2017年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示

推荐奖种：技术发明奖 推荐单位：清华大学 项目名称 高超声速飞行器高温结构主动冷却热防护与热测量技术 主要完成单位：清华大学，北京空天技术研究所，中国科学技术大学 主要完成人：姜培学，符泰然，汤龙生，祝银海，彭威，程晓舫 项目简介： 成果属于工程热物理研究领域。高超声速飞行器是世界航天航空发展的重要方向，具有重大战略意义和重要经济社会价值。随着飞行马赫数和飞行时间的大幅提高，气动、燃烧、激波引起的高温会大大超过材料耐温极限，已有热防护技术难以满足更高马赫数飞行器的长时、可重复使用要求，“热障”成为制约高超飞行器在极端环境长时飞行的关键技术瓶颈和核心问题之一。高超飞行器热防护涉及复杂的系统结构、多样的材料体系、恶劣的服役环境，带来了“测不准、防不住、难评价”的难题。本项目在国家重大科技专项、863计划、973计划和国家自然科学基金等资助下，紧密结合我国高超飞行器技术发展需求，在高超飞行器高效主动冷却及热测量方法方面取得了重要原创性成果突破。主要发明点包括： （1）发明了材料高温全发射率和光谱发射率测量方法，突破了物性测量受多源热损失、多物理量关联、依赖于高温测量精度的限制，研制了基于稳态/瞬态测试技术的高温全发射率测量装置，形成了典型热防护材料高温辐射热物性数据库及测试规范，已立项国家军用标准，并已成功应用于飞行器热防护的设计与测试。 （2）揭示了高温发汗冷却规律，建立了大推力液体火箭发动机发汗冷却面板中最高温度与最佳流量的准确预测模型与方法，发明了适用于高马赫数与可重复使用的超燃冲压发动机喷油支板发汗冷却结构；建立了碳氢燃料传热与热裂解模型，发展了狭小受限空间中几十MW/m2高热流密度下的微板翅热防护技术。成果成功应用于飞行器多个关键部位的热防护设计，为解决主动热防护面临的长时、可重复使用的难题提供了重要技术支撑。 （3）发明了基于多光谱成像的温度测量及热流场计算方法，研制出适用于等离子辐射干扰环境下的近红外多光谱成像测量系统，实现了飞行器热防护结构温度场由半定量到定量的测量、非均匀热流分布的精确测量。针对发现的局部高热流特征，发明了利用超临界压力流体冲击冷却方法和发汗/冲击/逆喷的复合冷却方法。成果为高超飞行器热防护的性能准确评价及优化提供了重要技术支撑，解决了长航时高超飞行器热防护性能难以定量化评价的难题。 项目成果已获授权发明专利19项、实用新型专利3项，公开发明专利18项；立项国家军用标准1项；发表论文126篇，其中SCI论文65篇；完成技术报告52份；做国内外特邀报告15次。项目成果已应用于飞行器热防护设计与试验，取得了显著的社会经济效益，推广应用前景广阔。中国工程热物理学会组织周远院士、黄瑞松院士、金红光院士、方岱宁院士、何雅玲院士及中国航天科技集团公司一院型号总师朱广生研究员、北京航空航天大学副校长陶智教授、中国计量科学研究院副所长王铁军研究员、中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所杨永军研究员等9位专家组成成果鉴定专家组，鉴定认为“该项研究成果具有原创自主知识产权，是高超声速飞行器热防护技术领域关键技术的重大创新，该项成果已达到国际先进水平，其中全发射率测量、发汗/冲击/逆喷的复合冷却方法等为国际领先水平。” 推广应用情况： 项目技术成果已在中国航天空气动力技术研究院、中国空气动力研究与发展中心、北京临近空间飞行器系统工程研究所、北京动力机械研究所、北京机电工程研究所、北京航天动力研究所等我国航天、航空、公共安全领域的重点机构推广应用，项目成果直接服务于飞行器热防护结构设计与试验，取得了重大而显著社会效益。 曾获科技奖励情况 主要知识产权证明目录 知识产权类别 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 知识产权具体名称 利用发汗冷却对超燃发动机燃料喷注支板的热防护方法 利用发汗与冲击冷却对超燃发动机喷注支板的热防护方法 一种超临界流体喷射冷却系统及其使用方法 一种喷射器 一种基于复合冷却方式的高超声速飞行器头锥 一种非金属材料半球向全发射率的测量方法和装置 一种高温材料法向光谱发射率测量系统 测量金属氧化层高温光学常数的方法 基于有效辐射的材料高温光谱发射率测试系统 金属氧化层高温光学常数测量方法 基于稳态分析的半球向全发射率与导热系数的测量方法 大温差样品的半球向全发射率的测量方法 大温差样品的半球向全发射率与导热系数的测量方法 基于瞬态分析的大温差样品的半球向全发射率测量方法 一种光谱发射率的稳态测试系统与方法 CCD成像设备相对光谱响应特性的标定方法及系统 一种高温热源的检测方法和装置 权利人 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 发明人 姜培学;熊宴斌;祝银海;黄拯 姜培学;黄拯;祝银海;熊宴斌 姜培学;陈剑楠;张震;祝银海;陈凯;胥蕊娜 祝银海；姜培学 姜培学;黄干;祝银海 符泰然;谈鹏;孟迎潮 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 清华大学;中国航天科符泰然;谈鹏;曹阳;赵桓 工集团第三总体设计部 符泰然; 刘江帆; 宗安州; 汤龙清华大学 生; 周金帅; 邓兴凯 清华大学 清华大学 清华大学;北京机电工程研究所 清华大学;北京机电工程研究所 清华大学;北京机电工程研究所 清华大学;北京机电工程研究所 清华大学 清华大学 清华大学 符泰然，段明皓，宗安州 符泰然; 宗安洲; 刘江帆; 谈鹏; 汤龙生; 周金帅; 邓兴凯 符泰然；汤龙生；段明皓；王忠波；谈鹏；周金帅；邓兴凯 符泰然；汤龙生；段明皓；王忠波；谈鹏；周金帅；邓兴凯 符泰然；汤龙生；段明皓；王忠波；谈鹏；周金帅；邓兴凯 符泰然；汤龙生；段明皓；王忠波；谈鹏；周金帅；邓兴凯 符泰然; 段明皓; 唐佳琦 符泰然;杨臧健;程晓舫 符泰然;程晓舫;杨臧健 符泰然;余景文;龚玮;程晓舫 符泰然;龚玮;余景文;程晓舫 符泰然；熊叶寒；姜培学 符泰然；刘江帆；姜培学 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 申请发明专利 申请发明专利 一种双CCD温度场测量装置及方法 清华大学 一种基于彩色CCD的辐射温度场测量装置及方法 一种基于多光谱测量的亚像元温度分布测量装置及方法 基于调频辐射光源的多传感器成像温度场测量方法及装置 清华大学 清华大学 清华大学 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 申请发明专利 授权实用新型 授权实用新型 授权实用新型 一种用于喷雾场环境中的辐射温度测量装置及方法 基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置及方法 一种基于辅助光源的辐射温度测量装置及方法 一种光谱发射率的瞬态测试系统与方法 一种多孔介质喷注支板前缘头锥的热防护方法 飞行器热部件的防护系统 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统 一种高超飞行器的前缘部位的热防护结构 高超声速飞行器发动机热量回收发电系统及其控制方法 一种等离子体激励自适应抵御激波的超声速气膜冷却装置及其使用方法 一种局部发汗冷却抑制激波的超声速气膜冷却装置及其防护方法 一种自适应激波作用的超声速气膜冷却结构 基于压力敏感漆测量激波增强超声速气膜流体混合的方法 含内部复杂边界结构体的温度场和热流同时重构方法 一种含引射器的膜冷却系统及方法 含三维或曲面外形结构体的温度场与热流同时重构方法 一种高温热源的检测装置 一种基于彩色CCD的多谱色辐射测温装置 一种基于双CCD的四通道温度场测量装置 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 清华大学 姜培学；符泰然；熊叶寒 符泰然；田集斌；姜培学 姜培学；符泰然；田集斌 符泰然; 段明皓; 唐佳琦 姜培学;黄干;祝银海 姜培学; 王超；胥蕊娜;祝银海;欧阳小龙 姜培学;黄干;祝银海 姜培学;胥蕊娜;祝银海;黄干;廖致远;陆韬杰 姜培学;胥蕊娜;祝银海;张富珍;欧阳小龙;王超 姜培学，彭威 姜培学，彭威 姜培学，彭威 姜培学，彭威 姜培学;祝银海;符泰然 祝银海;姜培学 姜培学;符泰然;祝银海 符泰然;程晓舫;杨臧健 符泰然;龚玮;余景文;程晓舫 符泰然;余景文;龚玮;程晓舫