基本科研业务费重点科研专项指引.docx
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基本科研业务费重点科研专项指引
重点科研专项项目指南
（一）
指南名称
超声电机在高端装备中的应用关键技术
研究意义
超声电机已成为发达国家在航空航天、防务和医疗器械等领域中高端装备升级换代的关键部件之一。
超声电机技术目前的发展趋势是:
与重大需求紧密结合，对其构型、构造和特性进行更深层和更系统的技术科学问题研究，以不断提升高端装备的性能和品质。
本专项项目针对上述三个领域，根据我国重大需求，深入系统地研究超声电机若干重点技术科学问题，进一步提升我国超声电机理论与技术的水平，并将自主研制的高性能超声电机应用于重大工程。
研究目标
揭示超声电机及其系统的时变非线性规律,提出超声电机系统高精度、高稳定度和极慢转速输出的驱动与控制理论和方法，研制出一种具有高精度、高稳定度、耐强冲击和极低转速的超声电机，且结构简单、紧凑、制造方便。
具体技术指标：
位置精度高于1”，位置分辨率优于0.1”；稳定度接近编码器极限精度；最低运动速度达到15”/s±1.5”/s;能承受峰值冲击加速度不小于16000g。
研究内容
（1）超声电机及其驱动与控制系统的时变非线性规律；
（2）高精度、高稳定、高强度、极慢速度的新型超声电机的设计理论与方法；
（3）新型超声电机精密制造工艺和精确测量技术；
（4）高可靠、低电压多层压电陶瓷的制备及其在非常环境下的服役行为；
（5）非常环境下服役的新型摩擦材料功能设计和制备；
（6）新型超声电机与高端装备一体化设计理论与方法；
（7）新型超声电机、驱动器及高端装备一体化后的高鲁棒性、高精度和高效率驱动与控制的理论与方法；
（8）基于超声电机驱动的微型机器人设计与制造技术。
预期成果
（1）研制并验证可应用于航天高端探测器、小型智能飞行装置和高端医疗装备的超声电机样机不少于3种；
（2）争取国家国防重大项目，力争获得国家级奖项；
（3）发表论文不少于50篇；申请发明专利不少于20项；
（4）培养硕士和博士研究生、博士后不少于15名；
（5）举办或联合举办国际和国内研讨会各1次。
重点科研专项项目指南
（二）
指南名称
高分辨星载SAR信号处理与前端光子集成技术
研究意义
面向国家建设高分辨率对地观测系统的战略需求，本专项项目拟开展对星载SAR系统的关键技术前瞻性研究，利用集成微波光子技术宽带、可重构、体积小、成本低的优势，发挥其在星载SAR系统中的应用潜力，旨在以多通道、多基地、多极化、多模式优化配置、多维度观测信息融合等技术为手段，为开展高分辨率、宽测绘带、多层次协同对地观测解决一系列关键技术，有效服务于我国高分辨率对地观测事业的发展，同时为先进光电子技术在国防军事、航空航天等尖端领域应用奠定技术基础。
为我校在信息产业革命性发展中争取到先机。
研究目标
掌握集成光子器件设计方法和制备工艺。
研制高隔离度收发一体模块、片上宽带光真时延线、集成微波光子滤波器等原型器件；
提出新的星载雷达的遥感观测方法，解决其雷达信号处理方法，以及基于地理信息提取方法。
研究内容
（1）高分辨率宽测绘带星载SAR观测新体制及新模式研究；
（2）基于星载SAR新体制和新模式的信号处理方法研究；
（3）星载SAR高分辨率、多频段、多极化、多角度、多基地、多时相信息应用方法研究；
（4）借助仿真软件进行原理及方案的仿真，同时结合国内外可能获取的实测数据进行深入验证；
（5）集成微波光子芯片中的微波、光波、光电材料的高效作用机理研究；
（6）应用于星载SAR雷达射频前端的集成微波光子技术的关键器件和模块的设计与研制；
（7）研究星载SAR雷达中基于集成微波光子芯片的多维信号操纵技术。
预期成果
（1）完成星载SAR关键技术分析报告；
（2）开发星载SAR信号处理和信息提取软件；
（3）实验室原理系统和地面验证系统研制方案；
（4）培育1项以上重大国防背景或重大科技专项项目；
（5）相关成果申报省部级科技进步奖1项以上；
（6）在国内举办1-2次有较大影响力的相关研讨会，进一步扩大我校的影响力；
（7）培养优秀青年教师和研究骨干，2人次以上获省部级人才项目。
重点科研专项项目指南（三）
指南名称
低红外和雷达特征涡扇发动机基础研究
目的意义
低红外和雷达特征是当前及下一代先进战机的主要技术指标之一。
涡扇发动机是先进战机主要的动力装置，其高温喷气流和高温的排气腔体是一个重要的红外辐射源，贡献了飞机在3～5μm波段90%以上的红外辐射特征，同时涡扇发动机的进气腔体和排气腔体也是重要的雷达散射源。
降低涡扇发动机的红外特征和雷达特征是降低战机可探测性的重要措施，对提高飞机的生存率至关重要。
涡扇发动机的设计研制是一个系统工程，在其设计的初期阶段就应该把降低发动机的红外特征和雷达特征作为一个重要的因素予以考虑，为此，开展考低红外特征的涡扇发动机总体设计技术研究、发展相应的设计方法和软件十分必要；另一方面，关于航空发动机低红外和雷达特征的进排气系统的研究需求也十分迫切。
研究目标
建立涡扇发动机总体性能设计阶段计算红外特征所需的数学模型，发展综合考虑推力、耗油率和红外特征的总体性能设计软件，揭示涡扇发动机热力循环参数与红外特征的关系，建立低红外特征涡扇发动机总体性能设计的可行域分析方法，初步形成综合考虑推力、耗油率与红外特征的涡扇发动机总体性能设计理论与方法；
发展涡扇发动机的低红外和雷达特征高推力性能的进排气系统兼容设计理论与方法，为未来飞机的动力装置的发展奠定基础。
研究内容
（1）基于涡扇发动机总体热力参数的红外特征数学模型和预测方法研究；
（2）综合考虑推力特性和红外特征的总体性能设计软件开发；
（3）涡扇发动机热力循环参数对红外特征的影响规律研究；
（4）综合考虑推力、耗油率与红外特征的涡扇发动机参数可行域研究；
（5）涡扇发动机低红外和雷达特征的排气系统技术研究；
（6）涡扇发动机低雷达特征进气系统技术研究；
预期成果
（1）开发综合考虑推力性能和红外特征的总体性能设计软件（测试版）；
（2）低红外和雷达特征的进/排气系统实验样件；
（3）发表学术论文9篇（6篇EI，3篇SCI）；
（4）完成软件著作权登记1个；
（5）撰写低红外和雷达特征涡扇发动机设计技术研究报告；
（6）举办学术研讨会1次。
重点科研专项项目指南（四）
指南名称
高性能复杂金属构件激光精密增材制造
研究意义
航空航天领域对于轻合金及其复合材料复杂异形构件研制及小批量快速响应具有重大需求，利用选区激光熔化SLM精密增材制造技术可加工出满足设计要求的航空航天零部件并应用于型号产品，为实现航空航天产品的高性能、高效率、高质量和绿色成形加工提供关键技术与方法。
本专项项目面向激光增材制造的专用Al、Ti轻合金及其复合材料粉末制备表征技术及激光精密增材制造关键工艺，开发增材制造专用微细、球形、高流动性轻合金粉体材料，形成具有自主知识产权的增材制造原材料产品及其制备表征技术，打破国际专利和技术垄断，使增材制造专用轻合金粉末材料的设计和制备技术达到国际先进水平。
实现轻合金及其复合材料关键部件选区激光熔化精密增材制造，可为高性能复杂结构轻合金零件的低成本、短周期、净成形制造提供崭新的技术途径，有力推动金属零件激光增材制造技术的发展和推广。
研究目标
提出满足激光增材制造使用工艺及性能要求的Al、Ti轻合金及其复合材料粉末设计、制备及表征关键技术；提出选区激光熔化SLM轻合金及其复合材料构件内部冶金缺陷及内应力调控、成形工艺及质量优化关键技术；提出轻合金及其复合材料构件激光“控形”与“控性”增材制造的结构—材料—组织—性能一体化评价方法；轻合金及其复合材料激光成形件一次成形致密度达到98.5%以上、表面粗糙度Ra达到6-15μm、成形精度达0.05-0.1mm，综合性能比同类材料铸造及粉末冶金制品性能水平提高20%以上。
研究内容
（1）研究适于激光增材制造使用工艺及性能要求的Al、Ti轻合金及其陶瓷增强复合粉体的化学成分及物理性质的设计依据、制备技术和表征方法；
（2）研究轻合金及其复合材料选区激光熔化成形过程中凝固组织形成规律及内部缺陷控制机理，提出激光成形件内部冶金质量调控方法；
（3）研究轻合金及其复合材料构件选区激光熔化增材制造全过程、各类型内应力演化规律及耦合机制，提出激光成形件变形开裂的控制及消除机制；
（4）研究航空航天高性能复杂轻合金及其复合材料构件拓扑结构优化与轻量化设计方法，研究激光“控形”与“控性”精密成形关键工艺优化技术及机理，定量描述粉体特性、激光工艺参数、显微组织及力学性能的相关性；
（5）选择航空航天、深空探索领域典型应用对象，面向行业需求，结合应用背景，有针对性地开展实验研究和工程应用验证。
预期成果
（1）完成相关论证报告、关键技术分析报告以及国家该方向发展战略报告；
（2）申报国家重点研发专项“3D打印和激光制造”项目；
（3）在国际学术期刊发表SCI论文15篇；申请国家发明专利5项；
（4）组织高性能材料激光增材制造及3D打印研讨会1次，邀请国内外增材制造领域优势团队及权威教授参会。
重点科研专项项目指南（五）
指南名称
航空航天部件表面的微结构设计与制造
研究意义
高可靠、长寿命是新一代航空航天器的重要发展方向，这对航空航天器的组/部件提出了极高的要求，目前的许多组/部件尚不能满足要求，亟需开展相关研究和技术攻关。
例如：
我国载人航天生命保障系统中要求齿轮泵连续稳定工作满6000小时，而现有齿轮泵仅能可靠工作3000小时，远远不能满足要求。
国外研究表明：
表面的微结构化是提高这类零部件使用寿命的重要手段。
而我国目前在此类关键零部件表面微结构的设计与制造方面仍以模仿为主，缺乏系统的设计理论与制造方法。
本专项项目针对航空航天微结构化功能表面的设计与微细制造技术开展研究，解决微结构化功能表面的设计与制造难题，在航空航天等领域得到重要应用，推动我国航空航天技术持续发展。
研究目标
针对新一代航空航天器高可靠、长寿命的发展需求，开展长寿命流体泵、轴承以及传动系统的基础理论和关键技术研究，提出采用微结构化功能表面方法，降低接触界面的磨损，提高流体泵、轴承以及传动系统的使用寿命。
重点研究微结构的优化设方法和高性能加工技术，形成系统的设计理论与精密制造技术体系，在航空航天领域进行微结构化功能表面的工程验证，使我国航空航天领域微结构化功能表面的设计与微细制造技术整体上有较大幅度的提升，为进一步的工程应用奠定基础。
研究内容
（1）航空航天微结构化功能表面的设计理论；
（2）基于微细加工方法的表面微结构优化设计；
（3）微结构加工的动态成形演变过程；
（4）微结构化功能表面的高性能加工技术；
（5）微结构化功能表面的加工与性能验证。
预期成果
（1）为载人航天生命保障系统研制出长寿命齿轮泵，设计并制造出微结构化功能表面，泵的使用寿命由原来的3000小时提高到6000小时，满足载人航天要求；为涡扇航空发动机轴承腔密封以及直升机传动系统端面密封提出微结构设计方案，加工出微结构化功能表面，使得密封寿命提高50%或以上；
（2）发表高水平学术论文，申请发明专利，形成针对航空航天具体对象的微结构化功能表面的设计与微细制造方法；
（3）国家重大研发计划项目申报书1份。
重点科研专项项目指南（六）
指南名称
航空运输网络优化控制问题研究
研究意义
我国航空运输系统复杂且脆弱，极易遭受外界的干扰而严重偏离正常状态，产生大面积航班延误甚至取消，从而产生巨大的航班运行成本和社会成本。
近几年来，我国在航空运输规划和管理领域的研究已经取得了长足进步，但离国际先进水平还有一定的差距。
特别是对非常态下的航空运输系统的运行控制问题的研究，还停留在子系统的层次上，研究工作还比较零散，不成体系，未能形成具有我国特色的航空运输系统运行控制理论。
本专项项目拟解决非常态下空域系统和运输系统之间的协调控制问题，对空域系统发生重大干扰时国家层次的决策提供重要参考，也对提高航空运输系统的效率具有重要的实际应用价值；同时探讨建立多层混杂巨系统的控制理论，为实现对航空运输系统的自适应控制寻找方法，具有重要的理论意义。
研究目标
在重大干扰发生前，提前对干扰造成的影响做出准确评估，包括空域通行能力、取消航班数，取消航班对航线的分布等；
对受扰空域结构进行设计，对空中交通重新进行规划，在受扰前给出空中交通规划方案；
制定空域系统和运输之间的协调控制方案，包括控制点、交通监视策略、控制方法和程序、控制效果评估和反馈；
对航班延误的波及范围和延误程度做出准确评估，并作出预告和预警。
研究内容
（1）非常态下国家航路网络的重构问题研究；
（2）非常态下航空网络的控制问题研究；
（3）网络映射关系和协调控制问题研究；
（4）系统仿真验证研究。
预期成果
（1）建立运输系统航班延误传播动力学，提出航班延误治理的系统方法论框架；提出国家航空网络损伤理论和重构方法；建立航空网络映射和协调控制理论和方法；
（2）提供国家航空网络运行控制系统，将给国家空管委、民航空管局使用，解决非常态下的航空运输系统控制问题；
（3）争取国家空管委/民航局重大专项立项。
重点科研专项项目指南（七）
指南名称
空间轨道小型模块化操控平台关键技术
研究意义
当前航天技术发展已从进入空间向利用空间、控制空间转变，空间任务正呈现出多样性、复杂性等特点。
为了满足未来任务需求，在充分考虑运载能力有限、平台能力可承受的前提下，以合作、非合作目标的空间操作为主要对象，以空间态势感知、维修、维护为主要任务背景，从总体设计、导航制导与控制、通信技术等方面开展论证研究，梳理关键技术体系。
本专项项目瞄准航天“十三五”国家重大战略需求，为航天器空间操控技术领域聚焦研究方向，布局重大项目，为形成标志性成果奠定基础。
研究目标
突破小型化、模块化下空间操控平台关键技术，完成通用化的操控平台创新设计，具有工程应用价值；
构建空间轨道小型模块化操控平台关键技术验证系统。
研究内容
（1）空间轨道小型模块化操控平台总体概念与论证技术：
构建平台，梳理平台关键技术，论证关键指标体系；
（2）空间操控相对导航制导与控制技术论证：
针对不同操控场景，提出导航、制导和控制方法，明确各阶段指标要求；
（3）空间操控多任务载荷技术论证：
梳理操控需求，提出操控载荷共性技术要求，论证载荷技术指标；
（4）空间轨道小型模块化操控平台技术试验系统论证：
根据平台关键技术，搭建平台技术验证体系，进行关键指标的仿真验证。
预期成果
（1）完成空间轨道小型模块化操控平台研究报告，具备研制空间轨道小型模块化操控平台的能力；
（2）搭建操控平台关键技术验证系统，提出关键技术试验平台实施方案；
（3）在重大科技工程或重大研发计划中承接国防类项目1项以上。
重点科研专项项目指南（八）
指南名称
空天飞机设计中的气动热和热强度问题
研究意义
空天飞机是近期和未来相当长一段时期内航空航天领域的研究热点。
空天飞机是是一种既能在地球卫星轨道上飞行、又能进入大气层、自动返回地面的飞行器，具有极高商业价值和重大军事意义。
美国已研制了试验机X-37B。
在空天一体化防御战略需求下，我国的航空和航天工业系统已开始了空天飞机的研究。
针对国家需求和学科发展的需要，开展空天飞机关键设计理论和技术的研究，为我国研发空天飞机提供相关技术支持，提升我校在航空航天领域的地位和话语权。
研究目标
联合航空航天院所，研究空天飞机的技术方案，系统地综述和评述各类空天飞机技术指标；建立空天飞机气动力/气动热分析方法，提出一种先进的空天飞机气动布局设计方案；构建空天飞机热结构和热防护系统的设计理论与方法，提出一种TPS系统和一种热结构方案。
面向未来2个五年计划航空航天科技的发展，开展空天飞机气动热和热结构/强度的关键技术的研究，成为我国空天飞机领域的主力之一。
研究内容
（1）空天飞机技术方案研究，通过与航空航天院所调研和文献的分析综述，分解不同空天飞机技术方案的技术指标；
（2）空天飞机气动布局研究，飞行动力学与飞行规划设计方法研究；
（3）空天飞机气动力/气动热一体化分析，变轨道下非定常气动力气动热效应分析；
（4）空天飞机热防护系统（TPS）方案与设计技术研究，系统地综述和分析各类TPS方案及其设计理论和分析方法；
（5）空天飞机热结构系统设计理论与技术研究，包括热结构的种类和相应的材料选取、失效行为分析、强度分析、动力学分析、测试技术等。
预期成果
（1）调研相关院所和机关，开展文献收集与分析，形成空天飞机技术方案综述报告；
（2）组建空天飞机气动力/气动热研究团队，形成飞机气动力/气动热一体化分析方法研究报告，召开一次相应的全国性的学术研讨会；
（3）组建空天飞机热防护系统（TPS）设计研究团队，提出一种空天飞机热防护系统技术方案，并与相关航空航天院所对接研讨；
（4）组建空天飞机热结构设计团队，形成空天飞机热结构系统设计技术报告，召开一次相应的全国性的学术研讨会。
重点科研专项项目指南（九）
指南名称
六轴重载高速高精度力控机械臂建模与物理验证系统
研究意义
在《中国制造2025》的指引下，机器人产业将得到大力发展。
高精度、重负载及高速机械臂，以及多机械臂协作系统、穿戴式外骨骼助力机器人等具有巨大的市场需求。
为了取得拥有自主知识产权的高端机器人核心技术，推进高端机器人技术及产品的创新，需要在多轴系统运动学及动力学建模，多轴协调控制、精密测量和间接感知等理论与方法等方面取得突破，需要研制高端机器人原理样机和演示验证系统，建立产品规范。
同时，以专项项目为抓手，汇聚我校高端机器人研究优势力量，促进科研成果效益的最大化，以利于我校航空特色学科的发展和协同创新能力的提升。
研究目标
掌握重载高速高精度力控机器人的核心原理和技术，为抢占国内高端机器人市场形成核心竞争力。
建立重载高速高精度力控机械臂物理验证系统，验证多轴系统实时动力学显式建模理论及基于力反馈的多轴机器人协调控制原理，突破重载高速高精度机械臂设计、加工、装配、测试中的技术难题，为具有重载高速机械臂的机器人（用于焊接、喷涂及加工等）提供平台开发理论与技术实现方法，为在先进机器人领域推进与企业的协同创新、实现技术转移奠定坚实的基础。
研究内容
（1）六轴重载高速高精度力控机械臂的动力学建模、结构设计与优化；
（2）DH参数的精确求解，以及电机驱动力矩的估算；
（3）六轴重载高速高精度力控机械臂的控制方法，以及仿真分析系统；
（4）六轴重载高速高精度力控机械臂的在回路实时验证系统；
（5）六轴重载高速高精度力控机械臂物理验证系统，以及实验验证。
预期成果
（1）轴重载高速高精度力控机械臂物理演示验证系统一套；
（2）六轴重载高速高精度力控机械臂原理样机一台；
（3）出版英文专著1部；发表SCI/EI论文不少于4篇；申请发明专利不少于2项；
（4）机械臂结构设计及控制系统设计报告1份，技术报告2份；
（5）完成与重要关联企业合作项目（1-2项）的签订。
重点科研专项项目指南（十）
指南名称
无人机空中加油控制关键技术研究
研究意义
空中加油已成为现代空中作战不可缺少的手段，将无人机与空中加油结合起来可成倍提升无人机效能，对我国实现远程远海军事战略威慑有着重要的意义。
美国一直在研究并突破无人机的空中加油技术，从2012年10月美国率先验证了“全球鹰”无人机的高空自主互助加油，到2015年4月美国海军首次实现X-47B无人机的自主空中加油，显示了美国在无人机空中加油技术方面遥遥领先。
我国在有人机空中加油技术和无人机技术方面具有较好的技术储备，但在无人机空中加油方面尚处于起步阶段，对无人机空中加油高精度位姿感知、近距光学引导、精确对接飞行控制等关键技术仅停留在理论研究与数字仿真层面。
通过对无人机平台下空中加油控制关键技术的研究攻关将加强我校在该领域的技术储备，为我国无人机空中加油自主导航与控制系统的发展提供技术基础。
研究目标
突破无人机空中加油导航与控制中的关键技术；构建基于小型旋翼机的无人机加油空中试验平台，实现加油对接过程的演示验证平台；通过与国防单位合作，最终形成无人机空中加油装备。
研究内容
（1）建立软管式空中加油环境下加油机尾流模型及大气扰动模型；建立加油锥套-软管结构动力学模型，研究大气扰动对锥套位置的影响；
（2）设计近距光学导引系统中锥套图像可靠精确定位策略；研究锥套稀疏特征下高精度相对位姿感知算法；研究高动态条件下近距锥套图像目标实时跟踪方法；
（3）设计强干扰环境下相对导航系统多源信息智能融合与容错结构；研究惯性导航、卫星导航、视觉导航等多源导航信息时空同步与智能融合算法；研究多源多模态下的导航系统智能容错方法；
（4）设计并构建基于小型旋翼机的无人机软管式空中加油自主导航与控制系统综合仿真验证平台，实现小型旋翼机平台下的空中加油对接演示验证。
预期成果
（1）突破无人机空中加油高精度位姿感知、智能信息融合、自适应飞行控制等关键技术；
（2）构建无人机空中加油自主导航与控制综合验证平台，实现小型旋翼机的空中加油对接演示验证系统一套；
（3）形成无人机空中加油控制设计报告1份、技术报告2份，
（4）申报国家发明专利、国防专利5项以上；
（5）与航空院所合作，最终形成无人机空中加油装备，提升无人机作战效能。
重点科研专项项目指南（十一）
指南名称
自适应切削加工的关键技术与系统
研究意义
航空航天装备关键零部件的高效制造和修复对我国重要武器装备性能和延寿愈发重要。
目前关键零部件（叶片、叶盘、机匣、舱体等）按照传统的数控加工手段难以实现加工或者加工精度难以精度控制。
国外负责向英国Rolls-Royce和美国Pratt&Whitney公司提供加工设备的Hamuel与BCTGmbH公司合作研发了钛合金宽弦空心叶片数控加工成套技术，能够有效保证每个个性化零件的加工精度，提高产品合格率，减少加工时间3-5倍。
自适应切削加工技术属于智能制造范畴，符合“智能制造和机器人重大工程”和“两机专项”的要求。
而我国缺乏自适应切削加工成套系统的设计理论和技术。
本专项项目拟开展自适应切削加工方法研究，搭建集自动测量、建模、编程与精度预测的自适应硬软件系统。
研究目标
针对航空航天复杂曲面结构件毛坯状态差异大与加工变形导致数控加工精度难以精确控制的问题，提出基于结构特征的高效精确测量和模型重构方法，建立基于容差分配的复杂曲面结构切削加工路径；揭示薄壁复杂结构加工变形规律，提出加工变形控制与误差补偿策略，形成集测量、分析、自动数控编程和加工误差补偿为一体的自适应加工方法与系统。
实现高推比航空发动机风扇叶片和机匣等关重零部件的智能加工，提升我国航空航天领域的智能制造水平，促进我国高性能武器装备的快速发展。
研究内容
（1）基于结构特征的高效精确测量方法与技术；
（2）空间曲面复杂结构数学模型重构及匹配方法；
（3）复杂曲面结构的加工变形演变规律及误差补偿方法；
（4）自适应加工方案与策略；
（5）智能数控切削加工系统的软硬件集成。
预期成果
（1）搭建航空航天复杂关重件（模拟件）的自适应切削加工系统；
（2）联合国内相关的航空航天研究院所、企业和高校，开展深入研讨、论证，形成“自适应切削加工的关键技术与系统”的论证报告1份；
（3）国家科技部重点研发专项：
“智能制造和机器人重大工程”或国家科技重大专项：
“两机专项”项目申报书1份。
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