中文摘要：

未来可重复使用空天飞行器必将具备从地面静止状态经亚声速、跨声速、超声速、高超声速等阶段从大气层进入太空并返回的能力。为了适应各阶段对气动外形的不同要求，这些新型空天飞行器必须采用智能控制可变形外形。本项目利用大规模并行高精度、高分辨率、高效率计算流体力学方法和自主发展的现代解析方法－分区匹配最优同伦分析方法，采用可压缩涡动力学剪切－胀压－热力学耦合理论等流场分析方法和最优动力系统方法分析典型主动变形物面流场中非定常激波与边界层、湍流、旋涡等多物理过程相互作用的物理机制，以详细了解变形飞行器动边界对流动稳定性、转捩、气动载荷、热载荷等影响，为变形控制和飞行控制提供可靠的气动载荷和热载荷数据打下理论基础。该研究对于主动变形物面可压缩流场中多物理过程相互作用基础研究具有重要的理论意义，并对将智能控制可变形技术用于在亚声速、跨声速、超声速和高超声速条件下飞行的新型空天飞行器具有重要的实际意义。

结论摘要：

在国家自然科学基金项目《主动变形物面流场中非定常激波与多物理过程相互作用研究》(#11072053)的资助下，我们在如下四个方面取得研究进展。　　第一，研制了高精度、高分辨率、高效率、主动变形物面湍流并行数值模拟算法和计算程序，完成了涡列与激波和声波的复杂相互作用研究，并开展了三角翼飞行器涡结构及激波驱动圆柱自主运动和超声速降落伞流固耦合相互作用和自主运动的初步数值模拟研究，验证了新算法和大规模并行计算程序的可行性。由于主动变形物面流场中非定常激波与多物理过程相互作用极为复杂，对高精度、高分辨率、高效率、主动变形物面湍流并行数值模拟算法和计算程序提出极高的要求，因此经过三年不懈努力，除了完成项目预定的算法和程序研究目标之外，还完成了极为复杂和困难的三维超声速流固耦合算法和程序; 　　第二，进一步发展了同伦分析方法，并使用发展的同伦分析法克服了解的不连续和解析性质之间的矛盾，求解了不连续的激波问题。发表了一系列研究论文；　　第三，在复杂流场分析的最优动力系统建模理论研究方面取得突破性进展，首次提出基于加权残数法的最优动力系统建模理论，不但完善了最优动力系统建模理论的数学基础，而且还通过对热传导方程和Burgers方程建立最优动力系统，得到至今为止最佳全局最优建模结果；　　第四，在主动变形物面流动控制方面取得突破性进展，经过24年不懈追求和3个国家自然科学基金项目的持续支持下，首次彻底消除了三维自主运动主动变形物体的尾涡，并首次发现奇特的随物体运动的封闭涡量鞘，该涡量鞘不但阻止尾涡脱落，而且将粘性流动区域分解成涡量鞘内部的完全粘流区和涡量鞘外部的粘性势流区。这一发现为基于涡动力学方法的计算流体力学算法提供了最佳算例和佐证。该发现推翻了国际流体力学大师Sir. James Lighthill教授的“没有尾涡就没有推力”的著名论断。