均匀磁化暖电子等离子体中的射线方向

本文给出了暖电子等离子体中各种频率波的射线方向.揭示了射线方向矢量的一些重要特征.特别是当波在暖等离子体相应的冷等离子体谐振区附近,暖等离子体中有一个等离子体波在传播.电子等离子体波可以与寻常波或非常波相联接,并使波能比在一个相应冷等离子体中有更宽的传播角域.     

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．     

烧蚀型脉冲等离子体推力器能量分配机理

脉冲等离子体推力器（以下简称PPT）效率低下的缺点一直为使用者所诟病,但过去对其能量分配机理的研究十分匮乏,难以为高效率PPT的设计提供参考。针对这一现状,本研究以平板式烧蚀型PPT为对象,对推力器在4种不同放电能量（能量比1：2：3：4）下工作的电压、电流和脉冲烧蚀质量进行测量,并根据测量结果估算PPT的元冲量、比冲、效率等推进性能。此外,本研究还建立了能估算PPT推进剂利用率的数值模型,并用该模型分析实验研究结果。研究结果表明,能量利用率和推进剂利用率低下同时导致PPT推力器效率低下,随着放电能量的增加,PPT的能量利用率和推力器效率上升,分别从5.07%和2.88%逐渐提高至16.46%和5.23%,但推进剂利用率反而降低,由56.8%逐渐降低至31.8%。     

电离层等离子体主动释放试验研究

等离子体主动释放试验是空间物理研究的一种主动、有效手段. 2013年4月中国科学院空间科学与应用研究中心在海南进行了中国第一次空间等离子体主动释放试验. 探空火箭在190 km高度释放了近1 kg碱金属钡, 形成一团由钡原子和钡离子组成的云团. 利用地面光学观测手段, 记录了钡云从释放初期到末期的演化全过程, 获取了钡云亮度、粒子密度、成分及扩散范围随时间的变化规律. 通过对钡云漂移的研究, 得到低纬度地区释放点处电离层的中性风场特性, 其分析结果对于研究低纬度地区电离层动力学特性具有一定指导意义.     

基于超快激光诱导等离子体的无线能量传输技术

作为一种有效利用太阳能的方法,空间太阳能电站吸引了世界研究人员的关注。无线能量传输是实现空间太阳能电站最重要的组成部分,已经过多年研究。为了进一步提高传输效率,空间太阳能电站对新型技术的需求不断增强。     

Monotonicity-Preserving激波捕捉格式在湍流大尺度模拟中的评估

对高阶激波捕捉格式的性能进行了系统的测评,重点分析了Suresh和Huynh(1997)所提出的Monotonicity-Preserving格式的性能.结果表明Monotonicity-Preserving格式的性能显著优于原始WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式,和改进型WENO格式相当.对格式的分析进一步表明,迎风型的激波捕捉格式在湍流模拟方面的性能都不及高阶中心格式,其原因归结为激波捕捉格式所包含的线性和非线性耗散.因此,改进高阶激波捕捉格式的关键在于同时降低格式的线性耗散和非线性耗散,以提高格式对湍流脉动能量的保持和对小尺度脉动结构的捕捉能力.     

低纬电离层等离子体块相关等离子体泡演化期间的虚高变化

针对东亚地区地磁低纬度南北半球Vanimo台站（地理2.7°S,141.3°E;地磁 11.2°S,146.2°W）和海南台站（地理19.5°N,109.1°E;地磁9.1°N,179.1°W）上空的3个电离层等离子体块与等离子体泡相关联的事件,利用地面台站的电离层测高仪连续观测数据,研究等离子体泡演化期间的电离层虚高变化。结果表明：以往提出的等离子体块出现约2 h之前等离子体垂直漂移速度从向上（东向电场）转为向下（西向电场）的观点,本文的3个事例均与之不符,或者距反转时间很远（约6 h）,或者由向下转为向上。在等离子体块形成时间点前的1 h内,均有突发的等离子体堆积的运动趋势,或是下降运动速度突然变慢,或是从下降转为向上运动,或是上升运动速度突然加快。这一堆积现象与等离子体块现象相关性更好,也不仅限于漂移速度从向上转变为向下。

     

DES与DDES在湍流分离中的原理与性能研究

随着工程上流动结构的日益复杂,兼具雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法高效率与大涡模拟（LES）高精度的分离涡模拟（DES）类混合方法成为现阶段工程中最有效的湍流模拟方法之一。围绕DES类混合方法中的DES与延迟分离涡模拟（DDES）方法开展工作,分析二者开关函数构造上的不同,研究延迟因子作用机理,并考察DES与DDES方法的求解能力。研究表明：DES与DDES方法在模拟表现上存在一定差异,DDES方法通过引入延迟因子,保护RANS求解区域,改善模化应力不足,降低了DDES方法对交界面系数CDES敏感程度;DDES方法在计算过程中容易出现过度保护,导致求解瞬时涡结构能力不如DES方法,分析与延迟因子引入比重及开关函数构造形式有关。     

微波能量传输系统设计及试验

面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。     

微波能量传输系统设计及试验

面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。     

倒V电子沉降通量能谱的理论计算

沿极光区磁力线大约在2000公里到8000公里的高度范围内,存在着一个等离子体湍流和大尺度平行电场的加速区。沿磁力线运动的等离子体片中的电子通过此加速区时,受到等离子体湍流和平行电场的共同作用,形成电子沉降的倒V结构。从一维准线性的动力学方程出发,导出了沉降电子通量的能谱方程,得出了电子通量能谱的理论公式。对等离子体湍流和平行电场对沉降电子能谱的影响作了分析和讨论。本文所提出的理论可以解释目前观测到的某些基本现象。     

太阳纯电子事件和质子-电子事件的电子能谱的机制

本文计算、分析了太阳耀斑加速电子在日冕中传输时激发的等离子体尾场的效应,认为耀斑电子的高能成份激发的尾场,能够加速低能耀斑电子,低能耀斑电子的能量增值可达几十keV至上百keV,这种尾场加速将软化约100keV以下的能量范围内(探测阈之上)的耀斑电子能谱。结合考虑尾场效应,本文提出了太阳耀斑加速电子从加速区到形成电子事件之间的能谱演化模式,说明了太阳纯电子事件的双幂律电子能谱和太阳质子-电子事件的单幂律电子能谱的形成,认为两类事件的电子能谱差异为耀斑电子日冕传输中不同程度的尾场效应所致,前者尾场效应弱,电子能谱呈双幂律,后者尾场效应较强,电子能谱为单幂律谱。     

NOx羽烟引起的局部电离层电子密度扰动

通过空间飞行器抛出羽烟的球状近似，研究白天ＮＯ和ＮＯ２羽烟在Ｅ层的扩散，光化学过程及它们对电子密度的影响。由于光致电离和郭解复合反应，抛出的ＮＯ羽烟在Ｅ层造成电子密度最大７．５倍的瞬时增加，而ＮＯ２羽烟可以使Ｅ层下部电子密度瞬时升高达２４倍。     

低轨航天器致空间等离子体尾流

建立起一个低轨道航天器引起的等离子体尾的二维计算机模式，结果表明：（１）尾流的宽度随表面负电位值的增加而变窄。（２）随离子马赫数增加尾流位垒变宽；（３）对正电位表面情况尾流近区有电子聚集，并且离子的放空更远。     

磁层顶边界区剪切流MHD不稳定性的数值模拟研究 III.大振幅MHD波

本文用MHD二维不可压模式, 对Kelvin-Helmholtz不稳定性激发的非线性波动进行数值模拟.指出:K-H波动有两个吸引子:(1)定常吸引子;(2)周期吸引子.在Alfvén马赫数M_A>8时, 波动长时间发展渐近于定常态;在M_A<8时, 波动渐近于周期吸引子.在磁层顶K-H波动中, 一般M_A<8, 波动幅度呈周期变化形态, 即包络孤立子形态.本文还讨论了磁场-磁层顶K-H不稳定性中的作用, 指出:磁场可大大加强从磁鞘向磁层顶的动量输运.     

等离子体片边界层处离子的随机加速

本文讨论宽频带静电噪声对等离子体片边界层处粒子的随机加速问题.计算表明:宽频带静电噪声会使离子轨道在相空间Poincare截面上一定范围内无规行走, 该范围与扰动电场的振幅、频率和波矢有关;引起的离子随机加速使一部离子能获得较高的能量, 在等离子体片参数下预计最大能量可达1000keV量级;对电子, 随机效应不明显.该结果为等离子体片中高能离子的存在这一长时观测特性提供一种新的可能产生机制.     

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．     

非热电子束流在耀斑环中能量的沉积

本文计算了非热电子束流通过库仑碰撞和反向电流过程在均匀截面的耀斑环中的能量沉积,讨论了非热电子束流对耀斑软X射线等离子体的加热和耀斑非热模型的能量收支平衡问题。     

用Hamilton方法研究地球自转的长期减慢

本文用Hamilton方法研究了弹性地球在日月引潮力势作用下产生形变后对地球自转速率的影响，考虑了潮汐形变的相位延迟，选择地球模型PREM参数进行了计算，理论上求得地球自转长期减慢值为-5．711×10(-22)rad／s2，与观测结果符合很好．结果表明，对地球自转长期减慢起主要影响是扇谐潮，由月亮引潮力势产生的影响远比太阳重要．     

用延拓试验方法预测产品磨损寿命的研究

根据耗损失效产品的渐发性故障模型,应用稳定磨损阶段的理论,提出了一种延拓试验方法。该方法将产品关键摩擦副的磨损寿命作为产品的使用寿命,在失效模式和机理不变的情况下,既不需要试验样品做到失效,又缩短了试验时间,延拓预测产品寿命特征值。