模拟超大质量黑洞吸积盘

正2016年12月,美国普林斯顿大学及美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的科学家在《物理评论快报》上撰文称,他们发现了一种严格的新方法,可以用来模拟为银河系中央超大质量黑洞提供能量的吸积盘。这一发现为模拟吸积盘助长黑洞的奇特过程奠定了基础。吸积盘是围绕中心体转动的等离子云,这些等离子云逐渐螺旋式下降,被巨大天体吸     

类星体的X射线辐射研究

由爱因斯坦天文台最近观测到的273个类星体、Ⅰ型Seyfeft星系的软X射线光度(L_x为0.5—4.5keV)资料,与它们的红移z值构成一个连续序列(图1)。利用球对称吸积模型计算得到:高红移的类星体,由于其较大的吸积率,在这个序列上停留的时间较短(～106年);而低红移类星体及Ⅰ型Seyfert星系停留的时间较长(～108年)。利用现有的107个类星体的射电单色光度l_r,光学单色光度l_o以及X射线单色光度l_x的资料,讨论了类星体大尺度谱的硬度,发现类星体的光学光度有两个不同的演化阶段;文中还定性地讨论了类星体射电辐射机制不同于光学和射电辐射的机制之处。      

清镇顽火辉石球粒陨石（EH3）的反射光谱特征

本文测定了清镇高铁群3型非平衡顽火辉石球粒陨石(EH3)的可见和近红外反射光谱,发现其反射光谱既不同于显示Ni、Fe金属光谱特征的EH4(Abee)顽火辉石球粒陨石,也不同于显示陨硫铁光谱特征的EH5型和EL6型平衡顽火辉石球粒陨石.清镇陨石独特的反射光谱特征可能是由于其铁纹石粒子表面存在光学厚度的吸积薄膜.吸积薄膜物质很可能是与铁纹石密切共生的陨硅磷镍铁矿,也可能是它与硫化矿物的混合物.在清镇陨石中,含吸积薄膜的铁纹石粒子可能具有很低的氧逸度,它们极易被大气氧化而失去原有的反射光谱特征.文中讨论了EH3、EH4、EH5和EL6型顽火辉石球粒陨石具有不同反射光谱特征的宇宙化学机理.     

基于摄动轨道的卫星自主天文导航仿真研究

针对星光折射间接敏感地平的卫星自主天文导航方法 ,利用推广的卡尔曼滤波方法进行仿真研究。为了准确建立运动模型 ,在系统方程中引入了非球形地球引力中的二阶带谐项 ;在考虑具有指数密度的球状分层大气的基础上 ,建立了以星光视高度为观测量的量测方程。在建立了推广的卡尔曼滤波方程后 ,文章进行了计算机仿真 ,并对仿真结果进行了详细的误差分析 ,结果表明基于摄动轨道的星光折射间接敏感地平的卫星自主天文导航方法能取得较高的导航精度     

太阳帆航天器悬浮轨道动力学与控制

基于线性动力学模型和非线性动力学模型,研究了太阳帆航天器日心悬浮轨道保持与控制问题.首先,推导出了柱坐标形式的太阳帆动力学方程,并在参考悬浮轨道附近线性化以建立状态方程,然后对状态方程进行可控性分析.通过合理选择控制变量加权矩阵R,用线性二次型调节器(LQR)对线性模型进行控制.将得到的控制律代入非线性模型中进行验证,表明该控制律渐近稳定,并且具有良好的控制精度,可实现太阳帆悬浮轨道控制.      

双臂协调机械手动力学建模的新方法

由于某种既定任务而产生的约束关系的存在,使得双臂协调机械手的动力学特性表现出高度的非线性和耦合性。因此,利用传统的拉格朗日方程建立其动力学模型显得困难重重。针对平面双臂协调搬运机械手的动力学建模问题,基于传统的拉格朗日方程给出并证明了平面多杆机械手动力学方程的一般表达式。然后利用上述表达式,并基于分析力学界著名的Udwadia-Kalaba方程的建模思想,获得双臂协调机械手在预定轨迹下各杆所需附加力矩的解析表达式及系统的动力学方程,克服了传统拉格朗日方程需借助拉格朗日乘子获得动力学方程的缺点。双臂协调机械手的关节角变化规律和被搬运物体轨迹的数值仿真结果证明所建立的动力学方程符合实际情况。      

固体火箭发动机燃烧室三维流动数值计算

采用k-ε双方程湍流模型,以SIMPLE计算程式求解翼柱型装药固体火箭发动机燃烧室内三维非定常不可压流N-S方程.在建立翼柱型装药简化模型的基础上采用边界标志法来表达燃面推移,采用从二维到三维的初场给定方法结合多重网格法求出了多个时间步的非稳态流场结构.计算结果表明燃烧室内旋涡运动呈现一定的空间与时间分布,周向加质导致燃气通道横断面上轴向速度分布的极不均衡.      

飞船舱段应急分离过程的动力学分析和计算

在上升段大气层外当出现紧急情况时航天飞船的逃逸及随后的舱段应急分离过程是复杂的多个舱段的相对运动过程。针对这个过程,建立了舱段的相对轨迹运动和相对姿态运动的数学模型,包括动力学方程、运动学方程和几何关系方程,定义了对象组合体,强调了主体和客体的关系;并且按工程实际情况划分了飞行阶段。在数学模型以及对象定义和阶段划分的基础上建立了一个大规模的软件来进行全面的分析和仿真,并给出了典型工况下的结果示例。     

系统模态下柔性航天器混合坐标动力学方程

首先建立了采用任意浮动参考系时的柔性航天器动力学方程;然后选择连体坐标系为浮动参考系,解所得到的动力学方程的特征值问题,得到整个航天器系统的系统模态。通过模态变换,得到用连体系刚体位移和系统模态坐标表示的混合价值航天器动力学方程。与通常采用部件模态得到的混合坐标动力学方程不同,这时弹性运动方程中不存在来自刚体运动的惯性耦合项;同时也和采用系统自由弹性模性不同,这时刚体坐标直接反映航天器刚体运动。论     

基于航天器姿轨耦合模型的非线性前馈控制

对于航天器编队飞行和交会对接来说,精确的相对轨道和姿态模型尤其重要,而单独考虑相对轨道模型无法满足其高精度要求,因此从非线性相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRPs)表示的姿态运动学方程出发,建立了六自由度的相对动力学方程。在模型建立过程中考虑了耦合和非线性因素,保证了模型的精度。针对耦合非线性动力学方程设计了非线性前馈控制律,并通过李雅普诺夫直接法证明闭环系统的全局渐近稳定性。数值仿真算例验证了建立模型和控制律的有效性。     

Spectra of accreting X-ray pulsars

Using recent improved results on the frequency and polarization dependent opacities in a strong magnetic field we examine the physics of the lower accretion column on a magnetic neutron star to determine the spectrum radiated at infinity. We argue that photon convection by the fast infalling material (free fall velocities c/2) should substantially modify the spectrum radiated through the accretion column due to the frequency dependence of the opacity.     

Self-similar problems of the time-dependant discs accretion and the nature of the temporary X-ray sources

Self-similar solutions, obtained by means of non-linear hydrodynamic equations, describing the picture of the time-dependant discs accretion. Some of the solutions describe the evolution of the accumulating disc, which is created around the neutron star with a strong magnetic field. Others give the time evolution of the initial narrow material ring, thrown at a certain distance around the gravitation centre. Practically all problems of the time-dependant disc accretion, asymptotically come to the above mentioned solutions.It is shown that the time-dependant disc accretion of the gas of the neutron star from the accumulating disc cause recurrent X-ray outbursts. The fall of the X-ray luminosity at the maximum stage depends of the time to a certain degree; is near the ones which are observed in the time-dependant X-ray sources. The model of the time-dependant X-ray sources is explained in the framework of the time-dependant disc accretion of magnetized neutron star with a strong magnetic field.     

Production and evolution of millisecond X-ray and radio pulsars

Observations using the Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) have discovered dozens of accreting neutron stars with millisecond spin periods in low-mass binary star systems. Eighteen are millisecond X-ray pulsars powered by accretion or nuclear burning or both. These stars have magnetic fields strong enough for them to become millisecond rotation-powered (radio) pulsars when accretion ceases. Few, if any, accretion- or rotation-powered pulsars have spin rates higher than 750 Hz. There is strong evidence that the spin-up of some accreting neutron stars is limited by magnetic spin-equilibrium whereas the spin-up of others is halted when accretion ends. Further study will show whether the spin rates of some accretion- or rotation-powered pulsars are or were limited by emission of gravitational radiation.     

带电粒子在中性线磁场中运动的解析轨道

本文我们计算了带电粒子在中性线磁场中运动的解析轨道。其结果是:(1)带电粒子在中性片磁场中的运动是粒子在中性线磁场或在具有北向分量的中性片磁场中的第一级近似形式。(2)带电粒子在中性片磁场中的解析轨道的第三级近似形式与电子计算机计算的数值轨道基本相同。它们仅仅在小扰动区与非小扰动区的交界线上出现一些偏差。(3)带电粒子在整个中性片磁场的运动可以分成三种形式。粒子一方面在垂直于磁场的平面上作闭合的周期性轨道运动, 同时闭合轨道的中心还沿着垂直于磁场平行于中性线方向漂移。另一方面粒子还沿磁力线方向做等速运动。(4)在小扰动区中粒子的闭合轨道是一个圆轨道, 但在非小扰动区中却是一个“8”字形轨道, 其漂移速度与小扰动区漂移方向相反, 其大小也比小扰动区漂移大很多。以上结果本文都给出一个完整的解析形式。      

等离子体中稳恒流形成电双层的机制

在考虑稳恒流产生磁场的基础上,通过求解双时标,双流体方程组,从理论上对电双层形成的机制进行了研究,解释了实验室中产生电双层现象所必须引入的条件──必须有带电粒子流的注入．     

Production of QPOs in accreting neutron star systems

Kilohertz QPOs have been detected from more than 20 neutron stars in low-mass X-ray binaries. Several different ideas have been proposed for their generation, involving resonances, magnetic interactions, and sharp transitions in the accretion flow. We show that although details are uncertain at this time, it is clear that the stellar magnetic field has a dynamic influence on the accretion flow. We also discuss the inferences about dense matter and strong gravity that can be drawn from all models, and the qualitative advances expected with a future X-ray timing mission.     

磁尾粒子在晨昏电场作用下的散射与沉降

我们认为,在沉降粒子的形成中,磁尾粒子的散射是极其重要的。本文从粒子的轨道理论人手,通过对近900条粒子轨道的具体计算,研究了磁尾粒子在晨昏电场作用下的投掷角变化。计算结果清楚地显示出了磁尾粒子在晨昏电场的作用下,经历着明显的散射过程。运动经过非小扰动区的磁尾粒子在非小扰动区内经多次反射,磁矩不再是不变的,从而投掷角改变,使得一个原在磁尾为各向同性的投掷角分布,在粒子运动到远离中性线的近地区域时改变成为一个近麦氏分布。我们还研究了这些粒子的空间经历,发现这些离开磁尾进入近地区域的粒子在发生散射的同时还发生了空间分离——晨昏分离、纬向分离以及质子和电子之间的相对空间分离,给出了清晰的粒子沉降图象。      

大功率高频无线电波对赤道E区双流不稳定性的影响--PIC静电粒子模拟研究

地面入射的大功率高频无线电波(泵波)和电离层等离子体之间的参数相互作用，能够引起静电波的激发，在一定条件下，产生不稳定性．本文用PIC静电粒子模拟方法，研究泵波与赤道电离层E区等离子体的相互作用．研究结果表明，泵波能够控制双流不稳定性的发生，在不同条件下，泵波对双流不稳定性起着稳定与不稳作用，模拟结果定性地与理论研究结果相符合，这为我们对不规则体产生的地面人工控制提供了依据．     

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.     

基于PIC方法的离子发动机光学系统粒子模拟

采用单元内粒子(PIC, Particle-In-Cell)方法对离子发动机光学系统进行了等离子体粒子模拟.PIC方法可有效地对等离子体进行粒子模拟,其中电场求解采用SOR(Successive Over Relaxation)方法,离子加速方法采用蛙跳格式.推进剂采用氙,模拟粒子为单核离子.模拟得到了栅极间电势分布、电场强度分布及栅极间氙离子数密度分布.计算结果表明,在所取的光学系统电压参数和几何参数下,粒子束能够顺利通过栅极孔,不会撞击到栅极孔壁上.粒子模拟为今后开展离子发动机光学系统腐蚀机理分析及寿命评估提供了有效的数值方法.