極端條件電磁能裝備科學基礎重大研究計劃

2022年度項目指南

極端條件電磁能裝備科學基礎重大研究計劃以電磁能裝備領域的國家重大戰略需求為牽引，以建立電磁熱力多場耦合極端沖擊條件電磁能裝備基礎理論為核心，通過在等價實驗機理、在線測量原理、復雜系統建模理論、快速數值求解算法、材料評價與設計方法和數據處理及分析方法方面的不斷創新，為電磁能裝備的研制及發展提供科學基礎。

一、科學目標

聚焦電磁能裝備及其所用儲能電介質材料和直線推進金屬材料在多場耦合極端沖擊條件下的構效關系和物性演化，以材料調控為基礎，以耦合測試為手段，以長效服役為目標，揭示電磁熱力多場耦合極端沖擊條件電磁能與材料相互作用時空演化機理，構建電磁熱力多場耦合極端沖擊條件電磁能裝備科學基礎，引領電磁能裝備研發模式變革，產生重大原始創新，占領電磁能技術領域制高點，形成代表世界電磁能技術水平的戰略科技力量。

二、核心科學問題

本重大研究計劃的核心科學問題是：電磁熱力多場耦合極端沖擊條件電磁能與材料相互作用時空演化機理。

三、2022年度資助研究方向

本重大研究計劃所述的電磁能裝備特指實現電磁能與動能間瞬時高功率轉換的裝備；所述的極端條件特指多場耦合和極端沖擊的共同作用，其中極端沖擊指的是極高功率、極短時間（ms級）、極大電流（MA級）和極高速度（≥2km/s），多場耦合指的是電磁熱力共同作用下的多物理場強耦合。本年度重大研究計劃所述的電磁能裝備材料聚焦電磁能裝備所用的直線推進金屬材料（含軌道和運動體）和儲能材料。2022年度各項申請應符合上述限定條件。

（一）培育項目和重點支持項目。

擬資助（但不限于）以下方向：

1. 電磁能裝備直線推進材料物性演變機理與非線性構效關系。

研究極端條件電磁能裝備直線推進金屬材料的各參量時空演化規律和指標評價體系；建立極端條件電磁能裝備直線推進金屬材料在多場耦合強沖擊下的物性參數演變模型。

2. 電磁能裝備高速載流摩擦界面損傷機制與調控。

面向電磁能裝備高速載流摩擦磨損的極端條件，開展高速載流摩擦磨損界面行為特征和液化層動態特性研究，發展高速載流摩擦磨損模型、界面沉積層的形成和演化機制；開展界面損傷的預測理論研究，發展高速載流摩擦磨損界面失效預測模型；開展界面損傷抑制策略研究，發展摩擦界面損傷有效控制方法。

3. 極端條件電磁能裝備服役過程的動力學分析。

開展極端條件發射裝置在發射過程中載荷運動姿態的精細化建模方法研究，發展電磁發射裝置發射動力學快速分析方法。

4. 極端條件電磁能裝備儲能新材料探索研究。

面向電磁能裝備發展需求，探索關鍵性能顯著提升、滿足極端條件電磁熱力多場耦合服役需求、促進電磁能裝備儲能輕量化和長壽化的新概念材料。指標要求為：體積儲能密度≥30kWh/m，質量儲能密度≥30Wh/kg，放電體積功率密度≥0.5GW/m?，放電質量功率密度≥0.5MW/kg，充電倍率≥6C和放電倍率≥60C的循環充放電壽命≥1萬次。

（二）集成項目。

擬資助以下方向：

1. 電磁能裝備高速載流摩擦副時空演化過程的模擬、原位測量與表征研究。

針對電磁能裝備直線（含軌道）推進材料的高穩定性和長壽化性能要求，從直線（含軌道）推進材料電磁熱力多場強耦合作用出發，開展極端工況高速載流摩擦副時空演化過程的模擬技術研究（載流密度≥1010A/m?，摩擦速度≥2km/s，載流摩擦時間≥10ms），發展高速載流摩擦副動態行為（含磨損量、表面形貌、界面溫度等）的原位測量方法，形成高速載流摩擦副的動態特性表征方法；發展高速載流摩擦副的匹配優化設計策略，突破現有直線（含軌道）推進材料的壽命關鍵技術指標，取得性能具有重大提升的實物研究成果（極端工況服役壽命≥1000次）和在電磁能裝備上的典型示范驗證。

2. 電磁能裝備儲能材料極端條件物性演化過程的模擬與原位測量、性能劣化機理表征與性能提升研究。

針對電磁能裝備儲能材料的高儲能密度和長壽命兩大技術要求，從儲能材料的結構出發厘清科學問題，開展電磁熱力多場耦合作用極端條件的過程模擬技術研究；發展儲能材料服役物性演化過程（含空間電荷、溫度分布、應力應變分布、電場分布、表面形貌等）的原位測量方法，揭示儲能材料極端條件服役的物性參數劣化機理，形成儲能材料極端條件服役性能的表征方法；發展儲能材料跨尺度（微觀分子結構、介觀界面結構、宏觀結構）關聯性能提升策略，突破現有儲能材料的密度和壽命關鍵技術指標，取得性能具有重大提升的實物研究成果和在電磁能裝備上的典型示范驗證。所述的實物研究成果指標要求為：充電秒級，放電毫秒級，儲能≥1kJ，儲能密度≥4MJ/m?（電容器）或≥8.5MJ/m?（材料），放電電流≥0.5A/J，額定電壓涵蓋2-20kV范圍，放電效率≥95%（10kHz范圍內），充放電頻率≥20次/分，以上工況下電容器的服役壽命≥1萬次。

四、2022年度資助計劃

2022年度擬資助培育項目9項左右，直接費用的資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日至2025年12月31日”；擬資助重點支持項目9項左右，直接費用的資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年，申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日至2026年12月31日”；擬資助集成項目2項左右，直接費用的資助強度約為1200萬元/項，資助期限為4年，申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日至2026年12月31日”。鼓勵來自電氣、材料、數學、物理、信息等不同學科領域的研究隊伍聯合參與申請。

五、申請注意事項

（一）申請條件。

本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《2022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、《2022年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2022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2022年11月14日－11月18日16時。

（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）本重大研究計劃將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核心科學問題和本指南公布的擬資助研究方向，在分析國內外已有成果的基礎上，明確新的突破點以及創新思路，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“培育項目”、“重點支持項目”或“集成項目”，附注說明選擇“極端條件電磁能裝備科學基礎”,根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。

培育項目和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。

（4）申請人在申請書“立項依據與研究內容”部分，應當首先說明申請符合本項目指南中的重點資助研究方向，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2022年11月18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11月19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1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。

工程與材料科學部工程五處

聯系電話：010-62328301

航空發動機高溫材料/先進制造及故障診斷科學基礎

重大研究計劃2022年度項目指南

航空發動機是國之重器，盡快在這一領域實現突破，對于促進國民經濟發展和提升國家核心競爭力具有重大意義。航空發動機長期服役在高溫、高壓、高轉速、交變負載等條件下，其關鍵零部件材料制備與加工制造工藝復雜，發動機服役運行過程中的安全保障也至關重要。目前我國高溫材料、先進制造和故障診斷的基礎科學研究不足，嚴重制約著我國航空發動機的發展。本重大研究計劃聚焦航空發動機高溫材料、先進制造、故障診斷三方面瓶頸問題的科學基礎，強化需求目標導向和成果應用銜接，為我國航空發動機技術進步和產業發展提供源頭創新思路與科學支撐。

一、科學目標

本重大研究計劃面向國家重大戰略需求，瞄準航空發動機高溫材料、先進制造和故障診斷等研究前沿，通過多學科交叉與深度融合，開展相關基礎科學問題研究，提升我國航空發動機高溫材料、先進制造和故障診斷基礎研究的原始創新能力和國際影響力；通過相對穩定和較高強度的支持，聚集和培養一支具有國際水平的航空發動機相關基礎研究隊伍。

二、核心科學問題

（一）航空發動機高溫材料性能優化與長壽命使役穩定性。

航空發動機高溫材料的成分設計與相結構優化、服役條件下組織結構演化與高溫性能的關系；制備及服役條件下航空發動機高溫材料結構缺陷的產生、跨尺度表征與調控；航空發動機新型高溫材料的探索研究。

（二）航空發動機關鍵構件制造形性協同控制機理。

航空發動機關鍵構件成形機理與精度控制原理；特種/復合能場對航空發動機高溫材料的作用機理；航空發動機關鍵構件表面狀態演化及調控機制。

（三）航空發動機狀態信息感知與智能診斷預測原理。

航空發動機信息感知與監測的理論和方法；面向航空發動機故障的人工智能診斷技術與大數據信息融合方法；航空發動機容錯控制理論與狀態少測點診斷預測方法。

三、2022年度資助研究方向

為進一步聚焦航空發動機高溫材料/先進制造及故障診斷核心科學問題，在本重大研究計劃前期執行的基礎上，2022年以集成項目的形式對以下研究內容進行資助：

針對未來航空發動機的陶瓷基復合材料及其高溫構件，開展材料-制造-缺陷評價等相關的基礎理論、新技術、新方法的集成研究。

四、遴選項目的基本原則

為確保實現總體目標，申請書研究內容必須符合本項目指南要求。本重大研究計劃將按照如下原則遴選項目：

（一）鼓勵開展新概念、新理論、新方法的前沿領域探索性研究，優先支持原創性研究。

（二）鼓勵與航空發動機相關企業或研究院所聯合開展研究；集成項目必須要與航空發動機相關企業或研究院所聯合申報。

（三）鼓勵開展材料學、機械工程、力學、信息科學、數學等領域的多學科交叉研究。

（四）對不符合本重大研究計劃科學目標，與航空發動機材料、制造與診斷結合不緊密的項目不予受理。

五、2022年度資助計劃

2022年度擬資助集成項目1項，直接費用的平均資助強度約為2000萬元/項，資助期限為4年，申請書中研究期限應填寫“2023年1月1日-2026年12月31日”。

六、申請注意事項

（一）申請條件。

本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《2022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、《2022年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2022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2022年11月14日－11月18日16時。

（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）本重大研究計劃將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核心科學問題和本指南公布的擬資助研究方向，在分析國內外已有成果的基礎上，明確新的突破點以及創新思路，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“集成項目”，附注說明選擇“航空發動機高溫材料/先進制造及故障診斷科學基礎”,根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。

集成項目的合作單位不得超過4個。

（4）申請人在申請書“立項依據與研究內容”部分，應當首先說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，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2022年11月18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11月19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1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。

工程與材料科學部工程五處

聯系電話：010-62328301