boeing 747Boeing 747的前缘襟翼的前缘襟翼边界层控制增升边界层控制增升涡流产涡流产生噪声生噪声3.3.13.3.1飞机增升与减阻飞机增升与减阻CL/CD升阻比V飞行速度SFC比燃料消耗WL基本重量WF燃料总重根据Bregu

23、et公式，若保持航程不变，增加1个阻力点（CD=0.0001）相当于要减少8位乘客（每位乘客按250磅计算）美美X-48bX-48b翼身融合体气动外形翼身融合体气动外形TA-4SUTA-4SU的涡流发生器的涡流发生器NASA-NP2NASA-NP2微孔减微孔减阻壁板阻壁板3.3.23.3.2机体噪声抑制机体噪声抑制通过减小缝翼缝隙实现降噪抑制通过减小缝翼缝隙实现降噪抑制起落架非定常涡脱落导致噪声分析4.14.1临近空间技术发展迫切需要高水平临近空间技术发展迫切需要高水平工程科学人才的补充工程科学人才的补充4.24.2临近空间的概念临近空间的概念 “临近空间临近空间”是指介于普通航空飞行器的飞是

24、指介于普通航空飞行器的飞行空间和航天器轨道空间之间的区域，一般定行空间和航天器轨道空间之间的区域，一般定义为距海平面义为距海平面2020100100公里的空域，包括大部分公里的空域，包括大部分平流层、全部中间层和部分热层，跨电离层和平流层、全部中间层和部分热层，跨电离层和非电离层。非电离层。航天器下不来（阻力过大）航空器上不去（升力不够）4.24.2临近空间的概念临近空间的概念尚未被系尚未被系统的开发统的开发与利用与利用4.34.3临近空间飞行器临近空间飞行器4.34.3临近空间飞行器临近空间飞行器高空飞艇高空飞艇太阳神太阳神RATTLRSRATTLRSHTVHTV2 2临近空间飞行器低动态高

25、动态区域驻留飞行器亚声速巡航飞行器超声速飞行器高超声速飞行器4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义 的决策的决策4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义新军事变革形势下的国际安全形式新军事变革形势下的国际安全形式1 1）世界传统战略平衡被打破）世界传统战略平衡被打破u导弹防御体系正在逐步建立导弹防御体系正在逐步建立u超级大国拥有大量进攻性核打击力量超级大国拥有大量进攻性核打击力量u进攻性非核精确打击力量的快速发展进攻性非核精确打击力量的快速发展2 2）信息地位日趋重要）信息地位日趋重要u卫星防御能力弱、对敏感地区进行实时信息覆盖需要一定周期卫星防御能力弱、对敏

26、感地区进行实时信息覆盖需要一定周期u传统航空器生存能力差、滞空时间短，难以满足战时长时间信息支撑的需求传统航空器生存能力差、滞空时间短，难以满足战时长时间信息支撑的需求3 3）太空已进入军事战略视野）太空已进入军事战略视野u谁能控制太空，谁就能控制地球谁能控制太空，谁就能控制地球u空间控制依赖于快速廉价进出空间的能力空间控制依赖于快速廉价进出空间的能力4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义临近空间高超声速飞行器是有效突破导弹防御体系，提升战临近空间高超声速飞行器是有效突破导弹防御体系，提升战略、常规威慑能力及非对称打击能力的利器略、常规威慑能力及非对称打击能力的利器X-43A

27、X-43A HyFlyHyFly X-51X-51 冷计划冷计划 飞行速度：飞行速度：310Ma 310Ma 飞行距离：几百飞行距离：几百 几千公里几千公里飞行高度：飞行高度：2030km 2030km 时敏目标时敏目标快速打击快速打击飞行器飞行器IGLAIGLA 飞行速度飞行速度 ：10Ma25Ma10Ma25Ma飞行距离：几千至上万公里飞行距离：几千至上万公里 飞行高度：飞行高度：30km30km高超声速高超声速战略武器战略武器HTV-2HTV-24.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义速度极高：20Ma，拦截难度极大

28、；弹道多变：摆脱传统椭圆再入弹道模式，大机动能力进一步加大了其拦截难度；打击突然性强：两个小时之内覆盖全球任何目标4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义p日本：中国的高超音速导弹让日本面临严重危险，美国使日本面对中国的高超音速导弹无能为力，而“大难临头，美国不会管我们的”外交学者杂志网站。p德国：中国在军事领域总是“一鸣惊人”对华盛顿来说却是“冰冷的事实”，给五角大楼敲响了警钟。它映射出中国的世界大国地位和世界权力的重新分布“战争资讯”网站。p英国：，华盛顿因此十分担忧。今后面临不敢武力干预北京的局面，否则白宫就面临导弹的直接覆盖的危险，而五角大楼毫无拦截的能力每日星报。p美

29、国：“它们的速度极快，优势在于能够突破导弹防御体系，如果你拥有这种速度极快的导弹，就可以轻易击中目标。”哈德逊研究所政治军事研究室主任理查德.怀兹4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义新军事变革形势下的国际安全形式新军事变革形势下的国际安全形式1 1）世界传统战略平衡被打破）世界传统战略平衡被打破u导弹防御体系正在逐步建立导弹防御体系正在逐步建立u超级大国拥有大量进攻性核打击力量超级大国拥有大量进攻性核打击力量u进攻性非核精确打击力量的快速发展进攻性非核精确打击力量的快速发展2 2）信息地位日趋重要）信息地位日趋重要u卫星防御能力弱、对敏感地区进行实时信息覆盖需要一定周期卫星

30、防御能力弱、对敏感地区进行实时信息覆盖需要一定周期u传统航空器生存能力差、滞空时间短，难以满足战时长时间信息支撑的需求传统航空器生存能力差、滞空时间短，难以满足战时长时间信息支撑的需求3 3）太空已进入军事战略视野）太空已进入军事战略视野u谁能控制太空，谁就能控制地球谁能控制太空，谁就能控制地球u空间控制依赖于快速廉价进出空间的能力空间控制依赖于快速廉价进出空间的能力快速抵近侦察平台快速抵近侦察平台巡航速度：巡航速度：5Ma5Ma巡航高度：巡航高度：2535km2535km侦查范围：侦查范围：3000km3000km4.44.4临近空间开发利用的意义临近空间开发利用的意义临近空间飞行器可以大幅

31、提升战场信息感知与对抗能力临近空间飞行器可以大幅提升战场信息感知与对抗能力HAA HAA 太阳神太阳神信息感知与对抗平台信息感知与对抗平台留空时间：数天留空时间：数天 数年数年飞行高度：飞行高度：2030km2030km飞行速度：飞行速度：1Ma14.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学4.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学多物理场：温度、速度、压力多物理场：温度、速度、压力、浓度、化学势场等、浓度、化学势场等多时间尺度：微秒多时间尺度：微秒-小时级小时级多空间尺度：纳米多空间尺度：纳米-毫米级毫米级4.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学微微/细观尺度、非平衡对表面烧蚀影响细观

32、尺度、非平衡对表面烧蚀影响体烧蚀及其对力学、热物理性能影响体烧蚀及其对力学、热物理性能影响多种热耗散机制耦合影响质量损失和防热效率预报方法面向使用性能的逆向材料设计优化面向使用性能的逆向材料设计优化4.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学4.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学考虑温度和环境效考虑温度和环境效应的本构模型应的本构模型考虑动态响应的本考虑动态响应的本构模型构模型考虑物理衰减的本考虑物理衰减的本构模型构模型考虑裂纹的非考虑裂纹的非线性损伤本构线性损伤本构模型模型线弹性本构模线弹性本构模型和强度判据型和强度判据简单载荷条件复杂载荷条件疲劳载荷条件冲击载荷条件热力耦合载荷条件0

33、()1CaTbUEeABU)6,.2,1=,()(+)(=+kjifSgCfSgCCkijkkijkijiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiibaababbaba/4/)(=)21(/10004.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学4.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学1 1 获得复合材料微结构信息2 2 提取微结构统计特征3 3 实现材料微结构重构4 4 发展高效计算方法5 5 标定、验证模型和算法6 6 实现多状态或难测性能预报4.5.14.5.1高温固体力学高温固体力学影响程度4.5.24.5.2高超声速空气动力学高超声速空气动力学高超声速流动：高超声速流动：(Hyp

34、ersonic flow is best defined as that regime where(Hypersonic flow is best defined as that regime where all or some of physical phenomena all or some of physical phenomena(such as:Thin shock layers,(such as:Thin shock layers,Entropy layer,Viscous interaction,High-temperature flow,Low-Entropy layer,Vi

35、scous interaction,High-temperature flow,Low-density flow)density flow)become important as the Mach number is become important as the Mach number is increased to high valuesincreased to high values John D.Anderson,JrJohn D.Anderson,Jr.)高超声速空气动力学是研究高超声速空气流动规律和高超声速空气动力学是研究高超声速空气流动规律和空气与高超声速飞行器相互作用的科学，作

36、为现代空空气与高超声速飞行器相互作用的科学，作为现代空气动力学的前沿学科，它气动力学的前沿学科，它4.5.24.5.2高超声速空气动力学高超声速空气动力学高超声速空气动力学的研究内容：高超声速空气动力学的研究内容：u解决飞行过程中的稳定性和机动性解决飞行过程中的稳定性和机动性 气动力问题气动力问题u解决飞行过程中的热防护问题解决飞行过程中的热防护问题 气动热问题气动热问题u搞清飞行器周围的环境搞清飞行器周围的环境 气动物理问题气动物理问题4.5.24.5.2高超声速空气动力学高超声速空气动力学高超声速空气动力学的主要研究方向：高超声速空气动力学的主要研究方向：4.5.24.5.2高超声速空气动

37、力学高超声速空气动力学未来发展的重点关注问题：未来发展的重点关注问题：u高超声速高温气体、化学非平衡效应与材料特性耦合响应的物理建模u临近空间飞行器跨流域复杂非平衡绕流问题的数值模拟研究u高速飞行器动稳定性与控制研究u实用高性能计算方法与海量信息的提取和理解u气动数据不确定度与多目标/多学科优化u多物理场耦合、多尺度数值模拟方法5.15.1力学与航空航天相辅相成、相互促进力学与航空航天相辅相成、相互促进头锥、壳体、喉衬头锥、壳体、喉衬失效分析和评价失效分析和评价热防护与轻质化热防护与轻质化一体化设计与评价一体化设计与评价高温固体力学发展助高温固体力学发展助推新型飞行器研制推新型飞行器研制力学是

38、科学与工程力学是科学与工程结合结合的桥梁的桥梁力学在国民经济和国防建设中发挥了重要作用力学在国民经济和国防建设中发挥了重要作用国家重大需求是力学发展的推动力国家重大需求是力学发展的推动力p“两弹一星，三峡工程，两弹一星，三峡工程，航空，航天，近空间航空，航天，近空间”5.25.2力学在与其他学科交叉融合中发展力学在与其他学科交叉融合中发展力学发展的一个主要途径是与其它学科交叉和融合力学发展的一个主要途径是与其它学科交叉和融合p形成新的力学分支，丰富力学学科的内涵，也丰富了其它学科的内涵力学与材料学科交叉力学与材料学科交叉p新材料在装备应用中的力学问题p搭建材料工作者和设计师的桥梁p缩短新材料的

39、应用周期，科学用好材料改进改进2-42-4年年新应用新应用1010年以上年以上从无到有到应从无到有到应用用2020年以上年以上5.35.3航天大国向航天强国进军航天大国向航天强国进军经过几代航天人的不懈努力，我国已经成为了世界公认的航经过几代航天人的不懈努力，我国已经成为了世界公认的航天大国天大国p航天成就和地位：箭、星、船、弹n2014年我国长征运载火箭发射已经超过200次，长征火箭、三大类卫星、载人航天、探月工程从从航天大国向航天强国的转变航天大国向航天强国的转变，工程科学的，工程科学的发展与支撑作用发展与支撑作用至关重要至关重要p中国航天目前处在第二团队：重型火箭、深空探测、天地往返、临

40、近空间p国家正在实施和将要实施的一些列的建设航天强国的规划、计划和工程p新型航天器的发展会提出诸多的科学、技术和工程问题，力学问题首当其冲p会形成工程科学新的分支，丰富学科内涵 工程科学问题工程科学问题研究与航空航天技术发展研究与航空航天技术发展联系紧密、相联系紧密、相互促进互促进。我国航空航天事业由大国向强国迈进，必将催生。我国航空航天事业由大国向强国迈进，必将催生出一系列出一系列功能性更强、复杂性更高、个性化更突出功能性更强、复杂性更高、个性化更突出的新型的新型航空器和航天器，从而航空器和航天器，从而给工程科学提出给工程科学提出了了新的挑战新的挑战也提供也提供了了新的机遇新的机遇。为促进航空航天科技为促进航空航天科技与工程科学学科与工程科学学科的发展，重点在的发展，重点在于针对于针对工程关键技术、基础性问题工程关键技术、基础性问题，开展相关航空航天科，开展相关航空航天科技技与工程科学学科与工程科学学科关键技术的研究与攻关关键技术的研究与攻关，提升我国新型，提升我国新型航空航天器的研制水平和创新能力。航空航天器的研制水平和创新能力。