航空发动机冷却技术优化课题申报书

航空发动机冷却技术优化课题申报书一、封面内容

项目名称：航空发动机冷却技术优化研究

申请人姓名及联系方式：张明，zhangming@

所属单位：国家航空发动机研究院高温结构材料研究所

申报日期：2023年10月26日

项目类别：应用研究

二．项目摘要

航空发动机作为航空器的核心动力装置，其性能直接关系到飞行器的综合效能。冷却系统是航空发动机的关键组成部分，其高效性与可靠性直接影响发动机的热端部件寿命和功率输出。当前，航空发动机冷却技术面临诸多挑战，如高焓气膜冷却的传热效率不足、内部流动损失较大、冷却结构复杂化导致的制造成本上升等问题。本项目旨在通过优化冷却系统设计，提升冷却效率并降低流动阻力，从而延长发动机使用寿命并提高推力。

项目核心内容围绕高焓气膜冷却、多层冷却结构优化以及先进冷却材料应用展开。具体而言，将采用计算流体力学（CFD）与实验验证相结合的方法，对气膜冷却孔的排布模式、微结构形态及边界层控制技术进行系统研究。通过建立多物理场耦合模型，分析冷却气流在复杂几何通道内的流动与传热特性，重点解决高热负荷区域的热量传递瓶颈。同时，探索新型轻质高导热材料在冷却结构中的应用，以降低结构重量并提升散热能力。

研究方法将包括数值模拟、风洞实验和材料性能测试。数值模拟方面，将运用大涡模拟（LES）和雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法，结合热力学和传热学原理，构建高精度模型；实验验证将依托自主研发的微通道冷却测试平台，对优化后的冷却结构进行性能评估。预期成果包括一套优化的冷却系统设计方案、一套适用于高焓环境的微结构设计准则，以及新型冷却材料的性能数据库。

预期本项目成果能够显著提升航空发动机冷却系统的效率，降低运行损耗，为下一代高性能航空发动机的研发提供关键技术支撑。研究成果将形成系列化技术标准，并具备产业化转化潜力，对推动我国航空发动机自主化进程具有重要意义。

三.项目背景与研究意义

航空发动机作为现代航空工业的“皇冠”，其性能直接决定了飞行器的作战效能、运输能力和经济性。冷却系统是航空发动机热端部件（如涡轮叶片、燃烧室）得以安全运行的核心保障，它通过将高温燃气带走的部分热量进行耗散，维持部件在允许的温度范围内工作。随着航空发动机向高参数、大推力方向发展，热端部件承受的thermalload（热负荷）急剧增加，传统冷却技术面临严峻挑战，冷却效率、结构复杂性与经济性之间的矛盾日益突出，成为制约发动机性能进一步提升的关键瓶颈。

当前，航空发动机冷却技术领域的研究现状主要体现在以下几个方面：首先，气膜冷却作为最主要的被动冷却方式，已在涡轮叶片等关键部件得到广泛应用。通过在叶片表面开孔，引射冷却气流形成覆盖壁面的气膜，有效隔离高温燃气与基体。然而，气膜冷却的传热效率受限于气膜厚度和气流，尤其是在高热负荷区域，单纯依靠增开冷却孔洞会导致结构重量和制造成本大幅增加，且易引发叶片振动和气动弹性问题。其次，内部通道流动冷却技术，如周向肋片、多排扰流柱等，通过强化气流在通道内的摩擦生热和二次流交换，进一步提升冷却效果。但此类结构同样存在流动损失大、压降显著的问题，降低了发动机的整体效率。再次，微通道冷却和先进材料应用成为研究热点。微通道结构具有高表面积体积比，理论上可实现更高效的传热，但面临制造精度要求高、压降过大等工程难题。新型冷却材料，如金属基复合材料、高温合金涂层及纳米材料，虽然具备优异的导热性能或特殊的热物性，但其高温稳定性、成本及与基体的匹配性仍需深入研究。

尽管现有研究在上述方面取得了一定进展，但仍存在诸多亟待解决的问题。一是高焓、高热流密度条件下的冷却效率瓶颈难以突破。随着发动机推力参数的提高，涡轮前温度和燃气流量持续攀升，导致热端部件面临前所未有的热负荷，现有冷却技术难以满足散热需求，壁温控制难度加大。二是冷却结构的复杂性与制造成本的矛盾日益尖锐。为了提升冷却效果，往往需要采用多级、多形式的复合冷却结构，这不仅增加了叶片的重量和气动阻力，也大幅提高了发动机的制造难度和成本。三是冷却系统的智能化与自适应能力不足。传统冷却设计多为固定结构，无法根据实际运行工况进行动态调整，导致在不同飞行包线下冷却效率不稳定，甚至出现局部过热现象。四是基础理论与模型预测精度有待提高。气膜冷却的边界层转捩、冷却气流的湍流强化机制、微结构内的非线性传热传质过程等基础科学问题仍需深入探索，现有CFD模型的预测精度和计算效率尚无法完全满足工程需求。

在此背景下，开展航空发动机冷却技术优化研究具有极其重要的必要性。首先，从技术层面看，突破现有冷却技术的瓶颈是提升发动机性能的必由之路。只有通过优化冷却系统设计，才能在保证部件安全的前提下，进一步提高发动机的推重比、热效率和寿命，满足未来先进战机、大型客机等航空器的性能需求。其次，从工程应用角度看，优化冷却技术有助于降低发动机的运行成本和全生命周期费用。通过提升冷却效率、减少流动损失，可以降低燃油消耗，延长部件寿命，减少维护频率，从而为航空运营商带来显著的经济效益。再次，从国家安全战略角度看，掌握先进的航空发动机冷却技术是提升我国航空工业自主创新能力的关键环节。核心技术的突破能够摆脱对国外技术的依赖，保障国家航空安全和发展利益。最后，从学术研究角度看，冷却技术的研究涉及流体力学、传热学、材料科学、计算力学等多个交叉学科领域，对其进行深入研究有助于推动相关基础理论的进步，促进学科发展。

本项目的研究意义主要体现在以下几个方面：

社会价值方面，本项目研究成果将直接服务于国家重大战略需求，推动我国航空工业实现高质量发展。通过提升航空发动机性能和可靠性，可以增强我国军用飞机的作战能力和战略威慑力，提升民航运输的安全性和效率，促进航空运输业的可持续发展。同时，高性能航空发动机的研制成功将带动相关材料、制造、测试等产业链的发展，创造大量高端就业岗位，为国家经济发展注入新动能。此外，项目成果的转化应用还有助于提升我国在国际航空领域的核心竞争力，增强国家整体科技实力和影响力。

经济价值方面，本项目旨在通过优化冷却技术，降低发动机的制造成本和运行成本。优化的冷却设计可以减少材料消耗和制造工时，提高生产效率；提升冷却效率可以降低燃油消耗，据估算，发动机效率每提升1%，飞机的运营成本可降低数个百分点；延长部件寿命可以减少换件频率和维修成本，显著提高发动机的经济性。这些经济效益的累积将产生巨大的社会效益，为航空业乃至整个国民经济带来可观的经济回报。此外，项目研发过程中形成的技术专利和知识产权，将为相关企业带来技术竞争优势，促进技术成果的转化和产业化，形成新的经济增长点。

学术价值方面，本项目将深化对航空发动机冷却系统复杂物理机制的理解。通过数值模拟和实验验证，揭示高焓气膜冷却、内部流动冷却以及多级复合冷却系统的传热传质规律，探索边界层转捩、湍流强化、微结构效应等关键科学问题。研究将发展更精确、更高效的数值计算模型，为复杂几何形状、多物理场耦合问题的求解提供新的方法和工具。同时，对新型冷却材料和结构设计的研究，将推动材料科学和结构工程领域的发展。项目成果将丰富航空发动机冷却技术的理论体系，为后续相关研究提供坚实的理论基础和参考依据，促进学科交叉融合与学术创新，培养一批高水平的航空发动机冷却技术研究人才。

四.国内外研究现状

航空发动机冷却技术作为航空科学与工程领域的核心分支，一直是国内外研究的热点和难点。经过数十年的发展，研究人员在气膜冷却、内部流动冷却、先进材料应用等方面取得了显著进展，形成了一系列成熟的工程应用技术和不断深化的基础理论。总体而言，国外在航空发动机冷却技术领域起步较早，技术积累相对雄厚，尤其在先进军用发动机和大型民用发动机上表现突出。国内在该领域的研究起步相对较晚，但发展迅速，已在部分关键技术上取得突破，并逐步缩小与国际先进水平的差距。

在气膜冷却方面，国外研究主要集中在高热流密度条件下的气膜冷却优化、微结构气膜冷却、气膜冷却的流动控制等方面。美国、欧洲（如德国、法国）和俄罗斯等航空强国在航空发动机冷却技术领域长期保持领先地位。美国莱特公司、普惠公司等在役的先进航空发动机广泛采用了复杂的气膜冷却系统，如多层冷却、发散-收敛型冷却孔、带内部扰流结构的冷却孔等。研究重点包括通过优化冷却孔排布（如发散孔、阶梯孔、锯齿孔）和边界层控制技术（如吹吸、槽道辅助气膜）来提高气膜冷却效率，降低冷却气体的流失率。近年来，微结构气膜冷却（如微孔阵列、微槽道）成为研究热点，旨在通过增加表面积和强化传热来提升冷却性能。例如，NASA兰利研究中心通过数值模拟和实验研究了微孔气膜冷却在不同热流和压力下的性能，发现微结构能够显著提高传热系数，尤其是在低雷诺数条件下。此外，美国空军研究实验室（AFRL）等机构还致力于研究智能气膜冷却技术，通过集成传感器和作动器，实现对气膜流量和压力的实时调控，以适应发动机非定常工作条件下的冷却需求。在气膜冷却的流动控制方面，国外学者对主动流动控制（如可调叶片角度、吹吸）和被动流动控制（如扰流柱、蜂窝结构）进行了深入研究，旨在强化冷却气膜与壁面的动量交换，提高气膜覆盖区的传热效率。

欧洲在航空发动机冷却技术领域同样具有较强实力，欧洲航空发动机集团（EADs）下属的罗尔斯·罗伊斯公司、通用电气航空公司等拥有先进的冷却技术。罗尔斯·罗伊斯公司在其泰伦特（Trent）系列和遄达（Trent）系列民用发动机上采用了大量的先进冷却技术，如可调角度的叶片内冷通道、复杂的肋片和扰流柱结构等。欧洲研究机构如德国弗劳恩霍夫协会、法国宇航院（ONERA）等在气膜冷却的数值模拟、实验验证和冷却结构优化方面开展了大量工作。例如，弗劳恩霍夫协会通过发展高精度CFD模型，研究了复杂几何形面（如叶片型线）上的气膜冷却行为，并开发了基于的优化设计方法。ONERA则重点研究了高焓条件下气膜冷却的稳定性问题，以及通过优化冷却孔几何参数来降低冷却气体流失率的方法。在内部流动冷却方面，欧洲学者对环形通道、径向通道等内部冷却系统的流动损失和传热特性进行了系统研究，并探索了使用轻质高导热材料（如金属基复合材料）来提升冷却效率的可能性。

俄罗斯在航空发动机冷却技术领域也具有独特的技术积累，尤其是在应对极端工作条件下冷却系统设计方面具有丰富经验。俄罗斯联合航空制造集团（UAC）下属的发动机研究生产联合体（NPOSaturn）等机构在研制高性能军用发动机时，开发了一系列创新的冷却技术。例如，俄罗斯发动机研究局（OKB-171）设计的某些军用发动机采用了高密度冷却孔排布和复杂的内部冷却通道设计，以应对极高的热负荷。俄罗斯学者在气膜冷却的边界层转捩控制、冷却气流的非定常特性等方面进行了深入研究，并发展了适用于极端工况的冷却设计方法。近年来，俄罗斯也开始关注微结构冷却技术和先进冷却材料的应用，并取得了一定的进展。

国内航空发动机冷却技术的研究起步于上世纪60年代，经过几十年的努力，已在气膜冷却、内部流动冷却、冷却材料等方面取得了长足进步。中国航空发动机集团有限公司（AVIC）下属的研究机构如中国航空研究院606研究所、608研究所、624研究所等，以及高校如北京航空航天大学、西安交通大学、南京航空航天大学等，在航空发动机冷却技术领域开展了系统研究。在气膜冷却方面，国内研究人员重点研究了适用于国产发动机的冷却结构设计，如开发了适用于不同热负荷区域的冷却孔排布方案，研究了肋片强化传热和扰流柱冷却的效果。在内部流动冷却方面，国内学者对环形通道、多排扰流柱等内部冷却系统的流动与传热特性进行了实验和数值研究，并探索了新型内部冷却结构的设计。近年来，国内在微结构冷却技术、先进冷却材料（如金属基复合材料、碳化硅基复合材料）应用等方面也取得了积极进展。例如，606研究所通过数值模拟和实验研究了微孔气膜冷却在涡轮叶片上的应用效果，发现微结构能够有效提高冷却效率。西安交通大学等单位在金属基复合材料制备和性能研究方面取得了突破，为下一代高性能航空发动机冷却系统提供了新的材料选择。然而，与国外先进水平相比，国内在部分关键技术领域仍存在差距，主要体现在基础理论研究深度不足、高精度数值模拟方法有待完善、先进冷却技术的工程化应用水平不高、以及冷却系统的智能化设计能力相对薄弱等方面。

在内部流动冷却方面，国外研究同样取得了丰富成果。美国、欧洲和俄罗斯等在先进军用发动机和民用发动机上广泛应用内部流动冷却技术，如周向肋片、径向冷却通道、多排扰流柱等。研究重点包括优化内部通道的几何形状和流道排布，以实现高效散热和低流动损失。例如，美国普惠公司在其F119、F135等军用发动机上采用了复杂的内部冷却系统，通过优化通道形状和增加扰流柱密度，显著提高了冷却效率。欧洲罗尔斯·罗伊斯公司在其Trent系列和遄达系列民用发动机上同样广泛应用内部流动冷却技术，并开发了创新的冷却结构，如带内部肋片的冷却通道、径向冷却系统等。俄罗斯在内部流动冷却方面也具有丰富经验，其在研制某些高性能军用发动机时，采用了高密度冷却通道和复杂的扰流结构，以应对极高的热负荷。国内在内部流动冷却方面也开展了大量研究工作，如608研究所对环形通道、多排扰流柱等内部冷却系统的流动与传热特性进行了实验和数值研究，并探索了新型内部冷却结构的设计。然而，与国外先进水平相比，国内在内部流动冷却的基础理论研究、高精度数值模拟方法、以及先进冷却技术的工程化应用等方面仍存在差距。例如，国内对内部流动冷却中复杂几何形面的流动分离、二次流损失、以及高热流密度下的传热传质机理等基础科学问题的研究还不够深入；在高精度数值模拟方法方面，国内开发的CFD模型在预测精度和计算效率上与国外先进水平相比仍有差距；在先进冷却技术的工程化应用方面，国内冷却系统的设计主要依赖经验公式和传统方法，缺乏系统性的优化设计和验证。

在先进冷却材料应用方面，国外研究主要集中在金属基复合材料、陶瓷基复合材料、以及新型涂层材料等方面。美国、欧洲和俄罗斯等在先进冷却材料的应用方面取得了显著进展。例如，美国NASA兰利研究中心通过发展先进的制备技术，成功制备了具有优异性能的金属基复合材料和陶瓷基复合材料，并在发动机试验台上验证了其应用效果。欧洲罗尔斯·罗伊斯公司、通用电气航空公司等也在其先进发动机上应用了金属基复合材料和陶瓷基复合材料，以提升冷却系统的性能和寿命。俄罗斯在陶瓷基复合材料的应用方面具有丰富经验，其在研制某些高性能军用发动机时，采用了陶瓷基复合材料制造的热端部件，并开发了相应的冷却技术。国内在先进冷却材料的应用方面也取得了积极进展，如606研究所、624研究所等单位在金属基复合材料、陶瓷基复合材料、以及新型涂层材料的制备和性能研究方面取得了突破。然而，与国外先进水平相比，国内在先进冷却材料的制备技术、性能优化、以及工程化应用等方面仍存在差距。例如，国内在金属基复合材料的制备技术方面与国外先进水平相比仍有差距，制备的材料的性能和可靠性还有待提高；在陶瓷基复合材料的应用方面，国内在材料的制备、修复技术等方面仍存在难题；在新型涂层材料的应用方面，国内对涂层材料的长期性能、以及与基体的匹配性等方面的研究还不够深入。

综上所述，国内外在航空发动机冷却技术领域的研究均取得了显著进展，形成了一系列成熟的工程应用技术和不断深化的基础理论。然而，随着航空发动机向高参数、大推力方向发展，冷却技术仍面临诸多挑战和机遇。目前尚未解决的问题或研究空白主要包括：高焓、高热流密度条件下冷却效率提升的瓶颈；冷却结构复杂性与制造成本的矛盾；冷却系统的智能化与自适应能力不足；基础理论与模型预测精度有待提高；先进冷却材料的性能优化与工程化应用；以及冷却系统与其他发动机子系统（如燃烧室、涡轮）的协同优化设计等。针对这些问题和空白，本课题拟开展深入系统的研究，旨在通过优化冷却系统设计，提升冷却效率并降低流动阻力，从而延长发动机使用寿命并提高推力，为我国航空发动机技术的进步做出贡献。

五.研究目标与内容

本项目旨在通过系统性的理论分析、数值模拟和实验验证，解决航空发动机高热负荷部件冷却系统中存在的效率、结构和成本等关键问题，实现对冷却技术的显著优化。研究目标明确，研究内容具体，将围绕核心科学问题和工程需求展开深入探索。

1.研究目标

本项目的总体研究目标是：开发一套适用于高参数航空发动机热端部件的优化冷却系统设计方法，显著提升冷却效率，降低流动损失和结构重量，延长部件寿命，并形成相应的技术规范和设计准则。为实现此总体目标，设定以下具体研究目标：

(1)揭示高热流密度下复杂几何形面气膜冷却的传热机理与流动特性。深入理解冷却气流在叶片型线、冷却孔几何形状等多重因素影响下的传热规律，特别是边界层转捩、湍流强化以及二次流效应对局部和整体传热系数的影响机制，建立高精度预测模型。

(2)研发新型多层复合冷却结构设计方法，实现高效散热与低流动损失协同。探索优化的冷却孔排布模式（如发散-收敛、径向发散）、内部肋片/扰流柱结构形态及其与外部气膜冷却的耦合作用，旨在提高高热流区域的冷却效率，同时最大限度地降低冷却气体的流失率。

(3)基于多物理场耦合模型，优化微结构冷却技术的应用策略。研究微孔/微槽道尺寸、形貌、排布方式对传热和流动的影响，结合数值模拟与实验，确定适用于不同工况的微结构冷却优化设计方案，并评估其工程应用潜力。

(4)探索先进冷却材料在优化冷却系统中的应用潜力。评估轻质高导热材料（如金属基复合材料）或特殊功能涂层（如相变材料、增强导热涂层）对冷却性能提升的效果，研究其与基体的匹配性、高温性能及长期可靠性，为冷却系统的材料选择提供理论依据和数据支持。

(5)建立高精度数值模拟方法，提升复杂冷却系统预测精度。发展适用于多相流、非定常流动、高热流密度、复杂几何形面耦合问题的CFD数值模型，结合湍流模型改进、壁面处理技术优化等，提高数值模拟的准确性和计算效率，为冷却结构优化提供可靠的理论工具。

2.研究内容

围绕上述研究目标，本项目将开展以下详细研究内容：

(1)高热流密度下复杂几何形面气膜冷却机理研究：

***具体研究问题：**如何在高热流密度条件下，通过优化外部气膜冷却设计（冷却孔排布、孔形、边界层控制技术如吹吸），实现对叶片热端复杂表面（如叶型表面、冷却槽道壁面）的高效冷却？

***研究假设：**通过引入特定几何形态的冷却孔（如阶梯孔、带内部扰流结构的孔）和优化的吹吸配比，可以显著增强近壁面区域的速度梯度，强化边界层内的动量交换，从而在保持较低气膜厚度的同时，大幅提高局部和平均传热系数。

***研究内容：**开展高雷诺数、高普朗特数条件下气膜冷却的数值模拟和实验研究。数值模拟将采用大涡模拟（LES）或雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）结合高精度壁面处理技术，模拟不同热流密度、不同冷却孔设计下的气膜流动与传热过程。实验研究将基于专门设计的风洞试验台，测量不同工况下冷却气膜覆盖区的壁面温度、冷却气流量和压力损失，验证数值模拟结果的准确性。重点分析边界层转捩的位置、发展规律及其对传热的影响，以及不同冷却孔设计对气膜覆盖率和传热系数的调控效果。

(2)新型多层复合冷却结构设计方法研发：

***具体研究问题：**如何设计优化的多层复合冷却结构（如外部气膜冷却与内部流动冷却相结合），以在高热流密度区域实现热量高效耗散，并尽可能降低冷却系统的总压降？

***研究假设：**通过合理设计内部冷却通道的几何形状（如环形通道、径向通道）、流道排布和与外部气膜冷却的耦合方式（如内部流场对气膜冷却的辅助作用），可以构建一个高效的多层冷却系统，既能利用内部冷却承担大部分热量，又能通过外部气膜覆盖来隔绝最高温区域，同时保持较低的总体流动阻力。

***研究内容：**建立多层复合冷却系统的数值模拟模型，模拟内部冷却气流与外部气膜冷却气流的相互作用。研究不同内部通道几何形状（如圆形、矩形、带肋片、带扰流柱）的流动特性和传热性能，评估其对壁面热负荷的承担比例和压降损失。探索优化的内外冷却耦合设计，分析内部冷却对气膜冷却覆盖率和效率的影响，以及外部气膜对内部冷却出口气流温度的调节作用。通过优化算法（如遗传算法、拓扑优化）搜索满足高效冷却和低压降目标的最佳结构设计方案。

(3)微结构冷却技术应用策略优化：

***具体研究问题：**微结构冷却技术（如微孔阵列、微槽道）在航空发动机高热流密度条件下的应用效果如何？如何优化微结构的几何参数和布置方式，以实现最佳冷却性能？

***研究假设：**微结构能够通过增加表面积、促进近壁面湍流和强化边界层混合，显著提高局部和局部努塞尔数。通过优化微孔/微槽道的尺寸、排布密度、形状以及与宏观冷却结构的结合方式，可以在不同热流密度和雷诺数范围内实现高效的传热，并控制流动损失。

***研究内容：**开展微结构冷却的数值模拟和实验研究。数值模拟将聚焦于微尺度范围内的流动、传热和质量传递过程，考虑尺度效应和近壁面物理现象。实验研究将使用微通道冷却测试平台，测量不同微结构设计下的流阻、传热系数和冷却效率。重点研究微结构尺寸、排布方式（面状、点状）、入口/出口形式对传热和流动特性的影响，确定适用于不同应用场景的优化设计参数。探索微结构冷却与宏观冷却技术（如气膜冷却）的集成方案。

(4)先进冷却材料应用潜力探索：

***具体研究问题：**轻质高导热材料（如金属基复合材料）或特殊功能涂层（如相变材料涂层）在提升冷却性能和减轻结构重量方面有何潜力？其应用面临哪些挑战？

***研究假设：**轻质高导热材料能够通过提高基体的导热能力，降低内部热阻，从而在相同的热负荷下降低壁面温度，或允许在相同壁温下承受更高的热负荷。特殊功能涂层（如含相变材料的涂层）能够在高温下通过材料的相变吸收大量潜热，实现被动式温度调节，降低壁面热应力。这些材料/涂层的应用有望显著提升冷却效率，减轻冷却结构重量，但需解决材料制备、与基体的结合、高温性能稳定性、以及成本等问题。

***研究内容：**开展先进冷却材料的性能表征和数值模拟研究。材料性能研究包括测量候选材料的导热系数、热膨胀系数、高温强度、抗氧化性等关键热物理性能和力学性能。数值模拟将模拟含有这些先进材料的冷却结构，评估其对整体冷却性能（如壁温分布、热流量）和结构重量（如材料替换带来的减重效果）的影响。探索材料的制备工艺（如粉末冶金、陶瓷基复合材料成型技术）和涂层技术（如物理气相沉积、浸涂）的优化，评估其在发动机高温、高应力环境下的长期服役行为和可靠性。分析材料成本和制备难度，评估其工程应用的经济性和可行性。

(5)高精度数值模拟方法建立与验证：

***具体研究问题：**如何发展适用于航空发动机复杂冷却系统的高精度数值模拟方法，以准确预测传热、流动和换热过程？

***研究假设：**通过改进湍流模型（如发展适用于冷却通道和气膜冷却的雷诺应力模型或大涡模拟模型）、优化网格生成技术（如非结构化网格、自适应网格加密）、改进壁面处理技术（如精确模拟冷却孔入口效应、壁面粗糙度影响）以及开发高效数值算法，可以显著提高CFD模拟复杂冷却系统问题的精度和效率。

***研究内容：**针对航空发动机冷却系统的典型流动和传热问题，开展高精度数值模拟方法的研究与开发。重点改进适用于冷却通道、气膜冷却以及两者耦合问题的湍流模型，使其能够更准确地捕捉近壁面流动特征和二次流效应。研究高效的网格生成算法和并行计算策略，以应对复杂几何形状和高分辨率模拟的需求。开发精确模拟冷却孔边界条件、壁面热流边界条件以及材料非均匀性影响的数值技术。通过与实验数据进行详细的对比验证，评估所发展数值方法的准确性和可靠性，并形成一套适用于航空发动机冷却系统设计优化的数值模拟流程和规范。

本项目的研究内容覆盖了航空发动机冷却技术的关键科学问题和工程挑战，通过系统性的研究，有望取得一系列创新性的成果，为我国先进航空发动机冷却技术的研发提供重要的理论支撑和技术储备。

六.研究方法与技术路线

本项目将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方法，以系统性地解决航空发动机冷却技术中的关键问题。研究方法的选择充分考虑了问题的复杂性、研究的深度以及成果的实用性要求。技术路线清晰，步骤明确，确保研究按计划有序推进，最终实现研究目标。

1.研究方法

(1)**数值模拟方法：**

***方法描述：**采用计算流体力学（CFD）软件（如ANSYSFluent、ANSYSIcepak或开源软件如OpenFOAM）作为主要研究工具，对航空发动机冷却系统进行高精度数值模拟。模拟将涵盖从宏观的内部冷却通道到微观的微结构冷却以及外部气膜冷却等多种场景。数值模型将基于Navier-Stokes方程和能量方程，考虑流体粘性、惯性、热传导以及可能存在的相变等因素。

***具体技术：**

***湍流模型：**根据不同的流动区域和雷诺数范围，选用合适的湍流模型。对于内部通道流动和微通道流动，考虑采用雷诺应力模型（RSM）或大涡模拟（LES）以更准确地捕捉湍流结构及其对传热的影响。对于气膜冷却区域，可采用标准k-ε模型、реакт-к-ε模型或低雷诺数k-ω模型。必要时，发展或改进针对冷却特殊几何形状的湍流模型。

***多物理场耦合：**建立内部流动冷却与外部气膜冷却的耦合模型，模拟两者之间的相互作用，如内部冷却出口气流对气膜覆盖的影响，以及气膜流动对近壁面内部流动的干扰。

***壁面处理：**采用精确的壁面处理技术，如壁面函数法、浸入边界法或非均匀壁面函数，以准确模拟冷却孔入口、出口效应、壁面粗糙度以及材料非均匀性对流动和传热的影响。

***材料模型：**在模拟中考虑先进冷却材料（如金属基复合材料）的特殊热物理性质（高导热系数、低密度等），或模拟特殊功能涂层（如相变材料）的相变过程及其对传热的贡献。

***后处理与分析：**利用CFD后处理工具，提取并分析速度场、压力场、温度场、传热系数、努塞尔数、雷诺数、普朗特数、冷却气体流量、压降等关键参数，评估不同设计方案的性能。

***精度与验证：**通过网格无关性验证、时间步长无关性验证、模型对比验证等手段确保模拟结果的可靠性。数值模拟结果将与实验数据进行详细的对比分析，用于验证模型的准确性并指导模型改进。

(2)**实验研究方法：**

***方法描述：**设计并搭建专门的实验平台，对关键冷却技术和结构进行实验验证和性能评估。实验将聚焦于验证数值模拟结果的准确性，探索未充分认识的物理现象，并为冷却系统的优化设计提供直接的数据支持。

***具体设计：**

***高热流密度气膜冷却实验：**搭建可调热流、可调工况的气膜冷却风洞试验台。设计制造不同几何形状（如叶片型线、冷却孔排布）的模型。采用加热系统（如电加热膜或焦耳加热）模拟热端部件的高热负荷。测量冷却气膜覆盖区的壁面温度分布、冷却气流量、供气压力以及模型总压降。研究边界层转捩控制技术（如吹吸）对冷却性能的影响。

***多层复合冷却实验：**搭建内部流动冷却与外部气膜冷却耦合的实验台。设计包含内部通道（如环形、径向）和外部冷却孔的模型。测量内部冷却通道的压降、流量、出口温度以及外部气膜冷却的覆盖率和传热效率。评估不同耦合设计方案的性能。

***微结构冷却实验：**搭建微通道/微孔阵列冷却测试平台。制造不同尺寸、排布的微结构模型。测量微通道/微孔的压降、流量、传热系数。研究微结构几何参数对冷却性能的影响。

***先进材料性能测试：**搭建高温材料性能测试系统。测量候选先进冷却材料（如金属基复合材料）在高温下的导热系数、热膨胀系数、力学性能等。进行材料与基体的结合强度、抗热震性等测试。

***数据收集与处理：**使用高精度传感器（如热电偶、压力传感器、流量计）采集实验数据。利用数据采集系统实时记录数据，并进行后处理分析（如插值、拟合、统计分析）。绘制实验曲线（如压降-流量曲线、传热系数-雷诺数曲线），计算相关性能指标。

(3)**数据分析方法：**

***数值模拟结果分析：**对CFD模拟得到的流场、温度场、传热系数等数据进行可视化分析（如流线、速度矢量、等温线）。进行定量分析，如计算局部努塞尔数、局部传热系数、冷却气体损失率、压降系数等。对比不同设计方案的性能参数，评估优化效果。

***实验结果分析：**对实验测量数据进行统计分析，评估数据的离散性和可靠性。将实验结果与数值模拟结果进行对比，验证模型的准确性。分析影响冷却性能的关键因素（如几何参数、操作参数、材料特性）。利用回归分析、相关性分析等方法，建立经验关联式或拟合公式，为工程应用提供简化设计工具。

***综合分析：**结合数值模拟和实验结果，深入理解航空发动机冷却系统的复杂物理机制，揭示各影响因素的作用规律。基于分析结果，提炼出优化的设计准则和参数控制策略。

2.技术路线

本项目的研究将遵循“理论分析-数值模拟-实验验证-优化设计-成果总结”的技术路线，分阶段、有重点地展开。

(1)**第一阶段：现状调研与理论分析（第1-3个月）**

*深入调研国内外航空发动机冷却技术的研究现状、发展趋势及存在的问题。

*针对项目核心科学问题，开展相关的基础理论分析，如高热流密度下的传热机理、多层冷却的耦合机理、微结构效应等。

*初步建立数值模拟和实验研究的理论框架和方案。

*完成项目研究计划的详细制定和任务分解。

(2)**第二阶段：核心方法开发与验证（第4-9个月）**

***数值模拟方法开发：**开发或改进适用于本项目研究内容的CFD数值模型，包括湍流模型、多物理场耦合模型、壁面处理技术等。进行模型验证，通过与简单模型的模拟结果或文献数据进行对比，确认模型的正确性。

***实验平台搭建与验证：**搭建或完善所需实验平台，包括高热流密度气膜冷却实验台、多层复合冷却实验台、微结构冷却实验台等。进行实验系统的标定和验证实验，确保测量数据的准确性和可靠性。

***初步模拟与实验：**基于初步建立的模型和平台，对基准冷却方案进行数值模拟和实验测试，获取基础数据，为后续优化提供参考。

(3)**第三阶段：关键技术研究与优化设计（第10-24个月）**

***高热流密度气膜冷却优化：**基于数值模拟和实验反馈，优化气膜冷却孔排布、孔形、边界层控制技术等，研究微结构对气膜冷却的强化效果。开展多方案对比分析，确定优化的气膜冷却设计。

***多层复合冷却结构优化：**基于数值模拟和实验结果，优化内部冷却通道几何形状、流道排布以及内外冷却耦合方式，实现高效散热与低流动损失的协同。应用优化算法搜索最佳设计方案。

***微结构冷却技术应用探索：**通过数值模拟和实验，确定适用于不同应用场景的微结构几何参数和布置方式，评估其工程应用潜力。

***先进冷却材料应用评估：**完成先进冷却材料的性能表征，并在数值模拟和实验中评估其在提升冷却性能和减轻结构重量方面的效果，分析其应用挑战和可行性。

(4)**第四阶段：集成优化与成果总结（第25-30个月）**

***系统集成优化：**将各项优化技术（如优化的气膜冷却、多层冷却、微结构冷却）进行集成，开发一套适用于高参数航空发动机热端部件的优化冷却系统设计方法。

***数值模拟深化与验证：**对最终的优化设计方案进行高精度数值模拟，并进行全面的实验验证，确保成果的可靠性和实用性。

***成果总结与撰写：**整理研究过程中的所有数据和结果，撰写研究报告、学术论文和技术专利。总结研究成果，形成技术规范和设计准则，为后续工程应用提供指导。

***项目结题准备：**准备项目结题报告，进行成果汇报和评审。

技术路线清晰，各阶段任务明确，关键步骤突出，确保研究工作能够系统、高效地推进，最终达成预期的研究目标。

七．创新点

本项目在航空发动机冷却技术领域，拟从理论、方法及应用三个层面进行创新性研究，旨在突破现有技术的瓶颈，提升冷却系统性能，为我国先进航空发动机的研发提供关键技术支撑。具体创新点如下：

(1)**理论层面的创新：高热流密度下复杂形面气膜冷却机理的深化理解与多尺度效应耦合建模**

***创新描述：**现有研究对高热流密度下气膜冷却的传热机理认识尚不深入，尤其对于叶片复杂型线表面和多层冷却结构内部的复杂流动传热耦合机制缺乏系统性的理论阐释。本项目将聚焦于揭示高雷诺数、高普朗特数条件下，边界层转捩、湍流结构演变、二次流效应以及近壁面物理过程（如传质）对气膜冷却传热性能的复杂影响机制。创新之处在于：

***多尺度现象耦合建模：**将采用多尺度建模方法，结合大涡模拟（LES）对近壁面湍流精细结构的捕捉能力和雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）对全流场的宏观预测能力，建立能够耦合宏观流动、精细湍流、传热传质以及边界层转捩效应的物理模型。这将有助于更准确地理解高热流密度下气膜冷却的复杂物理机制，特别是在高热负荷区域近壁面流动的复杂性和不确定性。

***非定常效应与热力耦合分析：**深入研究非定常来流、冷却气射流与边界层相互作用的非定常效应，以及冷却过程的热力耦合（如温度对流体物性、相变影响的考虑），建立更完善的高热流密度气膜冷却物理模型，为优化设计提供更精确的理论指导。

***复杂几何形面效应：**针对叶片型线等复杂几何形面对气膜覆盖和传热的影响，发展能够精确处理复杂几何边界条件的数值方法和实验测量技术，揭示几何形面与流动传热之间的内在联系，为适应气动热环境变化的冷却结构设计提供理论依据。

(2)**方法层面的创新：多层复合冷却系统设计优化中的多物理场耦合优化算法与数据驱动设计方法**

***创新描述：**多层复合冷却系统因其高效散热潜力成为先进发动机的重要发展方向，但其设计优化面临多目标（高效散热、低流动损失、结构轻量化）约束和强耦合（内部流动与外部气膜耦合）的挑战。本项目将提出一种面向多层复合冷却系统设计优化的新型方法论，创新之处在于：

***多物理场耦合优化算法：**开发基于序列线性规划（SLP）、遗传算法（GA）或拓扑优化等方法的耦合优化算法。该算法能够有效处理内部冷却通道设计（几何形状、排布、肋片/扰流柱结构）与外部气膜冷却设计（孔排布、孔形）之间的强耦合关系，实现内部冷却热负荷分配、外部气膜覆盖效率以及系统总压降的多目标协同优化，而非简单的串行优化。

***数据驱动设计方法：**结合高精度数值模拟与实验数据，构建多层复合冷却系统性能（传热系数、压降系数、冷却效率）与设计参数（几何尺寸、材料属性、操作条件）之间的复杂映射关系。利用机器学习或技术（如人工神经网络、高斯过程回归），建立快速预测模型，实现对冷却系统性能的实时评估和参数敏感性分析。基于此，发展数据驱动的快速优化设计方法，能够在大量设计方案中进行高效搜索，显著缩短研发周期，并探索传统优化方法难以触及的设计空间。

***高保真度模型与降阶模型结合：**在核心设计空间采用高精度数值模拟或物理实验获取高保真度数据，用于构建数据驱动模型；在广阔的设计空间外围采用降阶模型（如基于物理机理的代理模型）进行快速评估，实现高效率的全局优化搜索。这种混合建模方法兼顾了精度与效率，是复杂工程系统优化设计的有效策略。

(3)**应用层面的创新：先进冷却材料/技术的工程化应用潜力评估与集成设计方法体系构建**

***创新描述：**轻质高导热材料（如金属基复合材料）和特殊功能涂层（如相变材料涂层）在提升冷却性能和减轻结构重量方面具有巨大潜力，但其在航空发动机复杂热力环境下的长期服役行为、与基体的匹配性、成本效益以及工程化应用路径尚不明确。本项目将针对这些先进技术，开展系统性的应用潜力评估与集成设计方法研究，创新之处在于：

***材料/技术与冷却系统一体化设计方法：**提出将先进冷却材料/技术（如复合材料冷却结构、相变材料涂层）与整体冷却系统设计进行一体化考虑的框架。通过建立能够同时模拟材料热物理特性、界面热阻、相变过程以及冷却系统流动传热行为的耦合模型，评估新材料/技术在提升冷却效率、降低重量、延长寿命等方面的综合效益，并指导其在具体应用场景下的优化设计。

***长期服役行为与可靠性评估：**针对先进冷却材料在高温、高热负荷、热冲击等极端工况下的性能退化机制和长期服役可靠性问题，开展专项研究。结合数值模拟与加速寿命实验，评估材料的稳定性、抗热震性、与基体的长期匹配性等关键指标，为材料的选择和应用提供可靠性数据支持。

***成本效益分析与工程化应用路径探索：**对比分析采用先进冷却材料/技术的成本（材料成本、制造成本、研发投入）与预期性能提升效益（寿命延长、推力增加、燃油消耗降低），进行全面的成本效益分析。结合我国航空发动机的制造工艺水平和供应链现状，探索先进冷却材料/技术的工程化应用路径，包括材料制备工艺优化、涂层技术应用方案、以及与现有制造技术的兼容性研究，为技术的实际应用提供可行性论证和指导。

综上所述，本项目在理论、方法及应用层面均具有显著的创新性。通过深化高热流密度下复杂形面气膜冷却的物理机制理解，发展多物理场耦合优化算法与数据驱动设计方法，以及构建先进冷却材料/技术的集成设计方法体系，有望突破当前技术瓶颈，为我国航空发动机性能提升和自主化发展提供强有力的技术支撑。

八．预期成果

本项目旨在通过系统性的理论研究、先进的数值模拟和严格的实验验证，解决航空发动机高热负荷部件冷却系统中的关键科学问题和技术挑战，预期将取得一系列具有理论深度和工程应用价值的研究成果，具体包括：

(1)**理论成果：**

*揭示高热流密度条件下复杂几何形面气膜冷却的精细物理机制，阐明边界层转捩、湍流结构、二次流以及材料非均匀性对传热性能的影响规律，建立高精度预测模型和理论关联式。形成一套描述高热流密度下气膜冷却性能的理论框架，为优化设计提供坚实的理论基础。

*阐明多层复合冷却系统中内部流动与外部气膜冷却的耦合机理，建立描述热量传递、质量传递和动量传递相互作用的数学模型，揭示不同冷却结构设计参数对系统整体性能的影响机制。形成多层复合冷却系统的设计理论，为高效散热与低流动损失协同优化提供理论指导。

*提出适用于微结构冷却技术的传热机理模型，阐明微尺度效应、表面形貌、流体与结构相互作用对冷却性能的影响机制，建立微结构冷却性能预测方法。深化对微结构冷却基础理论的认识，为该技术的工程应用提供理论依据。

*深入理解先进冷却材料（如金属基复合材料、相变材料涂层）的热物理特性及其在极端工况下的服役行为，建立材料性能演化模型和损伤机理分析模型。形成先进冷却材料在航空发动机冷却系统中的应用理论，为材料选择和结构设计提供理论指导。

(2)**方法成果：**

*开发一套适用于航空发动机冷却系统优化设计的数值模拟方法体系，包括高精度湍流模型、多物理场耦合算法、壁面处理技术以及材料模型等。形成一套经过验证的数值模拟流程和规范，为冷却系统的设计优化提供强大的计算工具。

*建立一套系统化的实验研究方法体系，包括实验装置设计、测量技术、数据采集与处理等。形成一套完整的实验研究方案和操作规程，为关键冷却技术和结构的性能评估提供可靠的数据支持。

*构建基于数值模拟和实验数据的数据驱动设计模型，实现对冷却系统性能的快速预测和参数敏感性分析。形成一套数据驱动的优化设计方法，显著提高冷却系统设计的效率。

*提出一套面向实际应用的冷却结构优化设计方法，包括理论分析、数值模拟、实验验证和工程化评估等环节。形成一套完整的冷却系统设计优化流程，为工程应用提供技术指导。

(3)**实践应用价值：**

*提出适用于高参数航空发动机热端部件的优化冷却系统设计方案，包括优化的气膜冷却结构、多层复合冷却结构、微结构冷却技术以及先进材料应用方案。形成一套具有自主知识产权的冷却系统设计技术，显著提升我国航空发动机的性能和可靠性。

*开发一套冷却系统性能评估软件或工具，能够快速评估不同设计方案的性能，为冷却系统的选型与设计提供决策支持。形成一套实用化的工程工具，降低冷却系统设计的复杂度。

*形成一套先进冷却技术的应用规范和技术指南，为工程应用提供技术标准。制定相关技术标准，推动先进冷却技术的工程化应用。

*培养一批掌握航空发动机冷却技术前沿理论与设计方法的复合型人才队伍，为我国航空发动机技术的持续发展提供人才支撑。形成一支高水平的冷却技术研究和开发团队。

本项目预期成果将直接应用于我国先进航空发动机的研发实践，通过冷却系统的性能提升，实现发动机热端部件寿命的延长和推力的增加，从而降低航空器的运营成本，提升作战效能，增强国家航空安全能力。同时，研究成果将推动冷却技术领域的理论进步和工程应用水平，提升我国在航空发动机核心技术领域的自主创新能力，为我国从航空大国迈向航空强国的战略目标提供关键技术支撑。

九.项目实施计划

本项目实施周期为30个月，将按照“理论分析-方法开发-实验验证-系统集成-成果总结”的技术路线，分阶段、有重点地展开。为确保项目按计划顺利推进，制定详细的时间规划和风险管理策略，具体如下：

(1)**第一阶段：现状调研与理论分析（第1-3个月）**

***任务分配：**组建项目团队，明确各成员分工；开展国内外航空发动机冷却技术现状调研，梳理关键技术发展趋势和存在问题；进行项目基础理论分析，确定研究重点和难点；完成研究方案详细设计，包括研究内容、技术路线、实验方案和数值模拟框架。

***进度安排：**第1个月：完成项目团队组建和分工，启动国内外文献调研，初步建立研究框架；第2个月：深化技术路线和实验方案设计，确定关键研究指标和考核标准；第3个月：完成研究计划的详细制定，形成正式项目报告，启动数值模拟和实验平台的技术准备和初步设计。阶段成果：形成完善的研究方案报告，为后续研究奠定基础。

(2)**第二阶段：核心方法开发与验证（第4-9个月）**

***任务分配：**开发高精度数值模拟方法，包括湍流模型选择与改进、多物理场耦合算法设计、壁面处理技术优化等；搭建或完善实验平台，进行系统标定和验证实验；开展基准工况的数值模拟和实验测试，验证模型准确性和实验系统可靠性。

***进度安排：**第4个月：完成数值模拟模型的建立与初步验证，开始气膜冷却数值模拟研究；第5个月：完成实验平台搭建，开展系统标定实验；第6-7个月：进行高热流密度气膜冷却的数值模拟和实验研究，验证模型预测能力；第8-9个月：完成多层复合冷却和微结构冷却的数值模型初步开发，开展部分实验方案的技术论证。阶段成果：形成一套经过初步验证的数值模拟方法和实验平台，为后续优化设计提供技术支撑。

(3)**第三阶段：关键技术研究与优化设计（第10-24个月）**

***任务分配：**深入研究高热流密度气膜冷却优化设计，探索新型冷却孔形貌和边界层控制技术；开展多层复合冷却结构优化设计，实现高效散热与低流动损失的协同；研究微结构冷却技术的应用策略，优化微结构几何参数和布置方式；评估先进冷却材料的应用潜力，进行材料性能测试和数值模拟分析；进行系统集成优化，整合各项优化技术，形成先进冷却系统设计方案。

***进度安排：**第10-12个月：重点开展高热流密度气膜冷却优化研究，完成优化的数值模拟和实验验证；第13-15个月：完成多层复合冷却结构优化设计，开展数值模拟和实验研究；第16-18个月：完成微结构冷却技术应用探索，形成优化的设计方案；第19-21个月：评估先进冷却材料的应用潜力，开展材料性能测试和数值模拟分析；第22-24个月：进行系统集成优化设计，形成先进冷却系统设计方案，并开展全面的性能评估。阶段成果：形成一套完整的冷却系统优化设计方案，包括理论分析、数值模拟结果和实验验证数据，以及先进冷却材料的应用评估报告。

(4)**第四阶段：集成优化与成果总结（第25-30个月）**

***任务分配：**对最终优化设计方案进行全面的性能评估，包括数值模拟和实验验证；撰写研究报告、学术论文和技术专利；总结研究成果，形成技术规范和设计准则；准备项目结题报告，进行成果汇报和评审。

***进度安排：第25-26个月：完成系统集成优化设计的数值模拟和实验验证，撰写研究报告和学术论文；第27-28个月：总结研究成果，形成技术规范和设计准则，开始撰写项目结题报告；第29-30个月：完成项目结题报告，准备成果汇报材料，项目评审和总结会。阶段成果：形成一套完整的项目成果体系，包括研究报告、学术论文、技术专利、技术规范和设计准则，以及项目结题报告，为后续技术成果转化和应用提供基础。

(5)**整体进度控制与协调机制：**项目实施过程中，建立月度例会制度，定期评估项目进展，及时发现和解决存在的问题；采用项目管理软件，对任务分解结构（WBS）进行动态管理，实现进度跟踪与资源协调；加强与相关研究机构的合作，共享实验设备和计算资源，提高研究效率。

(6)**风险管理策略：**

***技术风险：**涉及数值模拟精度、实验数据可靠性、新材料应用不确定性等。应对策略：加强模型验证与实验验证，采用多种方法交叉验证结果；严格实验设计与数据管理，确保数据准确性和可重复性；开展新材料长期性能测试，评估其工程化应用可行性。

***进度风险：**可能因实验设备故障、计算资源不足、研究方法调整等影响进度。应对策略：制定详细的项目进度计划，明确各阶段任务和时间节点；建立风险预警机制，提前识别潜在风险并制定应对预案；配备充足的计算资源和备用实验设备，确保项目按计划推进。

(7)**资源风险：**涉及研究经费、人员配置、技术支持等资源保障不足。应对策略：积极争取项目经费支持，确保研究资源充足；建立完善的人员配置机制，确保项目团队稳定性和专业性；加强与国内外高校和科研机构合作，获取技术支持和资源共享。

(8)**成果转化风险：**涉及研究成果的产业化应用推广、市场接受度等。应对策略：建立成果转化机制，与企业合作进行技术转移和产业化示范；开展市场调研，评估技术应用的潜在需求；提供技术培训和咨询服务，促进技术成果的推广应用。

本项目实施计划充分考虑了研究内容的复杂性和技术难度，制定了分阶段、有重点的研究路线和时间安排，并提出了相应的风险管理策略，确保项目目标的实现。通过科学的项目管理和风险控制，有望按计划高质量完成研究任务，取得预期成果，为我国航空发动机冷却技术的进步和产业升级提供有力支撑。

十.项目团队

本项目团队由来自航空航天领域具有丰富研究经验和深厚专业知识的专家学者组成，涵盖力学、热力学、材料科学、流体力学、计算力学和测试技术等多个学科方向，团队成员均具备承担高水平航空发动机冷却技术研究的学术背景和工程实践能力，能够确保项目研究的科学性、创新性和实用性。团队成员均具有高级职称和博士学位，部分成员拥有海外知名研究机构或国际知名企业的访问学者经历，具备国际视野和跨学科合作能力。团队核心成员长期致力于航空发动机冷却技术的研究，在气膜冷却、内部流动冷却、先进材料应用等方面取得了系列研究成果，发表高水平学术论文，并拥有多项发明专利。团队成员曾主持或参与多项国家级重大科研项目，积累了丰富的项目管理经验和成果转化经验。

1.团队成员的专业背景、研究经验等

（1）项目负责人张明，教授，中国航空发动机研究院高温结构材料研究所，博士，航空发动机冷却技术领域知名专家，长期从事航空发动机热端部件冷却系统研究，在气膜冷却优化设计、先进冷却材料应用等方面取得系列创新性成果，主持国家自然科学基金重点项目、国防科工局重点预研项目多项，发表SCI论文30余篇，拥有多项发明专利。曾作为首席科学家参与国际航空发动机冷却技术学术会议，并多次获得国家科技进步奖。研究方向包括高热流密度下复杂几何形面气膜冷却机理、多层复合冷却系统设计优化、先进冷却材料应用等。

（2）核心成员李强，研究员，中国航空发动机研究院606研究所，博士，长期从事航空发动机内部流动冷却系统研究，在环形通道、径向通道等内部冷却系统设计、冷却结构优化等方面积累了丰富经验，主持完成多项航空发动机冷却系统研究课题，发表高水平学术论文20余篇，拥有多项实用新型专利。研究方向包括内部流动冷却系统设计优化、冷却结构优化、先进冷却材料应用等。

（3）核心成员王伟，教授，北京航空航天大学，博士，航空发动机冷却技术领域青年领军人才，主要研究方向为微结构冷却技术和数值模拟方法，在微通道冷却、微结构冷却技术、计算流体力学等方面具有深厚造诣，主持完成多项国家自然科学基金青年科学基金项目，发表SCI论文10余篇，拥有多项软件著作权。研究方向包括微结构冷却技术、数值模拟方法、先进冷却材料应用等。

（4）核心成员赵芳，高级工程师，中国航空发动机研究院624研究所，博士，长期从事航空发动机冷却材料的研发和应用，在金属基复合材料、陶瓷基复合材料等方面具有丰富的研究经验，主持完成多项航空发动机冷却材料研发项目，发表学术论文15篇，拥有多项发明专利。研究方向包括先进冷却材料研发、材料性能测试、材料应用等。

（5）核心成员刘洋，副教授，南京航空航天大学，博士，主要研究方向为航空发动机冷却系统实验研究，在冷却结构实验测试、数据采集与分析等方面积累了丰富经验，主持完成多项航空发动机冷却系统实验研究项目，发表高水平学术论文8篇，拥有多项实验方法专利。研究方向包括冷却系统实验研究、数据采集与分析、冷却结构优化等。

（6）核心成员陈刚，高级工程师，中国航空发动机研究院608研究所，博士，长期从事航空发动机冷却系统数值模拟方法研究，在CFD数值模拟方法、数值模型开发、计算网格生成等方面具有丰富的研究经验，主持完成多项航空发动机冷却系统数值模拟项目，发表学术论文12篇，拥有多项数值模拟方法专利。