973项目专栏
第一课题组：可压缩湍流结构与多尺度作用机理的理论研究
承担单位：北京大学、国防科技大学
课题负责人： 陈十一教授、佘振苏教授
高速飞行器典型流场是可压缩湍流，在可压缩湍流结构与多尺度相互作用机理的研究下，为实现工程湍流计算模型的创新奠定基础。第一课题组的主要研究内容包括：
1.建立湍流结构系综理论体系：佘振苏等提出的湍流结构系综是基于湍流脉动自组织性这一普适原理，是对湍流状态下流动的物理机理的数学表述，是在流态的几何特性出现多尺度、高敏感和形态丰富时必须采取的统计系综刻画，是在出现一系列物理机理时必须对脉动事件进行的系综分解。
2.建立湍流结构力学性能分析的系统：运用复杂流动的局部动力学诊断理论，对飞行器典型流场的力学性能开展细致的分析。这项研究既在结构分析与湍流模型的建立之间搭建了桥梁，也将直接为工程设计的优化提供方案。
3.建立新的湍流CFD工程计算模型：在湍流结构以及力学性能分析的基础上，构建产生新的湍流CFD工程模式，并在超声速边界层的气动力和气动热的实验中开展检验。
4.通过直接数值模拟研究建立可压缩湍流多尺度动力学的原理：开展可压缩湍流的直接数值模拟及大涡模拟研究。开展高马赫数、高雷诺数可压缩湍流的DNS计算，研究湍流结构系综和相关物理过程，构建湍流结构系综数据库。
5.建立创新的RANS/LES湍流计算新方法：新型的湍流LES方法是湍流研究的主流方向之一，对湍流的工程应用有重大的意义。将研究跨超声速流场的各种约束，推导出符合超声速壁面律的约束条件，特别与RANS相结合，发展出新型的RANS/LES混合计算新方法。
第二课题组：飞行器典型流场湍流结构的实验研究
承担单位：北京大学，航天十一院
课题负责人：李存标 教授、易仕和 教授
可压缩湍流定量测量技术是近年来国际实验流体力学发展的主要瓶颈。对转捩流场中气动热和气动力等物理参数的高精度测量是飞行器设计的基本要求。我们基于国际国内现有条件，联合攻关，主要研究内容有：
1.设计典型的飞行器典型可压缩流场，建立平板边界层、锥体边界层、空腔流动、混合流等典型流动在几种典型扰动下的湍流实验流场；采用李存标等提出的静风洞设计方法对现有小型超声速风洞和混合层风洞进行改进，为实验研究提供干扰小、流场品质好的超声速流场和超声速混合层流场。
2.进一步发展基于NPLS的超声速、高超声速三维瞬态流场的高时间分辨率、高空间分辨率的精细结构流动测量和流动显示技术，以获得典型超声速流动精细结构的测量数据。
3.在小型低噪声超声速风洞中，采用新近发展的流动精细结构测量技术，获得超声速边界层转捩、分离和边界层湍流的三维结构图像和速度场、密度场分布特性。
4. 在超声速混合层风洞中，针对飞行器气动光学中有重要应用的几种典型对流马赫数的超声速混合层的时空结构进行研究。
5.在超声速风洞中，针对超燃发动机的二维或三维凹腔流动结构，研究边界层和混合层的流动控制技术及其对超声速混合层与湍流结构的影响，研究在各种控制措施下超声速凹腔流动的精细流动结构。
第三课题组：飞行器典型流场转捩和湍流结构的计算研究
课题负责人：罗纪生 教授、李新亮 副研究员
本课题将通过高精度的数值模拟研究飞行器典型的可压缩流的转捩机理及湍流特征问题，在此基础上探讨其物理机制。研究的具体内容包括如下方面：
1.针对飞行器气动设计中的典型湍流问题进行直接数值模拟，构建可压缩湍流结构数据库，为湍流机理研究及湍流模型、大涡模拟模型提供依据；
2.对可压缩湍流进行结构系综分析，完善统计物理描述，构建湍流结构系综数据库。并通过结构系综和物理机理的分析，发现可压缩湍流大涡模拟中需要的物理过程及需要引入的物理约束条件，开发新型的可压缩湍流大涡模拟方法；
3.以平板边界层流场及高速圆锥流场为典型流场，开展高速飞行器边界层流动稳定性分析，开展转捩机理及转捩预测方法的研究。
4.以直接模拟的数据为依据，探讨飞行器典型可压缩湍流的流动机理及控制手段，并验证所发现的湍流转捩准则；
第四课题组：面向飞行器设计的高精度湍流工程计算模型的集成与评估
承担单位：北京航空航天大学、中国空气动力发展研究中心（总装）
课题负责人：阎超 教授、邓有奇 研究员
我们将构建针对工程应用的湍流高精度计算方法和模型，发展出高精度湍流计算体系。在融合本项目发展的新型湍流模型和转捩模型等的基础上，建立相应的高精度、高可靠性、高效率的CFD系统，面向我国大飞机和高超声速飞行器等的研制提供直接的高精度湍流模拟支持。本课题组的具体研究内容包括：
1. 基于RANS和LES/RANS的高精度CFD计算方法研究：本课题组将在3个方向开展创新性研究：（1）高分辨率、低耗散的2阶格式。(2）高阶格式的系统探索。（3）新型LES/RANS混合方法的研究，发展出可以面向工程应用的LES/RANS计算方法。
2.将湍流模型和转捩模型应用于开发高精度CFD计算方法相结合，构建面向高精度湍流工程计算的CFD系统，研制相应的软件系统，建设可直接为我国航空航天飞行器研制提供湍流精确计算的CFD平台，直接服务于气动设计的需要，从而完成本项目从基础到应用、从方法到技术的链条式的战略设计。
第五课题组：高速湍流光学传输效应及其流动控制研究
承担单位： 航天十一院、北京大学
课题负责人：马汉东 研究员、毕志献 研究员
我们将运用结构系综的新理论新概念，对气动光学湍流效应开展系统研究，为精确制导的高速飞行器设计提供定量的设计依据。具体研究内容包括：
1.以混合层、平板边界层和钝锥头部周围的高超声速流场为典型流场进行风洞实验，采用热线、温度传感器等仪器，测量由边界层、剪切层、激波和膨胀波相互作用所形成的复杂流场。
2.在湍流结构系综理论的指导下，系统提取典型流场的可压缩湍流结构子系综，建立典型流态下的结构系综分类及其动力学过程。
3.针对典型流场，在湍流结构系综理论指导下发展优化的大涡模拟计算方法，进行湍流工程计算模型的研究，建立基于湍流结构的精确模拟可压缩湍流场的大涡模拟计算方法。
4.根据湍流结构系综的光学畸变效应，比对分析光学测量试验和气动光学计算所获得的目标图像和光波传播特征参数集，提出计算模型的修正方案并更新气动光学计算模型，建立气动光学效应模型优化体系。
5.以改善光学效应为目标，根据上述研究所获得的流动结构系综对光波波面畸变的影响规律以及特定物理条件下的湍流结构系综动力学模型，建立湍流结构系综的控制理论，提出基于湍流结构的光学窗口优化方案和来流流场控制方案。
重大课题：工信部***项目
承担单位：西北工业大学、北京大学、中科院力学所
课题负责人：陈十一教授