航空发动机领域中美典型基金资助力度分析报告

2023年·第一期 航空发动机领域 中美典型基金资助力度分析报告 中国工程科技知识中心 中国科学技术信息研究所 I 中国工程 2023年9月 知领报告 2023年第一期 编辑：范旭辉 执笔： 王晓丽中国科学技术信息 研究所 高楠中国科学技术信息 研究所 刘华中国科学技术信息研 究所 袁晨中国科学技术信息研 究所 曾令玥中国科学技术信息 研究所 审核：武丽丽 目录 摘要I 1前言1 2数据说明2 2.1数据来源2 2.2数据检索2 2.3数据处理3 3NSFC总体资助态势4 3.1资助发展趋势4 3.2资助格局分析4 3.3资助来源分析5 3.4承担机构分析6 3.5项目负责人分析7 3.6核心部件资助分析9 3.7主要功能资助分析10 3.8应用材料资助分析11 4SBIR&NSF总体资助态势13 4.1资助发展趋势13 4.2资助来源分布13 4.3承担机构分布14 4.4项目负责人分析15 4.5核心部件资助分析16 II 4.6主要功能资助分析17 4.7应用材料资助分析18 5中美资助对比分析21 5.1资助趋势对比分析21 5.2承担机构对比分析22 5.3核心部件对比分析23 5.4主要功能对比分析24 5.5应用材料对比分析24 6结论26 参考文献27 III 图目录 图1NSFC资助项目年度发展趋势4 图2NSFC资助项目的经费格局分布5 图3NSFC资助项目经费的来源分布6 图4NSFC航空发动机材料资助热点12 图5SBIR&NSF资助的年度发展趋势13 图6SBIR&NSF资助项目的来源分布14 图7SBIR&NSF航空发动机材料资助热点20 图8中美资助项目年度发展趋势对比22 IV 表目录 表1NSFC资助金额TOP20机构7 表2NSFC资助的主要项目负责人8 表3SBIR&NSF资助金额TOP20机构14 表4SBIR&NSF资助的主要项目负责人16 表5核心部件资助对比分析23 表6主要功能资助对比分析24 V 摘要 大国重器，倾心铸之，航空发动机的设计制造一直以来都是一个国家科技、工业和国防综合实力的重要标志。本报告通过分析中美典型基金的资助情况，以揭示两国在航空发动机领域科研项目的资助差异和基础研究进展。报告中所有分析数据均来源于中国工程科技知识中心和中国科学技术信息研究所联合构建的“全球科研项目数据库”，综合利用统计分析与数据可视化的方法，对资助项目进行深入分析，结果表明： 我国航空发动机的研发时间起步较晚，近十年，我国开展关键核心技术攻关成效显著，NSFC在航空发动机科研上的经费投入力度加大，进入快速发展阶段，与美国差距减小。 我国航空发动机领域的基础研究主体为高校和科研院所；美国则是以企业作为创新研究的主要力量。借鉴美国项目管理与实施的经验，我国应进一步强化企业科技创新的主体地位，增加科技企业在项目申请中的权重比例，加强高校、企业、科研院所等多机构融通创新、协同发展。 发展高性能、耐高温的涡轮部件是当前及未来的航空发动机的主要研究方向。我国应进一步加大对于涡轮核心部件的资助力度。同时还应对陶瓷基复合材料、镍基高温合金等高性能新材料相关研发项目进行合理资助布局规划，重视关键核心技术攻关，避免重要技术领域方向出现断层。 我国应充分发挥NSFC的导向作用，通过应用需求牵引基础研究，推动需求导向、目标导向的应用基础研究，促进知识创新体系与技术创新体系的深度融合，强化科技与产业、经济的高效衔接，从而推动国家在航空发动机领域自主创新能力的快速提升。 关键词：中国国家自然科学基金 /NSFC;小企业创新研究/SBIR;美国国家科学基金/NSF;航空发动机;经费投入 i 1前言 航空发动机是为航空器提供飞行所需动力的热力机械，是航空飞行器的“心脏”，被誉为工业皇冠上的明珠。航空发动机是装备制造业的顶尖产品，其研制是航空产业链中的核心环节，在要求优异性能的同时，还要保证在长期使用中的稳定性和安全性，研发制造难度极大。大国重器，倾心铸之，航空发动机的设计制造一直以来都是一个国家科技、工业和国防综合实力的重要标志。 为落实创新驱动发展战略，建设制造强国，加快推进航空发动机产业自主创新发展，我国实施“两机”重大专项，举全国之力，突破核心技术，大力发展航空发动机和燃气轮机技术及产品[1]。《中国制造2025》作为中国制造业未来设计的顶层规划和设计蓝图，对航空制造业给予了重点关注，纲领明确指出要大力提升航空发动机自主创新能力，以推动我国航空工业实现快速发展[2]。在“十四五”规划的102项重大工程项目中，航空发动机位于名单之列[3]。 基金项目资助信息具有极高的研究价值，既能反映出学科发展态势、研究前沿和热点和技术发展趋势，也是体现资助机构和科研人员学术水平与研究能力的重要标志之一。现以美国为代表的发达国家开展了多层次交叉的协同布局的基础科学研究，有效推动了先进发动机技术发展，奠定其在航空动力领域的领先地位。本报告分别选取了中美两国典型基金，以航空发动机研究项目为分析对象，采用科学计量学方法，从项目数量、资助金额、项目类型、承担机构等多个维度进行了分析。从航空发动机的核心部件、主要功能、应用材料等多个角度，剖析了两国的资助布局与差异性，以期为该领域研究人员把握技术发展态势和资助关键脉络提供参考，为我国航空发动机领域学科发展、科技创新、管理决策、人才培养等提供助力。 1 中国工程科技知识中心 中国科学技术信息研究所 2数据说明 2.1数据来源 本报告数据基于中国工程科技知识中心和中国科学技术信息研究所联合构建的“全球科研项目数据库”(http://gsp.ckcest.cn)，该数据库的所有数据均来源于各基金资助机构的官方网站，并经过了异构数据同构化、元数据项的规范化和数据二次加工，包括中图分类标引、受控主题词标引和主要数据项的翻译等。 2.2数据检索 （1）检索 在项目名称、项目关键词和项目摘要三个字段中，将以下两个概念的中英文检索词进行多种组配检索，至2021年，共检索出国内项目949项，国外项目1318项。 航空相关检索词：航空;飞机;直升机;战斗机;运输机。 发动机相关检索词：发动机;引擎;涡轮;叶片;涡喷;涡扇;涡桨;涡轴;压气机;燃烧室。 （2）代表性基金遴选 分析项目在中美两国主要基金来源中的分布，从中选取项目数量和经费最多的国家自然科学基金（以下简称：NSFC）作为中国的典型基金进行分析。 企业在美国创新过程中承担了非常重要的部分，在选取美国典型基金时，除依据项目数量和资助经费外，还参考了美国项目的资助特点，从中选取了小企业创新研究计划（以下简称：SBIR）和美国国家科学基金（以下简称：NSF）的项目数据合集作为美国典型基金分析。 NSF主要任务是对基础科学研究计划进行资助。SBIR是美国小企业在公共研发领域的最重要计划，美国规定年研究和开发预算经费超过1亿美元的联邦政府部门，每年必须留出不少于0.2%的预算经费支持该计划。 （3）数据核对 鉴于摘要项命中文献的相关性参差不齐，本报告对资助项目进行了人工判读， 2 中国工程科技知识中心中国科学技术信息研究所 剔除了相关性较低以及完全不相关的项目，最终保留NFSC项目563项，SBIR&NSF项目566项。从“全球科研项目数据库”抽取批准号、项目名称、项目类别、申请代码、资助机构、批准年度、研究期限、资助经费等项目字段形成本报告的分析数据集。 2.3数据处理 为了获得更准确的分析效果，本报告对于抽取到的数据进行了数据补充、数据清洗、人工标引等预处理： 人工标引： (1)核心部件：核心机是航空发动机的重要组成部分，是发动机研制主要难点和关键技术最集中的部分。为体现NSFC对于核心部件的资助格局与热点，本报告基于标题和关键词，对核心机三大部件：涡轮、压气机和燃烧室进行了人工标引。 (2)主要功能：经对项目内容人工判读，结合文献调研，确定了故障诊断、耐高温、降噪是目前航空发动机项目研究中涉及最多的三个功能。为体现NSFC对主要功能的资助格局与热点，本报告基于标题和关键词，对以上三个主要功能进行了人工标引。 (3)材料：航空材料是航空装备发展的基础和支撑，新材料的发展与航空发动机的技术进步密切相关，为体现NSFC对材料的资助格局与热点，本报告主要基于标题和关键词，对项目中涉及的具体材料进行了人工标引。 数据统计： (1)项目负责人：由于存在同名同姓的情况，项目负责人的认定标准为同一机构的同一负责人，相同姓名不同机构的负责人不进行归并处理。 (2)资助机构：对于资助机构的下属单位、二级机构、联合研究院、联合技术中心、联合实验室、联合国际学院、附属医院等机构的项目不进行合并统计。 (3)资助经费：为方便对比，报告中统一经费度量单位，已将NSFC的项目经费单位转换为美元，采用汇率：1美元≈7.1536人民币。 3 中国工程科技知识中心 中国科学技术信息研究所 3NSFC总体资助态势 3.1资助发展趋势 NSFC对航空发动机项目的资助始于1989年，共资助一个面上项目：火箭航空发动机钛合金零部件激光表面熔敷工艺及机理（哈尔滨工业大学）。1989年至2021年，NSFC在该领域资助的项目数量为563项，资助总金额为5723.50万 美元，项目资助强度为10.17万美元/项。从图1可以看出：NSFC资助项目的数 量与金额的趋势变化基本一致，在2010-2018年，资助项目数量和经费进入快速增长阶段。 90 801110.04 70 60 50 40 30 20 10 0 1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 项目数量 资助金额（万美元） 2018年，NSFC资助航空发动机项目78项，经费投入首次超过千万美元，达到历史峰值。2017-2018年，NSFC连续两年资助了重大项目：航空轴流压气机新气动布局基础研究（北京航空航天大学）和高性能航空发动机主动安全控制理论与应用（大连理工大学），是目前资助该领域金额最高的两个项目。 1989 1998 2000 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 图1NSFC资助项目年度发展趋势 3.2资助格局分析 NSFC根据科技发展趋势和国家战略需求设立相应的项目类型，经过不断优化调整，形成了结构合理、功能完备的资助体系。为了适应基础研究资助管理 4 中国工程科技知识中心中国科学技术信息研究所 的阶段性发展需求，统筹基础研究的关键要素，NSFC在其“十三五”发展规划中提出将资助格局调整为探索、人才、工具、融合四大系列i。 NSFC在航空发动机领域的资助格局分布，如图2所示（按金额统计）：NSFC的资助重心在探索系列和融合系列，其中探索系列资助的项目数量和金额最多，资助项目数量243项，含面上项目225项、重点项目12项、国际(地区)合 作与交流项目6项，资助总金额2442.77万美元，占比达42.68%；其次是融合系 列，资助项目数量为119项，资助金额为2148.82万元，占比37.54%。 国家杰�青 年科学基金 0.98% 地区科学基金项目1.00% 优秀青年科 学基金项目 1.51% 国家重大科研仪器 研制项目 5.73% 青年科学基金项目 10.55% 工具系列 5.73% 面上项目 32.46% 应急管理项目人才系列 0.14%14.04% 探索系列 重大项目42.68% 8.61% 专项基金项目 0.81% 融合系列 37.55% 重大研究计划 21.59% 重点项目 8.19% 国际(地区)合作与 联合基金项目交流项目 6.38%2.03% 图2NSFC资助项目的经费格局分布 3.3资助来源分析 为了更好地适应各个学科发展的需要，国家自然科学基金委共设置9个科 学部ii，分别