扭转Alfvén波共振的数学描述

提出完备正交函数基(OFSE)展开方法,求解冕环中无耗散扭转Alfvén波.每个基函数对应冕环中每根磁力线的一个固有角频率ωn,当冕环足点驱动频率等于磁力线的固有频率时,Alfvén波将在这根磁力线处发生共振.采用OFSE方法求解了双足点驱动时冕环Alfvén波的时变演化问题,给出了时变解析解的新形式,其中包含共振项,从共振项可以发现,在共振角频率为ω的共振磁力线附近,在时间t为π/ω的整数倍时,出现δ型间断;在t为π/(2ω)的奇数倍时,出现1/x间断.共振磁力线振幅随时间线性增加,增加的斜率正比于Alfvén波速,反比于冕环长度,与驱动频率无关.     

冕环中扭转Alfvén波和快波的耦合共振

推广完备正交函数系(OFSE)展开方法,应用它研究冕环中无耗散扭转Alfven波和快波耦合的时变过程.采用这种方法,从数学上描述了总体波模的固有角频率,从理论和数值计算结果两方面分析了Alfven波和快波耦合时冕环中磁力线Alfven波固有角频率.采用这种方法,分析了耦合驱动项和Alfven波共振的关系.计算结果给出了耦合共振出现位置Alfven波和快波的波幅特征,发现如果足点驱动角频率不等于冕环总体波模的固有角频率,在耦合共振位置当扭转Alfven波幅出现δ断面时,快波振幅沿径向梯度很大,有时近似为一个间断,非常有利于快波耗散;如果足点驱动角频率等于总有体波模的固有角频率,Alfvn波振幅出现δ断面时在径向出现丰富的小尺度结构,共振位置近似为一个间断,非常有利于Alfven波耗散.     

冕环中扭转Alfvén波和快波的耦合共振

推广完备正交函数系(OFSE)展开方法,应用它研究冕环中无耗散扭转Alfvén波和快波耦合的时变过程.采用这种方法,从数学上描述了总体波模的固有角频率,从理论和数值计算结果两方面分析了Alfvén波和快波耦合时冕环中磁力线Alfvén波固有角频率.采用这种方法,分析了耦合驱动项和Alfvén波共振的关系.计算结果给出了耦合共振出现位置Alfvén波和快波的波幅特征,发现如果足点驱动角频率不等于冕环总体波模的固有角频率,在耦合共振位置当扭转Alfvén波幅出现δ断面时,快波振幅沿径向梯度很大,有时近似为一个间断,非常有利于快波耗散;如果足点驱动角频率等于总体波模的固有角频率,Alfvén波振幅出现δ断面时在径向出现丰富的小尺度结构,共振位置近似为一个间断,非常有利于Alfvén波耗散.     

基于遗传编程的航天器有限推力逼近轨迹规划

通过引入基函数的概念,提出了采用遗传编程求解有限推力航天器逼近非合作目标最终逼近段轨迹规划问题的方法。该方法将推力器开关状态定义为基函数,以多个基函数分别乘以开关状态持续时间再求和作为推力器开关的历程函数;将历程函数转换为遗传编程的树型结构,将消耗燃料的质量作为适应度函数,并将规避障碍物和终端逼近精度等约束条件以罚函数的形式添加到适应度函数中;利用遗传编程的模拟自然进化理论的全局寻优机制求解,最终得到最优逼近轨迹方案。某航天器在有限推力下逼近非合作目标的轨迹规划结果表明:整个逼近过程推力器仅开关5次,大大降低了对开关频率的要求,同时,规划结果比采用高斯伪谱法时逼近时间降低了30.09%,燃料消耗降低了4.18%。      

柴油机喷油系统压力波时频特性研究

在柴油机喷油系统压力波的研究中,采用Wigner-Ville分布算法,对液-汽两相流条件下的柴油机喷油系统压力波的时频特性进行了分析,并与采用小波函数分析得到的结果进行了对比.研究结果表明,采用Wigner-Ville分布算法进行分析时,可以更好地显示出液-汽两相流条件下的柴油机喷油系统中压力波在时间和频率范围内的能量密度,能更清晰地反映出这种非稳态信号频率随时间变化的关系.当喷油系统存在长时间存活汽泡时,压力波的能量密度主要集中在主波上,除了低频率的能量外,还包着相当一部分较高频率的能量.而压力波次波则没有高频能量的出现.当喷油系统存在短时间存活汽泡时,其压力主波对应的频率较低,但能量密度比较大,而其压力次波具有一定量的高频率能量.      

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。      

腔体闭式流动控制的实验和数值模拟

利用数值模拟和风洞实验相结合的方法,研究了闭式流动腔体的流动特征及其设置圆柱控制杆后腔体内声压级(SPL, Sound Pressure Level)和压力分布的变化.数值模拟求解三维N-S方程,采用AUSM+计算格式,湍流模型采用Wilcox k-ω模型.实验在0.6 m×0.6 m超音速风洞中进行,在腔体底部布置了40个常规静压测量点和15个动态测压点.研究表明,在外流为超音速流时,闭式流动的腔体底部压力变化梯度较大,腔体底部和后缘的测压点的SPL值和频率关系曲线中没有明显的SPL峰值.实施控制后,腔体底部的压力变化梯度减缓,在腔体后缘分离区内的测压点SPL值降低,而前缘分离区内的测压点SPL值增加.      

磁层压缩ULF湍流对电子的加速

在准线性理论下,磁层压缩 ULF(超低频)湍流可以通过“渡越时间加速”机制使电子增加能量．典型的压缩 ULF 湍流的频率为2—15mHz,被加速的源电子为同步轨道附近的背景电子(E＜30keV)和亚暴注入电子(30—300 keV)．当发生波粒共振时,低能电子数减少,而高能尾部分的相对论(E≥1 MeV)电子数增加,这说明电子得到了压缩湍流的有效加速,且亚暴注入的电子数越多,其加速产生的相对论电子数也越多．在亚暴注入率ε=0.5的情况下,这种加速机制只要约12h 就可以造成同步轨道附近相对论电子数量的显著增加．     

月地转移轨道快速设计方法

月地转移轨道设计一般分为初步轨道设计和精确轨道设计.其中,初步轨道设计的准确性是确保后续精确轨道设计收敛的关键.提出了一种基于Lambert算法的月地转移轨道快速设计方法.以出月球影响球的时刻、位置和速度为中间变量,将轨道分为地心段和月心段分别进行计算.将探测器飞出月球影响球至指定再入点的地心段轨道简化为一个Lambert问题进行求解,提出了通过牛顿迭代法求解月地转移轨道Lambert问题的方法,避免了Lambert问题求解时大量的超几何函数和级数计算,提高了计算效率.在月心段轨道的快速计算中,提出了根据探测器出影响球速度矢量、月球停泊轨道倾角和近月点高度计算月心双曲线轨道根数的新方法.通过迭代计算,使得两段轨道在月球影响球处的位置和速度连续,从而获得一条完整的满足两端约束的双二体月地转移轨道.该方法计算速度快,精度相对较高.计算结果可以作为后续精确轨道设计的初值.      

冕洞网络的大气模型

本文采用非径向磁流管位形的假设,计算了太阳冕洞网络部分的色球-日冕过渡区的能量平衡模型。所考虑的能量流包括辐射、传导、对流和机械波加热（如阿尔芬波）,计算结果表明在冕洞网络部分的过渡区中,电子温度T和密度N分别比宁静太阳中的值低60%和2倍,而其过渡区的厚度比宁静太阳中的大4倍。这种大气模型可满意地解释T≥105K范围的远紫外观测发射量度的分布。另外我们也发现在冕洞大气的过渡区中,阿尔芬波加热似乎不能忽略,尤其是在冕洞的过渡区底部,它的加热作用可能会超过热传导。在冕洞大气中,由于波动量的淀积而产生的对流能损耗也是重要的,在过渡区底部650km以上,对流能损耗逐渐超过辐射损耗。      

多层太阳大气模式中Alfven波的传播

将实际的太阳大气划分为多个等温层次，导出了均匀倾斜磁场下线性Alfven波通过任意多等温层的能量透射率，结果表明，两等温层模式与三等温层模式的结果存在本质的区别。在两等温层中，温度的跃变式增高对Alfven波起着高通滤波的作用，而三等温层中在高频端Alfven波的透射率显示为振荡形态，对实际大气温度模式的计算结果表明，太阳低层大气更适合于周期为数秒的Alfven波的能量传输。     

太阳米波噪暴：哨声模式

本文以日冕活动区磁结构演化为噪暴现象的驱动力,并假定日冕活动区在磁学上是不均匀的——存在强磁场纤维,提出了太阳米波噪暴的哨声模式.活动区磁结构的演化将在冕弧中产生弱激波.当弱激波通过强磁场纤维时,加热部分电子,被加热的电子在强磁场纤维中形成损失锥分布.在日冕的噪暴区域中,快速电子的损失锥分布将产生高亮度的哨声波和朗缪尔波.通过感应散射,朗缪尔波滑向低波区域时将与哨声波发生强烈的互作用而产生窄束电磁辐射(Ⅰ型爆发).强磁场纤维及相应的场位形决定了Ⅰ型爆发的频宽和持续时间.而噪暴连续谱则采用通常认为的各同向电子产生的朗缪尔波与低频波耦合的产物.     

有限β等离子体中密度和磁场不均匀驱动的动理学Alfven波

在分析有限β等离子体中的密度、磁场不均匀引起的漂移波不稳定性的基础上，剖析了漂移波不稳定性对动理学Alfven波激发的作用．动理学理论能正确地处理有限拉莫半径效应和波粒共振相互作用，本文根据带电粒子在电磁场中的运动特性，采用Vlasov方程描述离子运动，运用漂移动理学方程对电子运动进行描述．密度不均匀和磁场不均匀对产生漂移不稳定性的对比分析表明：在有限β等离子体中，密度不均匀比磁场不均匀更易激发漂移不稳定性，且密度不均匀激发漂移不稳定性中的能量转换和转移更为强烈．这种能量的转换为动理学Alfven波的激发提供了物理基础．所得数值解表明：动理学Alfven波在磁层中能广泛地被激发产生，特别是在磁层空间的极尖区、磁层顶和等离子体片边界层等具有明显的不均匀性区域中更容易被激发产生．本文的研究结果进一步表明动理学Alfven波对磁层空间中能量传输具有重要作用．     

Contraction of magnetized gas to the central gravitator and the production of magnetically accelerated jets

A magnetodynamic model proposed and worked on by Uchida and collaborators for the star formation jets (bipolar flows), by taking a genetic point of view into account, is reviewed. A large scale magnetic field, which is week in the primordial gas but intensified in the gravitational contraction of the gas, assists the continuous accretion of the gas to the central gravitator by extracting angular momentum from the rotating disk, and this process creates a large amplitude torsional Alfven wave that swirls up the gas into the direction of the axis. This torsional Alfven wave, as it propagates, pinches the large scale field into a slender strong field structure which we identify with the collimated jet. The rationale for extending this mechanism to the AGN jet cases is given, and some results of application to the AGN jet case are presented, with interpretation of some characteristic features like the wiggling of the jets, extended radio lobes and the hotspots at the end of the jets.     

冕洞中的温度分布与阿尔芬涨落能流

基于两个假设即冕洞中的阿尔芬涨落无阻尼传播和日冕温度范围为9×103K—2.5×106K, 首先导出了快发散流管中阿尔芬涨落无阻尼传播特征;然后利用Munro-Jackson观测结果, 通过数值计算, 确定了可接受的冕洞温度分布;同时确定了冕洞中可能存在的冕底阿尔芬涨落能流为5×105—1×106ergs cm-2sec-1。分析表明, 这样大小的能流对加速冕洞等离子体成为高速风流是有效的和足够的。      

Alfvén波在任意流场、磁场位形中的传播

本文研究具有任意偏振和非单色的Alfvén波, 在任意流场、磁场位形且有粘、热各向异性等离子体流介质中的传播.采用WKB近似可以获得它的波幅矢量的张量表达式, 它是介质密度、速度、磁场、Alfvén波速、热各向异性和粘性的函数.文中对简单情形进行了讨论, 结果表明:本文结果是对普遍情形的一种简明的综合和概括, 便于研究三维传播问题.      

日冕扰动传播的数值模拟(Ⅲ)太阳风的影响

本文数值研究了二维磁流体动力学平衡基态下开场区日面冷物质径向喷射所引起的日冕动力学响应。结果表明:(1)在高密度环前方有一弱扰动区近似以Alfvén速度向外传播;(2)高密度环前缘移动速度随着径向距离而增加, 其增加值近似为局地太阳风速度;(3)高密度环中等离子体的最大径向速度约在4个太阳半径处趋于局地逃逸速度;(4)对于强开放场, 环形结构在θ方向上没有明显的扩张。这些结果可以更好地解释伴随有日珥的日冕物质抛射事件。      

The radiation impedance of electrodynamic tethers in a polar Jovian orbit

Juno, the second mission in the NASA New Frontiers Program, will both be a polar Jovian orbiter, and use solar arrays for power, moving away from previous use of radioisotope power systems (RPSs) in spite of the weak solar light reaching Jupiter. The power generation at Jupiter is critical, and a conductive tether could be an alternative source of power. A current-carrying tether orbiting in a magnetized ionosphere/plasmasphere will radiate waves. A magnitude of interest for both power generation and signal emission is the wave impedance. Jupiter has the strongest magnetic field in the Solar Planetary System and its plasma density is low everywhere. This leads to an electron plasma frequency smaller than the electron cyclotron frequency, and a high Alfven velocity. Unlike the low Earth orbit (LEO) case, the electron skin depth and the characteristic size of plasma contactors affect the Alfven impedance.     

What can we learn about accelerated electrons in coronal loops from analysis of solar type IV radio bursts?

Specific type IV radio burst with fine structure – quasi-periodic broadband pulsations (BBPs) and zebra pattern (ZP), recorded by OSRA spectrograph (Potsdam) on October 25, 1994, is considered as a source of information about electrons accelerated during solar flare. The type IV bursts are generated in coronal trap-like structures (coronal loops) accumulating accelerated electrons. BBP are considered as a result of periodically repeated injections of fast electrons into the magnetic trap. The ZP is well understood as a result of plasma wave instability at the levels of double plasma resonance. Using the observed features of fine structure, we found the number of electrons and energy of electrons capable to provide the observed structure as well as the physical conditions in the coronal magnetic loop.