等离子体彗尾动力学的数值研究

本文基于可压缩磁流体动力学模型,数值研究了尾瓣巾具有超Alfven速流动的等离子体彗尾的动力学特征。结果表明,等离子体片和尾瓣之间的剪切等离子体流动将会激发流动撕裂模不稳定性,引起彗尾等离子体片中发生磁场重联,形成磁岛和高密度的等离子体团。进而模拟了太阳风引起的局部驱动力对等离子体彗尾中磁场重联的影响,其特征时间远大于流动撕裂模。我们认为一些观测到的等离子体彗尾中的四块和彗尾截断事件可能主要与彗尾中剪切等离子体流动所引起的流动撕裂模不稳定性有关。      

等离子体彗尾流线断裂现象的讨论

等离子体Ⅰ型彗尾流线的断裂,已多次被人们见到.本文用MHD的理论,讨论和分析了这种现象,认为这是一种空间等离子体扰动所产生的结果.本文作了定性的分析,及定量的计算,比较满意地解释了这种彗尾中的观测现象.      

超声速磁流体管道流动的数值模拟

应用可同时适用于描述磁流体MHD (MagnetoHydroDynamic)强化超燃冲压发动机磁流体发电器与磁流体加速器的,包含磁流体N-S(Navier-Stokes)方程与磁感应方程的可压缩磁流体方程组对超声速磁流体管道流动进行了数值模拟研究,以验证本项工作所提出的对2组方程进行交替迭代的分裂式算法.给出了算例的计算结果,并与无磁场及恒磁场下相同管道的流动计算结果进行了对比分析.     

月面起飞快速交会远程导引制导律设计

针对月面起飞后的快速交会远程导引任务,设计一种基于高斯摄动方程的双脉冲制导策略.首先推导了轨道修正的控制方程,然后结合远程导引的时间约束方程推导出了双脉冲制导的非线性方程组.为了获得速度增量最小解,设计规划变量,将非线性方程组的求解问题转化为非线性规划问题,并通过序列二次规划算法对最优解进行求解.为了提高制导精度,采用迭代修正的方法对制导过程进行优化.最后,通过数据仿真,对基于高斯摄动方程的双脉冲制导策略的正确性进行校验,并与Lambert直接转移策略进行了比对.仿真结果表明,相比于Lambert直接转移制导策略,基于高斯摄动方程的双脉冲制导策略可以有效地完成快速交会远程导引任务,制导精度和燃料消耗得到了改善.     

磁层顶剪切磁流体非线性性态的谱截断法研究Ⅰ.流场扰动对磁场的作用

本文用谱截断方法研究了磁层顶剪切磁流体的非线性性态。结果表明:流场扰动会使系统出现剪切不稳定(K-H不稳定)性;系统具有对初值的敏感性,这是导致湍动而使磁层顶动力学性态难以预测的根本原因;流场粘性及流场与磁场的相互作用使能量与动量在流场与磁场中转化和传输;外界能流通过粘性与耦合作用可周而复始地在系统中传递。      

平面磁流体波穿透圆柱面分层赤道电离层和大气层的理论

给出了平面磁流体快波穿透圆柱面分层模型的赤道电离层和大气层的理论．平面磁流体快波被分解成柱面波,柱面波在圆柱分层介质中的传播被化为一个两点边值问题,给出了所需统治方程和边界条件．     

一种修正表面温度计误差的分度方法

介绍了一种修正表面温度计误差的分度方法，该方法包括模拟现场工况的分度以及用二次非线性回归方法回归出误差修正公式两部分内容，叙述了二次非线性回归的理论推导过程，并通过实例对该方法进行了验证。     

压电复合材料壁板颤振的控制

针对考虑热效应的壁板颤振问题,利用von Karman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了埋入压电材料的复合材料板颤振的气动弹性力学模型,使用Bogner-Fox-Schmit单元推导出壁板颤振的非线性有限元方程.将该动力学方程转换到状态空间模型,给出了基于这个非线性模型的最优控制.应用Runge-Kutta方法在时域内对一个四边简支的含压电材料的复合材料壁板颤振的控制进行了仿真,数值结果证明了该方法的有效性.     

从闭合式格林函数推导微带表面波本征值方程

从闭合式格林函数推导出微带介质结构的表面波本征值方程,给出了一种新的表面波本征值方程的推导方法。在闭合式格林函数中,通过推导出平面介质结构的表面波本征值方程,可以方便的从中提取出表面波的贡献,从而使其用Prony’s方法或GPOF方法近似时,可使曲线更平滑。     

太阳风与彗尾等离子体相互作用引起不稳定的一种讨论

本文讨论了在无力场情形下,太阳风与彗尾等离子体相互作用的二流不稳定问题。应用International Cometary Explorer(ICE)飞行器对彗星Giacobini-Zinner的探测数据,采用合理的等离子分布形式,得出的结论是在彗星内部存在着这种二流不稳定现象。      

重力波波包在剪切风场中的非线性传播

采用二维全隐欧拉格式,对具有高斯分布的重力波波包在剪切风场中的非线性传播过程进行数据模拟和分析,数值分析结果表明,在没有出现临界层的情况下,尽管存在非线性效应,在整个传播过程中,波动的等相面向下运动,波包和波相关能量仍然能够自由地向上传输。波相关扰动速度随高度增加而增加,并且垂直波长随高度增加而减小。     

Alfvén脉动的控制方程

本文由磁流体力学方程组导出了行星际空间中不可压缩小尺度脉动的控制方程组。对这一组方程的讨论表明,在小振幅极限下,脉动幅度的径向变化可由通常文献中引用的Alfvén波在缓变磁流体介质中传播的WKB解来描述。当脉动幅度与平均磁场强度之比为有限值时,在一般情况下,控制方程中的非线性项不能略去,因而不能用WKB解来描述有限振幅脉动幅度的径向变化。这一结论可以解释为什么在0.3—0.9AU实测Alfvén脉动振幅和谱的变化与WKB解不一致。在这组控制方程的基础上提出了一个定性的模式。将Alfvén脉动看作主要由许多具有不同波矢k的向外传播的有限振幅的Alfvén模式组成。它们在传播过程中将产生一级小量的波动。零级量与一级量的非线性相互作用使波能向高频区串级。零级量波动振幅的变化不仅受到太阳风慢变化的影响,而且受到这一非线性相互作用的影响。这一模式可以定性解释主要的Alfvén脉动的观测事实。      

离子声波的Burgers-KdV方程

约化扰动法将非线性系统,化为单个的简单非线性方程被广泛地应用。它对耗散系统和色散系统都是很有效的,但是对于实际问题中既包含耗散又包含色散效应的非线性系统,直接应用这种方法遇到困难。本文研究了非不变的远方场情况,推广应用这种方法于等离子体离子声波扰动,推导出Burgers～KdV方程。并讨论了它的解。      

Excitation of electrostatic plasma waves by a moving charged source in a quantum plasma

Within a quantum hydrodynamic model and using the reductive perturbation technique, the nonlinear ion-acoustic wave (IAW) excitations due to a moving charged object in an electron-pair-ion quantum plasma are studied both analytically and numerically. In such quantum plasmas we have derived forced Korteweg-de Vries (fKdV) type equation for finite amplitude nonlinear IAWs. The effect of relevant plasma parameters on solitonic excitations is investigated. Numerical simulation shows the generation of advancing solitons ahead of the forcing term traveling at a faster rate with trailing wakes behind the forcing disturbance. It is found that propagation characteristics of nonlinear excitations are significantly affected by quantum parameter. Additionally, we have pursued our analysis by extending it to account for arbitrary amplitude IA solitons, and derived a system of nonlinear differential equations which are analyzed numerically to study the dynamics. Nonlinear analysis predicts the existence of periodic and quasiperiodic nature of the nonlinear system and reveals that the transition from quasiperiodic to periodic behavior occurs due to the variation of quantum diffraction.     

折叠式桁架机构展收运动动力学建模和分析

针对一类折叠式桁架结构系统 ,导出了其展收运动动力学模型 ,提供了求解相应的非线性微分———代数方程组的方法。桁架系统展收运动仿真算例表明 ,由于所建立的动力学模型规模较小 ,所提供的求解方法不需迭代 ,因而数字仿真所需的计算时间很少 ,并可避免采用通用的商用动力学仿真软件出现的求解困难     

重力波波包在三维非等温大气和水平风场中非线性传播的数值研究

采用全隐欧拉格式（FICE）对重力波波包在三维非等温大气、均匀和剪切风场中的非线性传播进行了数值模拟，给出了重力波波包三维非线性传播的全过程，分析了重力波的传播特性及背景温度场、风场对重力波传播的影响。结果表明：波包扰动速度振幅的增长比在WKB条件下振幅的增长要慢；波包非线性传播的路径、能量传输速度不同于WKB近似下的结果，非线性效应导致了重力波的传播特性的改变；温度场的非均匀性会改变重力波传播的路径和速度；剪切风场使扰动速度振幅的增加变得缓慢，使垂直波长减小。     

Small amplitude ion acoustic solitons in a weakly magnetized plasma with anisotropic ion pressure and kappa distributed electrons

The Zakharov–Kuznetzov (ZK) equation is derived for nonlinear electrostatic waves in a weakly magnetized plasma in the presence of anisotropic ion pressure and superthermal electrons. The anisotropic ion pressure is defined using Chew–Goldberger–Low (CGL) while a generalized Lorentzian (kappa) distribution is assumed for the non-thermal electrons. The standard reductive perturbation method (RPM) is employed to derive the two dimensional ZK equation for the dynamics of obliquely propagating low frequency ion acoustic wave. The influence of spectral index (kappa) of non-thermal electron on the soliton is discussed in the presence of anisotropic ion pressure in plasmas. It is found that ion pressure anisotropy and superthermality of electrons affect both the width and amplitude of the solitary waves. On the other hand the magnetic field is found to alter the dispersive property of the plasma only, and hence the width of the solitons is affected while the amplitude of the solitary waves is independent of external magnetic field. The numerical results are also presented for illustrations.     

Ion-acoustic waves in unmagnetized collisionless weakly relativistic plasma of warm-ion and isothermal-electron using time-fractional KdV equation

Collisionless unmagnetized plasma consisting of a mixture of warm ion-fluid and isothermal-electron is considered, assuming that the ion flow velocity has a weak relativistic effect. The reductive perturbation method has been employed to derive the Korteweg–de Vries (KdV) equation for small – but finite-amplitude electrostatic ion-acoustic waves in this plasma. The semi-inverse method and Agrawal’s method lead to the Euler–Lagrange equation that leads to the time fractional KdV equation. The variational-iteration method given by He is used to solve the derived time fractional KdV equation. The calculations show that the fractional order may play the same rule of higher order dissipation in KdV equation to modulate the soliton wave amplitude in the plasma system. The results of the present investigation may be applicable to some plasma environments, such as space-plasmas, laser-plasma interaction, plasma sheet boundary layer of the earth’s magnetosphere, solar atmosphere and interplanetary space.     

Bifurcation analysis of ion-acoustic waves for Schrödinger equation in nonextensive Solar wind plasma

Bifurcation analysis of ion-acoustic wave (IAWs) solutions of the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) is explored for the first time in an electron-ion (e-i) magnetized solar wind plasma. The existence of ion-acoustic (IA) periodic, superperiodic, kink, antikink, compressive and rarefactive solitary wave solutions are revealed. Special values of Solar wind plasma parameters at a normalized distance from the Sun are considered for numerical simulation. The IA wave solutions are derived analytically. These solutions are analyzed numerically considering the influence of parameters, namely, wave number (k), velocity (V) of traveling wave and nonextensive parameter (q). Computational simulation reveals that only IA periodic wave grows in amplitude as waves moves from the Sun.