通过在多层金属点阵夹层结构部分层芯内填充隔热纤维、部分层芯内让冷却剂流过，本项目提出一种集被动隔热和主动散热于一体的轻质多功能防热结构。以往研究集中于金属点阵夹层结构的强制对流换热、且主要针对单层结构，隔热特性研究很少，尤其考虑多层金属点阵夹层结构的隔热与散热耦合更是鲜见。本项目拟采用实验、理论和数值计算相结合、宏细观相结合的研究方法，研究新型隔/散热结构的传热机理及重量优化方法，评价其隔/防热的技术效能。重点揭示高孔隙率金属点阵桁架导热、中间多层面板、隔热纤维、强制对流等对隔热性能的影响机制；建立不同层芯内导热、自然对流、热辐射和强制对流耦合换热的宏观瞬态传热理论模型；通过对各层芯高度梯度设计、合理布置强制对流层芯位置等措施，使隔/散热夹层结构重量达到最轻。本项目的研究将为金属点阵夹层结构在各种民用和军用工程中的广泛应用奠定理论基础和提供技术支撑。

多孔金属是近年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料，具有重量轻、高比强、高比刚度、以及高效散热的多功能特性，适合用于轻质承载的热防护结构。针对某高温气体冲击热防护结构，提出一种由高温层、隔热层及多孔金属承载层三部分所组成的热防护结构，高温层用于承受高温气体冲刷，隔热层用于阻止热量从高温层向承载结构传递，多孔金属主要用于承载，其内部可通风冷却或者填充相变材料以降低内表面温度。围绕该问题开展了如下关键科学问题研究。第一，基于多孔介质模型，建立了多孔金属夹层结构在热气冲击射流复杂热载荷和主动冷却下的稳态和非稳态传热数值模型，搭建传热风洞和热气冲击射流实验台架，测量得到热气冲击面上温度分布以及冲击中心点的温度响应并验证了数值模型的正确性。与传统上的求解NS方程模拟方法相比，该模型预测复合热防护结构的传热性能更加经济快捷。第二，研究了多孔金属内孔隙填充相变材料之间的局部传热行为，首次实验阐述了两者之间的局部热平衡行为，并通过与孔隙结构直接数值模拟结果对比进行了进一步验证。此外，本项目同时开展了多孔金属的强化散热机理研究。为克服金属泡沫高孔隙率所致低等效导热系数的缺点，提出在金属泡沫内插入翅片强化导热的思想。结果表明，在相同冷却空气流量和相同压降条件下，采用翅片增强导热后金属泡沫的散热性能较无翅片强化时提升了2-3倍。同时，通过分析流动烟雾可视化图片，揭示了空气进入泡沫和向外逃逸规律及其随泡沫高度和冲击距离的影响，从而揭示了相关参数对传热的影响机理。本项目研究成果可为开发基于多孔金属的轻质防热结构和紧凑式散热器提供指导。 2100433B

采用量子点阵植入多层膜InGaAs/InGaAsP结构，建立Lennod-Jones (L-J)作用势分子动力学模型，定量研究不同尺度量子点对整个布里渊声子散射强度的影响，讨论声子在粗糙界面、曲线界面的穿透率；采用热反射法测量量子点阵植入的多层膜结构的导热系数，结合分子动力学模型，建立较为精确地描述颗粒尺度对声子散射强度的关系式，完善瑞利杂质散射模型；在理论研究基础上，优化多层膜厚度、点阵特征尺寸，进一步降低多层膜的导热系数，研究目标是使得多层膜的导热系数低于相应合金值。 2100433B

金属点阵夹层板结构对强激光的防护还是一个新概念，其重要的工程价值还没有被认识到。本项目拟对点阵夹层板抗强激光加固机理开展实验与数值模拟研究，掌握激光辐照点阵夹层板破坏效应的实验方法与测量技术，发展气动环境下点阵夹层板的激光辐照破坏效应流热固耦合数值计算方法，揭示金属点阵夹层板抗激光加固机理，获取结构几何参数、材料参数、激光参数与环境参数等四个方面对点阵夹层板抗激光加固性能的影响规律。在此基础上，对结构进行优化设计，获得激光辐照下点阵夹层板最优结构与材料参数，提出能够有效改善结构激光防护性能的工程方案。预期的研究成果有望推动点阵夹层板结构在高速飞行器抗激光加固设计中的应用。

高能连续激光防护能力是提升我国高速飞行器未来战场生存能力必须重视的关键环节之一。本项目针对首次提出的激光防护-承载一体化复合填充金属点阵夹层板抗激光加固结构的抗激光加固机理与实验测试方法开展研究，建立了高能连续激光作用下复合填充点阵夹层结构响应测试方法；发展了高温环境下结构变形、应变、温度等多物理场测试技术；研究了不同功率连续激光辐照下点阵夹层板结构的破坏模式与防护机理，得到结构失效阈值。通过与相同面密度条件下结构激光防护能力对比发现，本项目提出的复合填充点阵夹层结构不仅可以显著延缓激光破坏时间，同时有效降低了损伤程度。此外，研究了连续激光辐照引起的的局部损伤对金属点阵夹层板剩余强度的影响规律。建立了激光与复合金属点阵夹层板相互作用效应的流固耦合数值分析模型，考虑激光引起结构产生的屈曲、熔融、气化等破坏效应，通过与实验结构对比对数值模型进行了实验验证，得到了填充材料的激光防护机理。开展了风洞环境下激光辐照点阵夹层板实验，获得了真实服役环境下填充点阵结构的破坏模式与失效阈值。本项目获得的复合填充点阵夹层结构抗激光加固机理以及建立的实验方法与测试技术有望推动复合填充点阵夹层结构在实际工程中的应用。 2100433B