毫米波大气窗口在临近空间等离子体鞘套中的传播特性

针对飞行器再入和以高超声速在临近空间飞行时出现的通信黑障问题,依据RAM C提供的飞行试验数据建立等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体厚度及等离子体碰撞频率和等离子体电子密度等参数对毫米波大气窗口传输的反射和衰减特性.综合分析表明,可以采用大气窗口35 GHz所在的Ka波段作为临近空间主通信平台,辅以大气窗口0.22 THz所在的太赫兹波段天基中继平台,以期实现飞行器在临近空间飞行时的实时测控.     

等离子体鞘套对C波段通信信号传输影响的试验

飞行器在稠密大气层超音速飞行时,由于其周围形成等离子体鞘套对通信信号的屏蔽或能量大幅度衰减效应,可使飞行器与地面间通信产生中断.以等离子体鞘套对通信信号透射相位改变和能量吸收为基本出发点,以高温激波管试验装置产生的、生存时间为几百微秒量级的等离子体鞘套为研究对象,利用四进制相移键控（QPSK,Quaternary Phase Shift Keying）调制、载波频率为7.5GHz的信号生成与测量系统获取有无等离子体鞘套时信号相位特征、眼图特征、图像传输等的对比试验结果,利用矢量网络分析系统E8362B获取了有无等离子体鞘套时透射能量衰减对比试验结果.试验结果不仅进一步证明了等离子体鞘套对通信信号能量大幅度衰减将不同程度影响飞行器与地面的正常通信;同时表明等离子体鞘套能够使QPSK信号相位特征产生改变,从而在信号解调解码后眼图特征产生严重畸变,通信系统误码率P_e 大大提高,最终导致接收端无法复现发送端发送的原始信息.     

不同入射角度下等离子鞘套中C波段电磁波传输特性

为解决临近空间通信黑障问题,研究了不同入射角对等离子体鞘套中C波段（4~8GHz）电磁波传输特性的影响,分别采用均匀等离子体模型与高斯分布非均匀等离子体模型,根据电磁波在分层介质面的反射和透射传播原理,对不同角度下C波段通信电磁波的传输性能进行计算和对比分析.结果表明,入射波频率的增加以及入射角的减小有利于降低C波段的衰减值,提高透射率,使通信电磁波更有效地穿透等离子体鞘套,为解决临近空间通信黑障问题提供了理论依据.      

有限外磁场中的空心圆柱等离子体波导

分析了外磁场中电磁波沿空心圆柱等离子体波导的传播特性.首先给出边界条件的矩阵方程,利用矩阵的有关性质导出了问题的特征方程,采用精确求解特征方程的数值法,分析了波导传播常数随等离子体厚度、电子密度、碰撞频率和外加磁场的变化规律.      

霍尔推力器仿真与优化

摘要： 针对霍尔推力器通道内的放电过程,建立一种基于COMSOL软件的仿真模型.该模型以等离子体内部电子和离子的漂移扩散为核心,结合电磁场、气体流动以及等离子体内部的碰撞反应,通过合理选取系统方程、边界条件以及求解器,有效估算霍尔推力器的性能参数以及各物理量在通道内的分布.将仿真结果与理论相比较,验证该模型用于霍尔推力器数值仿真的有效性并以此对推力器进行磁场优化设计.     

IEEE-1394异步传输机制建模及性能分析

高速数据总线技术是航空电子中的关键技术之一.IEEE-1394是一种串行高速数据总线,已经成功应用于航空电子中.其异步传输模式保证数据传输的可靠性,广泛用于命令、状态数据的传输.为解决IEEE-1394总线异步传输过程中的传输延时、吞吐量以及总线利用率等问题,基于确定与随机Petri网(DSPN,Deterministic and Stochastic Petri Nets),建立了IEEE-1394总线异步传输的节点模型,并基于模型仿真分析了其异步传输系统的性能.通过仿真研究得到了IEEE-1394异步传输系统吞吐量、平均等待时间等性能指标同数据包大小和数据到达速率的关系,并给出了IEEE-1394异步传输数据包到达速率极限的计算方法.     

航空发动机一维数值仿真

分析了航空发动机一维气动热力数值仿真模型,此模型能够用于航空发动机整机数值仿真.进行了整机性能数值仿真,求解过程考虑了粘性效应以及气体流动损失对于整机性能的影响;采用了具有TVD性质的高阶精度Godunov格式,此格式具有良好的数值稳定性和激波捕捉能力;应用了时间推进法,交替使用显/隐格式.计算了某型带加力的混排涡扇发动机的速度特性以及节流特性并且与设计数据进行了比较分析,数值仿真结果与设计数据比较吻合.分析了典型工作点的计算过程,模型收敛速度较快.     

高速太阳风条件下日侧磁层顶磁通量传输事件的全球磁流体力学模拟结果

利用全球磁流体力学模拟,研究了高速太阳风条件下日侧磁层顶的磁通量传输事件（FTE）发生率的空间分布.从模拟结果中得到了FTE信号,并且这些FTE信号的特征与观测结果基本一致.磁层顶上的10个取样点共观测到39个FTE信号.统计分析表明,越靠近翼侧则观测到的FTE信号越少.这一现象可能是磁鞘中太阳风速度分布差异导致的.      

星间网络可靠传输重传机制分析

针对星间网络特点和数据可靠传输要求,提出分段重传和端-端重传两种重传机制,重点对星间网络多跳传输场景下,单包和多包可靠传输在两种重传机制的性能表现和影响条件进行分析.分析和仿真结果表明,重传机制对单包传输影响不大,而分段重传机制更适合于多包传输,特别是在跳数、包数和丢包率较大时,能达到较高的传输效率.     

向阳面磁顶区可压缩涡旋诱发重联模拟研究:通量传输事件的形成和结构

本文用二维可压缩MHD模型,模拟研究了向阳面磁顶区的涡旋诱发重联过程。重联过程的结果形成了同心的磁流体涡旋。同时还对可压缩模型与不可压缩模型的异同点作了对比研究。结果表明,在同样条件下,可压缩情况的涡旋发展的增长率比不可压缩情况慢;结构特性无显著变化。本文指出,涡旋诱发重联是产生通量传输事件的一种重要机制。通量传输管可看作为磁流体涡旋管。对通量传输事件诸物理量(磁场、速度、密度、压力和温度)的分布特性作了模拟研究,可解释FTEs的主要观测特性。      

空间等离子体云的回旋同步辐射

CME在行星际空间传播时, 会导致强磁场、高密度等离子体云的出现. 回旋同步辐射是此类等离子体的一种主要的射电辐射机制, 且携带行星际磁场的重要信息. 本文重点探讨了光深τν ≤1时回旋同步辐射的发射、吸收及极化特性, 包括热电子、非热电子, 投掷角各向同性、投掷角各向异性等离子体云的回旋同步辐射过程的研究分析. 在此基础上, 推导了考虑折射指数情况下, 辐射强度、辐射亮温的表达式.      

外加正交电磁场等离子体中电磁波透射特性

在基于磁流体动力学和电磁波传播理论的基础上，针对航天飞行器再入过程中的黑障问题，提出了一种物理模型.利用数值分析方法，研究电磁窗周围的电子密度在不同的飞行器轴向距离下，随着飞行器法向距离增加呈现出的变化趋势；改变外加电场和磁场的交叉角度，分析不同角度下电磁窗周围电子密度的变化趋势；研究有外加正交电磁场的电子密度与无外加电磁场电子密度比值的变化趋势和电磁波衰减的变化趋势.结果表明:当外加正交电磁场时，接收天线周围的电子密度随飞行器法向距离的增加而不断减小，其与无外加电磁场时电子密度之比呈现不断下降的趋势；电磁波的衰减在不同飞行高度和外加磁场强度下，随着电磁波频率的增加而不断减小.这为减缓“黑障”问题提供了一种新的方法.      

VLF波从大气层到低电离层的传输特性分析

基于传播矩阵法计算了均匀半空间电离层的反透射系数, 同时解Booker复系数四次方程得到电离层的复折射指数, 分别研究了电离层反射透射系数及折射指数随VLF频段入射电波频率、入射角和地磁倾角、电离层电子浓度及碰撞频率的变化规律. 计算结果表明, 在VLF频段, 垂直电偶极子辐射的横磁(Traverse Magnetic)波更易透射进入电离层, 而水平电偶极子辐射的横电(Traverse Electric) 波易被限制在地-电离层波导内来回反射. 电离层电子密度较低时 (如夜间), 在高纬度地区, 观测到地震电离层VLF异常的概率更大. 当考虑地磁场 的影响时, 电离层将允许地震辐射的超低频(Ultra Low Frequency ,ULF)/甚低频 (Very Low Frequency, VLF)部分的电磁波透射进入电离层, 这一点已有很多卫星观测事实为证, 但其进一步的物理机制尚需深入研究.      

再入航天器表面亚波长等离子体薄层对微波信号影响效应研究

为了建立电磁波在亚波长等离子体薄层中传播的物理数学模型,并针对通信频段的电磁波,研究电磁波在再入航天器表面等离子体薄层中的透射问题,相关研究成果可为再入航天器通信“黑障”现象研究提供理论基础。模型从麦克斯韦方程组出发,采用微分薄层法进行数值求解,获得了不同等离子体密度条件下亚波长等离子体中目标电磁波的透射特性及传播规律,揭示了截止反射效应和碰撞吸收效应在其中发挥的作用。本研究对于深入了解亚波长碰撞等离子体薄层中电磁波的传播过程具有意义。     

基于勒让德正交多项式法的反射/透射特性研究

为研究薄层材料力学性能的声学检测方法，基于勒让德正交多项式法，利用液/固边界条件与波动控制方程，构建线性无关方程组并求解了界面处的反射/透射系数。分析截止项阶数对求解结果的影响，寻找不同频厚积下截止项阶数的临界值，并根据该临界值求解反射/透射系数的角度谱与频谱，与传递矩阵法进行了比较，以此验证了该理论模型的准确性。超声波斜入射薄层材料板并形成Lamb波，其达到稳态时的频散特性与反射特性存在内在联系，根据Snell定律并运用勒让德正交多项式法求解频率-相速度-反射系数三维曲面，与Disperse得到的频散曲线仿真结果进行比较，证明该理论模型对反射系数的求解结果符合Lamb波频散特性。通过采集无试样时的参考信号，降低了声波传播过程中衰减对实验结果的影响。搭建了反射与透射实验系统，对不同入射角度下反射与透射系数的频谱进行了测量并与相应的理论结果进行了对比，验证了该理论所得结果的准确性。实现了声反射/透射系数的非勘根求解，为薄层材料力学性能的无损检测提供了理论基础与实验指导。      

空间飞行体与压缩区内等离子体非稳态相互作用的数值模拟

在压缩区内，飞行体天线辐射出的高频调制场影响着等离子体中的电荷分布，而电荷分布的扰动又反过来影响场量，采用FTCS有限差分格式方法，利用二维三分量轴对称，对空间飞行体与压缩区内等离子体非稳态相互作用过程进行数值模拟，得到了电荷密度扰动与电场的变化情况，计算结果表明，这种非线性相互作用可以引起场的塌缩并出现密度空洞，通过对密度空洞变化的探测，可对隐身飞行体进行跟踪。     

Kinetic theory of the current sheath. II. Effect of polarization on the stability of a current sheath

A procedure for investigating the stability of a current sheath, taking into account the effect of plasma polarization, is offered. The kinetic equation with a self-consistent electromagnetic field for perturbation of the distribution function is solved. On the basis of this solution, the tensor of dielectric permeability for a non-electroneutral current sheath plasma is calculated, and the dispersion equation for the study of possible instability modes of this current sheath is obtained. The instability of the current sheath of the magnetospheric tail with respect to tearing perturbations, and the influence of the effect of plasma polarization on the development of tearing instability, are investigated.     

Solitary and periodic waves in magneto–rotating plasmas: Effect of the Kappa–Cairns distributed electrons

The nonlinear propagation of ion–acoustic (IA) waves in a magneto–rotating plasma is studied by considering the Kappa-Cairns electron distribution. Employing the perturbation scheme, Korteweg–de Vries equation is derived. It is seen that both positive and negative potential solitons can be supported in the present plasma model. The numerical results reveal that the Kappa-Cairns distributed electrons modify features of the electrostatic waves significantly. The effects of non–thermal parameters, plasma rotation frequency, ion temperature, and the wave propagation angle on electrostatic solitary wave structures are also discussed here. It is found that the plasma parameters considerably influence the propagation of IA waves in rotating plasmas. Furthermore, using the bifurcation theory of planar dynamical systems to the K-dV equation, we have presented the existence of solitary and periodic traveling waves. Our study may be helpful to understand the behavior of ion–acoustic wave in the rotating plasma.