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新型飞行器中的关键力学问题丨中国学科发展战略[转载]
作者:中国科学院 发表时间:2018-06-30 阅读次数:233

        力学一直是人类航空航天活动最重要的理论基础,任何飞行器的成功都离不开力学理论和方法的重大突破,可以说动力学催生了人类的飞天梦,流体力学拓展了时空域,而固体力学是使之得以实现的基石。人类拓展时空域的意愿和航空航天的重大需求牵引是力学学科发展最直接的驱动力,不断给力学学科提出新的要求和挑战,注入新的活力,丰富其内涵,拓展其外延。
        回顾人类飞行史,在大多数时间内,力学学科都起到了主导作用。如果说航空工业是第二次工业革命的重要标志,航天工业是第三次工业革命的重要支撑,那么航空航天技术则已成为 20 世纪发展的主导科技。
        钱学森先生在1978年全国力学规划会议上的发言中指出,“从1910年到1960年这五十年的所谓‘应用力学’的工作说起,在这个时期中,力学工作者对当时新兴的航空技术和航天技术震撼世界的成果,做出了巨大的贡献,他们是时代的英雄”“1960年以后,力学已经从力学研究单位走出来了,到了广大工农业生产、工程技术范围中去了,力学这个行业得到大普及”。航空航天科技以基础科学和技术科学为基础,同时又汇集和开创了许多现代科学技术的新成就,是现代科学技术的结晶和高度综合集成,对人类科学和技术的整体进步有显著的牵引作用,是下一代技术革命的策源地。力学的许多理论方法变得成熟、经典,在飞行器更新换代过程中逐步由主导学科变成主要支撑学科,为航空航天科技提供必需的理论、方法和手段支撑。
        在当前以信息革命为代表的新工业革命时代,航空航天工业继续发挥着重要的引领作用。进入21世纪以来,军用飞机不仅要求高隐身、高机动、多功能、强信息化能力,而且通过主动控制和智能化不断提高使用性能;民用飞机也对快速到达、减阻降噪、节能增效、高舒适度和高可靠性提出了更高的要求;航天器在星船弹箭基础上,对大型重型运载火箭、可重复使用天地往返运输系统、快速响应低成本进入空间、多体组合航天器、深空探测航天器、星际再入航天器等提出了新的需求;临近空间得到了充分的重视,临近空间飞行器包括可利用临近空间的各类浮力型、升力型区域持久飞行器,超声速、高超声速飞行器,以及亚轨道飞行器,为人类实现“更高、更快、更远、更长”提供了施展的舞台。
        上述需求和发展态势,催生了一批新型、新概念飞行器,这些新型飞行器的提出和发展,不仅可以进一步完善现有力学学科体系,提升解决复杂问题的能力,而且为促使其理论体系发生新的重大变革提供了契机。
新型飞行器主要是指有别于传统航空、航天飞行器,或借助于新原理、新技术较传统飞行器性能有大幅度提升的航空器或航天器。这些新型飞行器给力学学科提出了新的需求和挑战,如何应对挑战,同时发挥力学学科的作用,需要从系统层面开展发展战略研究。
        我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006—2020年)》中设立了多项与航空、航天密切相关的重大专项,“航空航天重大力学问题”也被列为18个基础科学问题之一。
        《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》,阐明了新时期的国家战略意图,明确了创新是引领发展的第一动力,发挥科技创新在全面创新中的引领作用。加快突破新一代航空航天领域核心技术成为一项重要任务。2014年10月,香山科学会议在北京召开了主题为“新型航天器中的力学问题”的第508次学术讨论会。杜善义院士、郑晓静院士、胡海岩院士和李椿萱院士担任会议执行主席。与会专家一致认为:力学是航天器设计的基础,并贯彻于整个研发和应用过程,要想从航天大国变为航天强国,需要加强力学基础研究,发展新理论、新方法和新技术,不断提高我们解决航天工程中与力学相关问题的能力和原始创新的能力;新型航天器的发展给力学学科带来了严峻的挑战,对于这些来自工程中的挑战所蕴含的更深层次的科学问题,力学学科必须从其自身内部进行深度融合,并与其他学科交叉,应对新型航天器的发展需求和挑战,促进学科自身不断发展和完善。
        在此基础上,面向更为广泛的新型航空、航天飞行器发展需求,2015年,中国科学院数理学部由郑晓静院士牵头,成立了“新型飞行器中的关键力学问题”专题咨询项目。汇聚国内力学、航天、航空学科相关学者,结合国际空天领域发展态势、我国近中远期发展需求和重大科技体制改革的机遇,认真研讨了新型飞行器给力学学科带来的新挑战、新需求,分析了力学学科相关领域的研发进展和存在的问题,归纳总结了若干需求急迫且意义重大的力学学科相关问题,并形成专题研究报告,有针对性地提出了我国力学学科的发展建议、思路和措施,完成《中国学科发展战略·新型飞行器中的关键力学问题》书稿。

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