Electric currents from thunderstorms to the ionosphere during a solar cycle: Quasi-static modeling of the coupling mechanism

Conduction and displacement currents, and their sum the Maxwell current, generated over a thunderstorm (TS) with recurrent lightning discharges are investigated theoretically. The aim is to study better the influence of different factors on these currents, which form the link between thunderstorms and the ionosphere in the global atmospheric electrical circuit. The factors studied concern the thunderstorm characteristics (the charge separation current, and the lightning discharge parameters), as well as the atmospheric and cloud conductivity. Some of these factors may show long-term changes with the 11-year solar cycle, possibly realized through an inverse dependence of the cosmic ray flux on solar activity. Earlier investigations have suggested that the lightning-related charge redistribution and subsequent relaxation, rather than the high intensity current, is mainly the source of the energy coupled to the ionosphere. With respect to this, a quasi-electrostatic analytical model is proposed, based on Maxwell’s equations. The currents are generated by a TS modeled as a positive vertical dipole with charges which are first accumulated and then destroyed by lightning. Our computations show that the mean and peak values of the conduction and total Maxwell currents to the ionosphere depend significantly on the charge moment change. The mean currents are also sensitive to the reduction of the conductivity in thunderclouds. Small variations of the stratospheric conductivity (20% at geomagnetic latitude 40° and 40–50% at 55°) with the solar activity do not influence the currents to the ionosphere very much.     

UML在航天器姿态与轨道控制应用软件需求建模中的应用

简要介绍了UML语言及其建模技术,描述了航天器姿态与轨道控制系统应用软件的组件构成与接口,并分析了组件间的依赖关系;针对航天器姿态与轨道控制应用软件的需求,对其功能需求和非功能需求进行分析研究;建立的软件需求模型实例体现了UML建模技术的特点和优势。     

基于知识集成模型的产品快速设计

为提升现有CAD(Computer-Aided Design)系统对设计知识的重用能力,提出 了设计知识的分层描述和集成建模方案,并给出了具体实施方法.将设计知识划分到构型层 、设计层和造型层3个抽象层次,基于UG(Unigraphics)平台的知识熔接语言(KFL,Knowl edge Fusion Language)和Open++实现了各层设计知识的描述与集成.构建了知识集成模型 的创建和重用支撑系统框架.作为应用实例,在UG平台上开发了专用减速器快速设计系统.      

复杂外形下的无网格算法研究

研究了二维、三维复杂外形下的无网格算法。在一种布置点云方法的基础上,发展一种曲面拟合的重构方式构造流场物理量,并应用于AUSM+_up格式计算欧拉方程的数值通量;计算采用了隐式时间推进,并引入当地时间步长和残值光顺等加速收敛措施。通过对某三段翼型低速流动、M6机翼跨音速流动、某全机跨音速流动进行了数值模拟,表明本文发展的无网格算法能有效地模拟复杂外形的无粘绕流。     

二维复合目标电磁散射的仿真研究

为了对E极化波和H极化波入射情形下二维任意形状金属和两种不同电磁参数损耗介质复合目标的电磁散射进行仿真,建立了复合结构目标的电磁积分方程,采用矩量法(MoM)和共轭梯度迭代法(CGM)求解此积分方程。依据所建数学模型编程对一种金属-蜂窝吸波介质复合结构翼面的雷达散射截面(RCS)进行了仿真分析。     

FMS的对象建模

进行FMS建模研究是研究FMS动态仿真软件的自动生成的前提.面向对象源于仿真,采用面向对象的建模方法,在FMS的分析、建模以及动态调度软件自动生成有着极大的优越性.本文首先研究了对象建模的方法,并以之为指导,建立了FMS的对象模型、功能模型和动态模型,为FMS动态仿真软件的自动生成打下了基础.     

谐振式光纤陀螺系统建模及其应用研究

谐振式光纤陀螺作为高精度角速度传感器,以其集成化高、成本低以及抗干扰性强等独有优势,逐渐成为下一代光学陀螺研究发展的热点。通过对谐振式光纤陀螺工作原理的分析,建立了陀螺数字信号处理系统可视化模型,并对系统谐振曲线和同步解调曲线等开环输出以及锁频反馈下闭环输出进行了模拟仿真。利用仿真模型分析了正弦波调制下谐振谱分裂现象,并搭建实验装置对其进行了验证。结果表明,实验中正弦信号调制频率高于系统谐振输出半高全宽一半,即对应2 MHz时,谐振谱分裂会导致同步解调输出线性区域出现明显失真,严重恶化了标度因数线性度。因此,搭建的谐振式光纤陀螺仿真模型能够准确而有效地模拟系统的工作状态,在系统噪声抑制和精度提升方面具有指导性意义。     

舱段结构热振耦合环境下仿真分析

针对武器装备对环境适应性要求不断提高的现状,以某舱段结构为研究对象,基于高加速应力筛选试验(HASS)条件,研究了结构在温变-振动耦合环境下的失效机理。首先,结合HASS试验剖面,确定了载荷条件,建立有限元模型;其次,采用ANSYS Workbench软件分析得到结构温度场分布及应力响应,确定了结构危险位置,并对其疲劳寿命进行计算分析,为舱段结构的失效分析及HASS试验剖面的合理制定提供依据和指导。     

基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法

为实现飞行器分离任务可靠性的定量分析和高效精确评估,研究了高超声速飞行器分离任务过程中各种不确定性因素对分离可靠性的影响,提出一种基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法。面向高超声速飞行器分离任务需求,建立分离动力学仿真模型,综合考虑分离过程不确定性因素的影响,利用灵敏度分析方法识别主要不确定性因素,构建分离可靠性模型。针对此模型,提出一种改进主动学习Kriging(IAK)的分离可靠性分析方法,通过新的采样策略选取失效概率更大的采样点作为新增训练点,进行高效可靠性分析。实例结果表明,该方法能够准确描述不确定性因素对分离过程的影响,提升分离可靠性定量分析的精度和效率,为飞行器分离方案的精细化设计提供支撑。     

谱估计理论在弹道数据参数化建模中的应用

针对高超声速飞行器防御作战中目标运动规律的描述问题,提出一种基于经典和现代谱估计理论的弹道数据参数化分析和建模方法。该方法将弹道数据视作非平稳随机信号,研究其变化规律：首先,通过线性消势法消除信号的线性趋势,将其转变为平稳信号,以便于进行谱估计;然后,采用Welch算法给出大致的谱图,结合该谱图和改进的协方差法确定自回归参数模型的阶数,以避免模型阶数选择准则引起的不确定性问题;最终,给出弹道数据的参数化模型。仿真结果表明,使用本文算法建立的弹道数据参数化模型与动力学模型具有较高的一 致性。