论赤道扩展F的密度不规则体(Ⅱ)

本文对等离子体中的电子和离子分别采用流体和动力论描述, 导出适于描述夜间赤道F层现象的若干非线性模型。由此证明赤道扩展F小尺度区域可存在大量偶极涡、孤子和孤子链等类型的密度不规则体。      

赤道电离层F区底部准正弦型不均匀体引起闪烁的数值模拟

本文采用多重相屏模型, 考虑不均匀体特征尺度随高度的变化, 模拟了赤道电离层F区底部准正弦型(BSS)不均匀体引起的闪烁。模拟计算结果表明:BSS不均匀体的特征尺度随高度变化可以导致闪烁谱和不均匀体谱之间谱指数的显著差异。      

IRI-2007对扩展F的预测与观测比较研究

通过对赤道地区两台站的扩展F 实际观测值与IRI-2007 模型预测值的比较, 研究了该模型预测结果的地域局限性和预测的准确度. 该模型建立在美洲扇区赤道附近台站资料基础上, 本文选取非洲扇区大体同纬度两个台站资料进行对比研究. 统计结果表明, 无论在发生概率日均值的年变化趋势上, 还是在扩展F 发生率年均值随地方时变化以及随太阳活动的统计中, 都存在着明显的差异; 而对非洲两站实测值的分析和IRI-2007 模型对南美巴西地区的预测又分别与当前已有的研究结果相符. 分析结果表明, (1) 建立在巴西台站数据基础上的IRI-2007 模型的统计建模极具参考价值; (2) 赤道和低纬度电离层扩展F 现象有强烈的经度效应, 在该模型建模方法基础上, 结合不同扇区实际资料的统计, 能改进该模型全球应用的普适性; (3) IRI-2007模型能正确反映巴西地区扩展F 的发生概率, 用该模型和其他扇区不同条件下的实测值对比, 提供了一个细致研究扩展F经度效应的基础, 有利于确认导致扩展F发生的基本条件和多种影响因素的具体作用.      

大气重力波与电子密度扰动的耦合

本文从相互耦合的大气流体方程和双流体等离子体方程出发, 导出了赤道F区大气重力波和电子密度扰动的耦合色散关系, 据此对两者的共振相互作用作了进一步的理论分析。结果表明, 大气重力波可以通过共振耦合将部分能量转换给带电粒子, 为赤道扩展F提供初始电子密度扰动;在这过程中, 等离子体不稳定性对共振条件和共振耦合有着重要的影响。      

夏季强对流活动对东亚低纬电离层不规则体影响的事件分析

利用海南台站和东南亚地区的多种地基和天基观测手段,对2014年7月28日夜间观测到的东亚低纬F区不规则体事件的时空变化及其物理过程进行分析。结果表明,海南台站观测到了罕见的长时间持续的F区电离层不规则体,不同手段观测到的电离层不规则体存在明显的形态差异。不同台站观测到的电离层不规则体活动存在明显的差异。海南台站经度区南北异常峰附近的TEC起伏活动在日落后至午夜附近明显增强,在午夜后明显减弱。C/NOFS卫星轨迹午夜后逐渐接近于磁赤道,且处于较低高度上,几乎总会观测到弱等离子体扰动/泡的发生,与该区域地基观测的弱电离层不规则体活动存在明显的联系。SWARM卫星在黎明海南台站附近经度区仍观测到较强的赤道异常双峰结构,且西侧异常峰区附近仍存在明显的等离子体密度耗空/泡结构。海南台站西侧磁赤道区附近（中南半岛）强对流活动（MCC）激发的重力波种子扰动对东亚低纬区等离子体泡及准周期结构的产生发挥了重要作用。      

双离子成分下的赤道电离层R-T不稳定性

等离子体R-T(Rayleigh-Taylor)不稳定性被认为是赤道夜间F区电离层产生不规则体的主要机制, 经典理论中只考虑了氧离子一种正离子成分, 等离子体R-T不稳定性的表达式与氧离子质量和密度无关. 事实上, 在有些情况下, 电离层F区往往不仅仅只有一种正离子存在. 本文利用连续性方程、动量方程和电流守恒方程, 采用微扰方法, 推导了双离子成分条件下, 赤道电离层R-T不稳定性线性增长率的表达式, 研究多种正离子成分对R-T不稳定性的影响. 结果表明, 双离子成分下线性增长率与两种正离子的数密度和质量都相关, 增长率的大小依赖于两种正离子成分所占的比例.      

赤道地区和中纬度地区扩展F的特点和比较

通过数值模拟研究了赤道地区和中纬度地区扩展F的触发机制间的联系,发现相同的触发机制在不同纬度的条件下所演化出的结构形态不相同,因此观测上会有所不同;研究了西向电场在赤道地区的作用,发现在适合的电离层参数组合下会产生观测到的电离层F区顶部扰动出现率高于底部扰动出现率的状况;在数值模拟的基础上提出了一个中纬度地区电波散射的模型,用以解释观测到的中纬度地区电波散射的出现率高于线性理论预期的现象.      

F2层对地磁扰动的响应

利用37个电离层垂直探测站1974-1986年的数据,采用f0F2与地磁ap指数相关分析的方法,首次得到一个太阳活动周期各年东亚-澳大利亚扇区,欧洲-非洲扇区和美洲-东太平洋扇区F2层对地磁扰动响应随地磁纬度的分布.结果指出,地磁高纬和中纬地区为负响应,低纬和赤道地区为正响应,大约在±30°附近换向.最大正响应在磁赤道附近,最大负响应在地磁纬度±50°附近,最大负响应的幅度大于最大正响应的幅度.存在明显的经度差别和南北半球不对称性.     

声重波激发的赤道 Spread—F 不稳定性

本文导出了声重波扰动与赤道电离层扩展F层相互作用的基本方程,并对数值模拟结果进行了讨论。结果表明当声重波扰动与Kavleigh-Taylor不稳定性共同作用于赤道F层时,将导致大尺度波状结构的Spread-F.其特征为以一定速度漂移的准周期不规则性,发展到后期伴有羽柱形状的bubble(电子密度低区)产生。这种现状的bubble可上升至F层顶部并发生倾斜。声重波波矢量的方向决定着羽柱的倾斜方向。这些结果与实验观测特征相符,说明声重波扰动不仅是大尺度Saread-F的触发源,而且对其整个形态发展过程起着重要的作用。      

应用方差分析法检验γ测井模型的均匀性

核工业航测遥感中心放射性勘查计量站为某大学研建了一套γ测井模型,包括本底、K、U、Th四个饱和模型体源。应用方差分析法对建造过程中的混合干料和浇注湿料进行了放射性分布均匀性检验。结果表明:四个模型制作过程中混合干料的均匀性较好,本底、K、U、Th四个模型的F值分别为:1.19、1.44、0.89、1.89,均小于F0.0(511,60)=1.96;浇注湿料F值均大于F0.05,但组内标准偏差S2与组间差异的标准偏差SH满足0.1S2≤SH≤10S2,说明各层浇注湿料存在一定分层差异,但在一定程度内可接受,其差异可作为模型定值不确定度的分量计入。实践结果证明,应用方差分析法检验标准模型制作过程中每层之间放射性核素分布均匀性,判断饱和模型的均匀性准确、可靠和简便。     

构造正则表达式的简化DFA算法

介绍了构造等价于给定正则表达式的简化确定有限自动机(DFA)的算法.方法是首先构造与正则表达式等价的非确定有限自动机(NFA), 这里省略了构造带ε动作的有限自动机的操作, 然后用状态树构造与该NFA等价的简化DFA.这个算法在计算机上已实现, 并且对输入的任意正则表达式, 都可以输出等价于正则表达式的简化DFA.该算法可以用于某些离散信息处理系统的设计与分析.      

驾驶员－飞机闭环系统特性综合的一种方法

为获得驾驶员－飞机良好的匹配特性，根据Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ闭环系统评价准则，建立了相应的边界条件方程．采用牛顿迭代和最速下降法相结合，迭代求得驾驶员模型参数和飞机模型参数．按良好飞行器品质要求，对闭环特性进行综合．驾驶员模型选用俯仰跟踪时的形式，飞机模型采用等效系统模型．     

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。      

A numerical model characterizing internal gravity wave propagation into the upper atmosphere

A new two-dimensional, time-dependent and fully nonlinear model is developed to numerically simulate plane wave motions for internal gravity waves in a non-isothermal and windy atmosphere that accounts for the dissipation due to eddy and molecular processes. The atmosphere has been treated as a well mixed total gas with a constant mean molecular weight. The effects of Rayleigh friction and Newtonian cooling are applied near the upper boundary of the model to simulate the radiation conditions as well as to act as a sponge layer; lateral boundaries are periodic over a horizontal wavelength to simulate a horizontally infinite domain. The thermal excitation to initiate upward propagating waves is spatially localized in the troposphere and is a Gaussian function of time. A time-splitting technique is applied to the finite difference equations that are derived from the Navier–Stokes equations. The time integration for these highly coupled equations is performed using an explicit second order Lax–Wendroff scheme and an implicit Newton–Raphson scheme. The wave solutions derived from the model are found to be broadly agreeable with those derived from a Wentzel–Kramers–Brillouin theory.     

基于湍流尺度的混合RANS/LES模型

比较BL(Baldwin-Lomax)湍流模型的内层模型与Smagorinsky亚格子模型,两者的主要差别在于湍流尺度的计算方法不同,而RANS(Reynolds Average Numerical Simulation)方程组与LES(Large Eddy Simulation)方程组在形式上又是相同的.基于这两点,发展了RANS/LES混合模型.该模型是在网格滤波尺度与到壁面的距离相等处将流场分区,在近壁区直接求解RANS方程组,在远离壁面区域,求解LES方程组.为了保证湍流粘性系数在内外层分界处的光滑过渡,内外层湍流粘性系数通过混合函数连接.混合方法减轻了对壁面附近网格分辨率的要求和时间步长的限制,因此比LES所需的计算成本少.用该混合模型模拟了绕双椭球的高超音复杂流场,结果表明采用混合模型可以准确地模拟可压缩湍流流场.      

分子筛氧浓缩器的串联混合池计算模型

把吸附床看作由n个等体积的混合池串联而成,可将筛床的控制方程转化为容易求解的常微分方程,考虑了筛床内压力的变化以及吸附热引起的亨利系数的变化等因素.在此基础上,建立了机载分子筛氧浓缩器的非等温吸附数学模型,并对其在不同条件下的工作过程进行了模拟分析.模拟结果与文献结果一致,反映了温度对系统性能的影响.     

Tanabe模型和Smith热调节模型结合预测皮温效果分析

人体热调节模型用于描述人体内外热传递现象,预测热生理参数值。为利用人-服热模型评估室温环境控制,抓住人-服-环境传热的主要因素提出了人体热调节与服装热阻的耦合模型。所提模型由受控系统和热调节控制系统构成。受控系统采用Tanabe模型,把人体分为16个节段,每个节段由内到外分成核心、肌肉、脂肪和皮肤4层,外加与各组织层传热的中心血池,共65个节点,每个节点上利用Pennes生物热方程计算传热量。热调节控制系统采用Smith热调节模型中利用生理数据获取的经验控制方程描述血管舒缩、出汗率和寒颤3种人体基本热调节控制方式。结果表明：所提模型对皮肤温度的预测值与试验结果绝对误差最大值小于0.8℃,绝对误差平均值约为0.5℃,对试验工况下的人体皮肤温度有较好的预测结果。     

基于混合遗传算法的直升机前推/后拉配平

针对直升机配平模型为多元且初始值难以确定的非线性方程组,以及全局最优解不唯一等问题,发展了一种基于遗传算法/拟牛顿法的高效混合迭代算法。介绍了直升机各个模块动力学方程。其中在旋翼建模中,考虑实际飞行环境下桨叶的运动和操纵特性,以动态入流和叶素法为理论基础,建立了具有配平特性的旋翼气动力模型。基于直升机飞行仿真动力学模型,详细推导了前推/后拉的配平变量和约束方程。通过构造目标函数,将全机配平问题转化为优化问题。通过计算UH-60A直升机在前推/后拉的配平解,并与飞行测试数据进行比较验证。结果表明,前推配平结果与飞行数据有偏差,后拉配平结果与飞行数据吻合。旋翼非定常气动特性是引起总距和脚蹬配平计算误差的主要原因。建立的配平算法适用于直升机不同稳定飞行条件下的仿真。     

纳卫星热系统的在轨动态特性分析与建模

纳卫星热系统是在复杂空间热环境下实现纳卫星被动热控制任务的基本技术途径,对其进行在轨动态特性分析与建模对纳卫星的热控方法与效果研究及评价具有重要意义.通过详尽的机理分析建立了描述纳卫星热系统在轨飞行过程中瞬态温度变化的3维非线性动态特性模型,阐述了与之配套的外热流分析与轨道运动计算方法,并以一太阳同步轨道纳卫星为例,对其飞行过程中的外热流变化、在轨温度变化响应等动态特性进行了详细的分析和讨论,为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论及技术提供了简便的分析计算模型与方法.      

复杂边界条件下的多跨梁的振动模型

对Timoshenko梁的横向自由振动方程进行推导,进而运用传递矩阵法给出了复杂边界条件下的多跨梁的自由振动模型.在不考虑梁的剪切变形和绕中性轴的转动惯量的影响的情况下,模型简化成了Bernoulli-Euler梁的格式.通过分析,给出了3个具有工程意义的简化模型,分别是双跨梁、悬臂梁带有集中质量模型及带有任意拉压弹簧和集中质量的自由振动模型.简化模型的分析结果与已有文献的分析结果相比具有很好的一致性,表明本文建立的模型是合理可用的.