进入21 世纪以来，高超声速航空发动机技术得到国际上的高度重视，我国也开展了积极探索，取得了重要进展。
纵观国际上高超声速航空发动机的发展，其研发难度和进度大大超出预期，呈现多目标约束、多学科/ 多系统耦合、多技术路线、螺旋式上升的研究特点。与传统的航空涡轮发动机相比，高超声速航空发动机的工作速域拓宽了一倍以上，空域更广、参数性能更高，大大超出了涡轮发动机的工作范围；与21 世纪初取得技术突破的高超声速超燃冲压发动机相比，其工作速域也拓宽了一倍以上，并可以实现多次重复、长寿命使用。高超声速航空发动机已经成为航空发动机领域的技术制高点与国际竞争热点。因此，制定系统的高超声速航空发动机技术发展战略，具有重大的科学意义和紧迫的现实意义。
在此背景下，国家自然科学基金委员会和中国科学院在“中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”中专门安排了前沿领域项目“中国高超声速航空发动机发展战略研究（2021—2035）”，集中了来自高校、科研院所和工业部门从事相关研究的近百位科技人员，形成了老中青相结合、经验丰富和充满活力的编写队伍，成立了战略研究组和秘书组，在充分调研分析的基础上，通过学术交流和专业论坛讨论，形成了相应方向的研究成果，经过多次咨询研讨，最终形成《中国高超声速航空发动机2035 发展战略》（“ 中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”项目组编. 北京：科学出版社，2023.8）。
《中国高超声速航空发动机2035 发展战略》提出了本领域未来发展的有效资助机制及政策建议。
1 | 建立高超声速航空发动机研发的新型举国体制
由于高超声速航空发动机的研发难度远超传统吸气式动力，涉及多个行业门类、多个学科交叉，因此必须调动全国资源才有望研制成功。要加强顶层设计，以项目为抓手，统筹推进基础研究、关键技术攻关和型号研发。加强产业链和创新链的协同作用，充分发挥企业和科研院所的作用，引导产业和创新的良性发展。
2 | 设立高超声速航空发动机基础研究计划
高超声速航空发动机技术迄今尚未完全突破的一个重要原因是基础研究没有跟上，这是由缺乏系统布局造成的。只有从源头上搞清机理、夯实基础，才能找准方向、行稳致远。建议在参考国际组合方案的基础上，结合本国的实际情况，提出具有中国特色的研究计划和方案。以我国学者提出的宽速域一体化循环高超声速航空发动机等创新构想为主体，进行研制任务的拆解与划分，全面提升我国的自主创新能力，为后续重大科技专项提供基础与支撑。建议加大对高超声速航空发动机科学技术的资助力度，引导和鼓励科研人员参与相关研究，贡献自己的智慧和力量。
3 | 设立高超声速航空发动机技术预研计划
美国为保持其在航空动力领域的领先地位，设立了一系列研究计划，如综合高性能涡轮发动机技术（The Integrated High Performance Turbine Engine Technology，IHPTET）计划、通用可承担先进涡轮发动机（Versatile Affordable Advanced Turbine Engines，VAATE） 计划、支持经济可承受任务能力的先进涡轮技术（Advanced Turbine Technologies for Affordable Mission-Capability，ATTAM）计划等，促进了关键技术的突破，极大地降低了技术风险。高超声速航空发动机方面更是如此，“猎鹰”组合循环发动机技术（Falcon Combined Cycle Engine Technology，FaCET）计划、高速涡轮发动机验证（High Speed Turbine Engine Diagnostics，HiSTED）计划、远程超声速涡轮发动机（Supersonic Turbine Engine for Long Range，STELR）计划、模态转换（Modal Transition, MoTr）计划和先进全速域发动机（Advance Full-Speed Range Engine，AFRE）计划的实施，直接催生了SR-72 高超声速航空发动机的研发。建议设立与高超声速航空发动机相关的技术预研计划，并将其列为“两机”（航空发动机和燃气轮机）重大专项接续实施计划的重点内容。研究须围绕热力循环分析设计与流动燃烧调控，材料、结构与热防护，工艺、制造与检测，试验与测试，重复使用与可靠性技术等内容开展，利用前期相关计划的研究成果支撑型号研发。
4 | 设立空天动力国家实验室
由于缺乏国家层面专门的基础研究机构的统一领导，所以我国创新链存在一定短板，研究力量比较薄弱。建议借鉴国外成功经验，瞄准未来发展方向，建立空天动力国家实验室，在基础研究领域充分发挥其引领作用。
在高超声速航空发动机研发方面，空天动力国家实验室需要发挥的职能主要包括：一是站在国家层面提前布局未来发展趋势，对重大技术方案进行评估；二是坚持补齐发展短板和加大基础研究的深度与广度，在基础研究、前沿技术和集成验证方面进行重点突破；三是促进产学研相结合，加快创新能力的转换运用；四是由国家统一保管技术成果，方便进行交流、转化和推广。
5 | 加强高超声速航空发动机试验设施建设
高超声速航空发动机面临的工作环境非常恶劣，试验条件很难得到满足。另外，对高超声速航空发动机在多场耦合作用下的机理规律尚未完全掌握，使得结构设计面临较大问题，安全性、可靠性和使用寿命无法得到保证。发达国家在发动机的研制过程中，十分重视试验的作用，在此理念下建立了比较完善的试验设施。
为提升高超声速航空发动机研制领域的试验条件，建议从国家层面进行总体规划和布局，依托科研院所和工业部门建设并进行统一管理。一是要建立多种试验台系统，包括高超声速航空发动机直连试验台、闭式循环系统试验台、高落压比喷管试验研究的模型试验台、全尺寸紧凑快速强换热器试验台、结构服役安全试验台；二是要加强对试验器、试验舱和风洞等试验装置的投入，包括连续可变马赫数组合进气道模态转换试验器、高超声速航空发动机热防护及热管理试验器、超临界燃料流动与燃烧特性试验器、变马赫数过程模态转换高空模拟试验舱、大尺度变马赫数过程模态转换自由射流风洞等。此外，建议对现有高空模拟试车台及其配套设施进行必要的升级，以提高其试验能力。
高超声速航空发动机的工作环境非常恶劣，对部件和系统的安全性提出了严苛的挑战。为提高其安全性能，必须加强结构服役安全方面的研究。建议建立具备模拟复杂多场耦合作用条件的试验台，如金属燃烧与热防护试验台、空地一致性试验台和发动机部件多场耦合试验台等，全面提升高超声速航空发动机结构服役安全方面的试验能力。
6 | 构建低成本高超声速航空发动机飞行试验台
由于飞行条件的复杂性，现有试验条件无法完全还原真实高超声速航空发动机的工作条件，建立飞行试验台是推动高超声速航空发动机技术走向工程化应用的必由之路。为降低建设成本，建议建立低成本飞行试验台，利用更为真实的飞行参数对高超声速航空发动机进行测试评估，在此基础上进行改进升级。
7 | 加强高超声速航空发动机数字孪生、数值仿真和支撑软件建设
随着仿真技术的进步，部分仿真结果与某些试验结果比较契合，具备替代试验的能力。高超声速航空发动机试验难度大，多场耦合作用明显，试验在揭示机理和优化方案上比较有限。建议推动高超声速航空发动机数字孪生的发展，提高数值仿真能力，提高国产支撑软件的地位，扶持相关产业发展。
8 | 建立高超声速航空发动机知识产权保护共享机制
目前，高超声速航空发动机存在多条技术路径，为鼓励在自主创新的同时更好地形成合力，必须加强对知识产权的保护。建议吸收国外先进经验与成熟做法，设置国家级协调机构，既能综合管理相关的研究成果，又能很好地保护不同单位的知识产权，从而推动知识产权保护共享机制的建立和完善。
9 | 加强高超声速航空发动机人才培养和国际合作
建议提高高超声速航空发动机相关人才培养的优先级，增加该方向的研究生招生指标。制订关于高超声速航空发动机的科普工作计划，吸引青年才俊加入高超声速航空发动机研究领域。建立中国高超声速学术联盟，推动企业和科研院所人才联合培养机制的建立。加强国际合作，促进学习交流。
本文摘编自《中国高超声速航空发动机2035发展战略》（“ 中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”项目组编. 北京：科学出版社，2023.8）一书“前言”“摘要”，有删减修改，标题为编者所加。
（中国学科及前沿领域2035 发展战略丛书）
ISBN 978-7-03-075572-8
责任编辑：张 莉 李 娜
本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引，为科研管理部门提供了决策参考，也是社会公众了解高超声速航空发动机发展现状及趋势的重要读本。
（本文编辑：刘四旦）
一起阅读科学!
科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm
专业品质 学术价值
原创好读 科学品位
科学出版社 视频号
硬核有料 视听科学
传播科学，欢迎您点亮★星标，点赞、在看▼