1、高超声速发动机热管理系统建模与数字孪生技术

面向高超声速发动机在长时间、大热负荷工况下面临的热防护与能量调控需求，开展发动机热管理系统层面的建模与分析研究。围绕燃烧室、预冷器、尾喷管等关键受热部件，系统研究燃料（煤油、甲烷、氢）冷却过程中的流动、传热与结构耦合特性，构建涵盖多部件、多工况的发动机热管理系统模型，探索高效、可靠的热管理方案。在此基础上，发展面向工程应用的整机热管理性能综合评价模型与燃料喷注特性快速预测模型，实现发动机热管理性能的快速评估与参数分析，并进一步服务于发动机热管理系统的数字孪生建模与运行状态预测。相关技术已应用于旋转爆震发动机热管理设计与系统分析，支撑完成了高马赫数条件下的直连试验，为高超声速推进系统的工程化应用提供了重要技术支撑。

2、预冷组合发动机大功率换热技术

围绕预冷组合发动机在高超声速飞行条件下面临的极端热环境，重点研究大功率、高热流密度条件下的高效换热机理与强化技术。通过多尺度传热分析、实验研究与数值模拟相结合的方法，系统揭示预冷器、氦加热器、氢氦回热器内复杂流动与传热耦合规律，发展适用于高温、高压、高速来流条件的先进换热结构与设计方法，为预冷组合发动机的安全运行和性能提升提供理论基础与技术支撑。

新型三周期极小曲面（TPMS）预冷器

针对这一新型仿生曲面在热管理及换热装备的应用，探索了其内部的热流耦合机理与强化换热规律，提出了晶胞随形设计方法，建立了准三维性能快速预测模型，开发了结构设计软件。突破了基于增材制造方法的结构工程设计技术，并成功进行了实验验证。

燃烧换热一体化管束式换热器

服务于空天发动机做功工质（氦气）的能量补充，创新性地提出了燃烧换热一体化的氦加热器构型方案，避免了分体式的设计思路，克服了传统氦加热器传输管路复杂，热防护要求高所带来的系统复杂、重量大、体积大的问题。完成了这一新型氦加热器的热-结构耦合设计，搭建了高低温大温差换热实验台，完成了换热性能与强度性能的实验测试。

3、航天低温两相流流动传热技术

针对航天工程中低温推进剂（液氢、液氧、液甲烷）输运、储存及应用过程中的管道预冷与两相流不稳定问题，系统研究低温两相流流动传热技术。重点开展低温流体流动与换热机理研究，揭示复杂工况下的热传递规律，为航天低温系统的高可靠性与高效率运行提供关键技术支撑。为某单位开发了液氧自动加注系统，解决了应用单位加注降温特性预测难，箭地接口软管抖动严重的关键难题。

论文成果

1. Mao H, Zhao X, Xue F, et al. Investigation on cryogenic geyser characteristics in rocket cryogenic pipelines with a horizontal section[J]. Applied Thermal Engineering, 2024, 244:122730. 

2. MAO H, MAO H, YANG J, et al. Structural design and performance analysis of a novel helium heater for precooled air-breathing combined engines[J]. Aerospace Science and Technology, 2025, 167: 110657. 

3. MAO H, ZHAO X, MA H, et al. Investigation for the effect of variations in heat exchange parameters on the performance of precooled combined engines[J]. Case Studies in Thermal Engineering, 2025, 72: 106401. 

4. MAO H, YANG J, CHEN S, et al. Investigation of characteristics and formation mechanism of geyser unstable oscillation in cryogenic pipelines[J]. Case Studies in Thermal Engineering, 2025, 74: 106798. 

5. MAO H, LI Y, YANG J, et al. Investigation of geyser appearance and intensity of pipelines with a horizontal section in cryogenic rockets[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2026, 221: 110491. 

6. SUN J, LI X, MAO H, et al. Numerical analysis of the mechanism of porosity effect on the thermal–hydraulic performance of Gyroid-type TPMS structures in combined aero engines[J]. Applied Thermal Engineering, 2025, 264: 125453.

7. SUN J, MAO H, MA Y, et al. Thermal-hydraulic performance and heat transfer sensitivity analysis of diamond-type TPMS with mid-surface offsets in cylindrical coordinates under large temperature difference conditions[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2026, 170: 109949.

8. XIAO C, ZHANG J, HAN Y, et al. Fatigue failure analysis and life prediction of micro-pipelines under heterogeneous random vibration loads in aerospace engines[J]. Thin Walled Structures, 2025, 216: 113645.

9. 毛红威, 李雄辉, 毛宏敏, 等. 组合发动机一体化氦加热器设计与性能分析[J]. 火箭推进, 2025(5): 36-45.

10. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. Estimation of the pressure oscillation in geyser process occurring in cryogenic fluid pipeline[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 169(37):120922. 

11. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. Numerical investigation on the mechanism of geyser in cryogenic fluid pipes[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, 154:119670. 

12. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. Investigation of appearance and intensity of geyser phenomenon in a vertical cryogenic pipe[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, 150:119390. 

13. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. A novel pipe structure for geyser elimination in a vertical cryogenic pipe[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, 178:121631. 

14. Mao HW, Li YZ, Huang XN, et al. Experimental investigation on the thermo-hydraulic characteristics and occurrence boundary of geyser in a cryogenic pipe[J]. Applied Thermal Engineering, 2021, 195:117172. 

15. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. Investigation on the difference of geyser behaviors among different cryogenic fuels of launch vehicle[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2020, 45(58):34150–34162. 

16. Mao HW, Li YZ, Huang XN, et al. Investigation on the elimination of geyser in a cryogenic pipe by a recirculation method[J]. Applied Thermal Engineering, 2021, 197(12):117428. 

17. Mao HW, Li YZ, Zhu K, et al. Numerical investigation on the direct contact condensation of oxygen jets in a cryogenic pipe[J]. Cryogenics, 2021, 119(1–2):103364. 

18. Xie FS, Mao HW, Li YZ, et al. Experimental investigation of pressure drop of feeding pipes of liquid oxygen in a five-way distribution cavity under different working states [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, 163:120458. 

19. Wang JJ, Li YZ, Wang L, Mao HW, et al. Experimental investigation on two-phase flow instabilities in long-distance transportation of liquid oxygen[J]. Cryogenics, 2019, 102:56–64. 

20. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. Numerical research of driving mechanism for geyser developing in cryogenic propellant feedline[C] //. 25th International Congress of Refrigeration (ICR2019). Montreal, Canada, 2019.

21. Mao HW, Li YZ, Wang L, et al. Numerical research on influencing factors of geyser phenomenon in cryogenic propellant feedline[C] //. 9th International Conference on Compressor and Refrigeration (ICCR2019). Xi'an, China, 2019.

22. 毛红威, 厉彦忠, 王磊等. 运载火箭低温输送系统间歇泉特性及抑制方案探究[J]. 宇航学报, 2020, 41(04):483–489. （EI: 20202308784967，发表时间 2020.04，IF1.948，被引2次2023-8-27 15:39:26）

23. 毛红威, 厉彦忠, 王磊,等. 低温输送管间歇泉现象数值模拟与成因分析[C]//中国航天第七专业信息网学术交流会, 深圳，2018年11月5日-8日.

24. 黄晓宁, 王磊, 毛红威等.火箭升空低温推进剂出流特性仿真研究[J].制冷学报, 2020,41 (04):136-143+166

专利成果

1. 毛红威, 李哲, 李雄辉等. 航天发动机燃烧-换热一体化氦加热器用热流体导流装置. CN 118111119 B. 2024.07.12.

2. 毛红威, 杨佳卉, 李哲等. 航天发动机燃烧-换热一体化氦加热器用燃气发生装置. CN 118111120 B. 2024.07.12.

3. 厉彦忠, 毛红威, 王磊等. 一种低温液体燃料间歇泉抑制管道, CN112524482A. 2021.03.19.

4. 马原, 王云龙, 毛红威等. 一种无损式低温推进剂在轨加注系统及方法. CN 118637082 B. 2025.06.03.

5. 刘金鑫, 赵小天, 毛红威等. 一种预冷组合发动机闭式氦循环系统及数字仿真建模方法. CN 118966069 B. 2025.11.07.

6. 王磊, 上官石, 毛红威等. 一种月球表面低温推进剂无损存储装置. CN 111924141 B. 2022.12.09.

科研项目

1. 大过载微通道液氢受迫沸腾动力学行为与传热特性研究.        国自然青年基金.                      2024-2026

2. 多孔材料***传热特性仿真研究.                                            KGJ稳定支持.                          2024-2026

3. 组合发动机预冷器外流场分布规律与发动机匹配特性研究.     航天液体动力全国重点实验室. 2022-2024

4. 中国博士后科学基金面上项目.                                             博士后基金.                             2023-2025

5. 预冷发动机***设计.                                                             KGJ小专项.                              2022-2024

6. 预冷发动机液氢***研究.                                                      KGJ小专项.                              2022-2024

7. 液氧自动加注功能验证原理样机.                                         某卫星发射中心.                       2023-2024

8. 三周期极小曲面胞元传热特性与结构优化研究.                     中央高校基本科研业务费.         2025-2027