圆柱形静电分析器的数值模拟

对美国DMSP系列卫星载60°圆柱形分析器的性能进行了数值模拟:以同时过松弛迭代法解Laplace方程,得到分析器内的势分布,由荷电粒子在分析器势场中的运动轨道以及传输概率的MontCarlo积分得出分析器的各种响应和几何因子．变动与分析器几何相联系的输入量,计算机程序可移用于其它圆柱形分析器.      

附加准直器的带顶盖静电分析器的数值模拟

对准直器限定视场的带顶盖的1／4球分析器的物理特性分析了数值模拟，相应的模拟程序是在修改裸分析器模拟程序后发展起来的。新程序了准直器引起的分析器结构配置的变化，且被应用于一个带准直器的分析器样本，产生了传输函数和几何因子的模拟结果。     

基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。     

用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

热离子质谱分析仪的研制及定标

热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案,是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术,即5mV高分辨扫描高压,10~20nm超薄碳膜处理以及30kV超高加速电压.分析仪原理样机在瑞士伯尔尼大学完成了定标试验,实现指标参数如下:能量范围为0.499eV~29.94keV,能量分辨率为10.5%;能够实现离子成分H+,He+,O+的分辨;视场范围为360°×8.4°,角度分辨率为22.5°×8.4°.基于热离子质谱分析仪的研制基础,可以进一步开发出更高质谱分辨、更大探测视场以及小型化的等离子体探测载荷.      

微重力池沸腾中的气泡和传热行为数值模拟

基于标准动量传输方程、连续性方程以及能量方程,建立了单个气泡的二维数值模型,考察了微重力过冷核态池内沸腾中的气泡动力学和传热行为.在动量传输方程中耦合了表面张力和Marangoni力,连续性方程和能量方程中耦合了相变效应,考虑了加热面上过热液体层的影响,并引入相场函数捕捉气液界面的动态变化.结果表明:气泡在生长过程中,形状由最初的半球形变为椭球形,最后变为脱附时的梨形;气泡在加热面上自由迁移,呈非轴对称结构,并且气泡上部的温度场呈现为蘑菇云状;气泡的脱附直径正比于g-0.488,脱附周期正比于g-1.113,加热面上的平均热通量正比于g0.229.      

进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁流场的影响

为研究进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁烧蚀的影响,采用标准k-ε湍流模型,单步涡耗散燃烧模型与KING硼粒子点火燃烧模型,开展了双下侧90°进气结构和双侧180°进气结构固体冲压发动机补燃室内燃气燃烧数值模拟,对比分析了补燃室燃气燃烧流场特征和内壁烧蚀环境特征。结果表明:双侧180°进气结构在补燃室中形成大漩涡,有利于燃气与空气的掺混燃烧,至补燃室出口位置,总燃烧效率超过90%,且该结构有效减少了粒子对内壁的冲刷侵蚀;在双下侧90°进气结构补燃室中,凝聚相粒子和燃气贴近补燃室一侧运动,导致氧气浓度和温度分布不均,不利于燃气的掺混燃烧,总燃烧效率为74%,在远离补燃室进气道一侧形成高温热烧蚀、高浓度粒子侵蚀、高速射流冲刷和热应力集中的综合破坏;双侧180°进气结构的固体冲压发动机补燃室总体性能优于双下侧90°进气结构的冲压发动机补燃室。      

改进粒子群优化的卫星导航选星算法

为提高选星算法的性能,提出一种基于人工鱼群算法的粒子群优化（PSO）选星算法。该算法利用人工鱼群算法良好的全局收敛特性,克服了粒子群优化算法易陷入局部最优的缺点。将每种卫星组合看作空间中的一个粒子,选取几何精度因子（GDOP）作为适应度函数。利用所提算法更新粒子自身位置,优化卫星组合与几何精度因子。利用实际数据对所提算法进行验证和对比,结果表明:改进的选星算法在保障选星效率的同时,选星结果的准确性优于标准的粒子群优化选星算法。      

磁层高能粒子运动的Fokker Planck方程位置项扩散系数研究

利用准线性理论计算了磁层高能粒子运动的Fokker Planck方程在可观测相空间的位置项扩散系数,并与绝热不变量径向扩散系数进行对比分析.研究发现:位置项扩散系数随径向距离呈现R6的比例关系快速增大.相同径向距离条件下,由于空间位置项z分量的作用,高纬度地区的位置项扩散系数小于低纬度地区.通过与径向扩散系数对比发现,两者具有相同的量级,但两者的相对大小需要根据具体的扰动形态进行分析.此研究对使用测试粒子模拟磁层高能粒子运动,尤其是根据引导中心理论,利用蒙特卡洛方法求解磁层高能粒子运动的Fokker Planck方程,建立磁层空间高能粒子运动的精细化模型具有重要意义.      

漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊小波神经网络控制

讨论了本体姿态受控、位置不受控制的漂浮基空间机械臂系统协调运动的动力学控制问题. 根据系统位置几何关系、动量守恒关系和第二类拉格朗日方程, 建立漂浮基空间机械臂系统的动力学方程. 在此基础上, 针对系统参数未知的情况, 设计了一种采用小波基函数作为模糊隶属度函数的模糊神经网络控制器, 以控制空间机械臂的本体姿态和机械臂两关节铰协调地完成各自在关节空间的期望运动. 其特点是不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系, 甚至不需要知道系统参数;而且网络权值是采用反向传播算法根据误差进行在线学习, 使模糊神经网络获得更强的自学习和自适应能力, 同时也节省了离线学习的时间. 系统数值仿真的结果证实上述控制方案是行之有效的.      

Three Dimensional Simulation of the Steady Solar Wind in Carrington Rotation 1935

A three-dimensional MHD simulation is conducted to study the steady solar wind in Carrington Rotation (CR) 1935 by using the three-dimensional numerical magnetohydrodynamic (MHD) model introduced by Feng et al. The numerical results demonstrate that the neutral current sheet has two peaks and two valleys, which is consistent with the result of PFSS model at Wilcox Solar Observatory (WSO). The obtained proton number density at 2.5 Rs is of the same order of magnitude as the result estimated from K-coronal brightness during the CRs 1733-1742 in 1983made by Wei et al. The radial velocity profile along heliocentric distance is consistent with that of low solar wind speed deduced by Sheeley and Wang et al. However, it is not able to reproduce the fast-speed flow in coronal holes and slow solar wind in streamers because of oversimplified energy equation adopted in our model. Future efforts must be made to remedy this deficiency.      

飞机最快上升转弯轨迹的计算

70年代初,Miele A等人提出SGRA方法用于优化飞行轨迹计算。但方法存在时间加权系数难于确定、长时间的飞行轨迹计算积分精度不易控制及要计算数字微分等不足。对此提出一改进梯度方法,并计算了某型战斗机从亚音速三维转弯升高到超音速的最短时间飞行轨迹。结果表明,本方法稳定有效,为解决飞机最快机动轨迹的优,乜提供了一种行之有效的手段。     

Computation of radiation environment during ground level enhancements 65, 69 and 70 at equatorial region and flight altitudes

The radiation environment in the troposphere of the Earth is governed by cosmic rays of galactic and solar origin. During major solar energetic particles events the radiation environment changes dramatically. As a results the risk of biological effects due to exposure to ionizing radiation of aircrew increases. Here we present a numerical model for computation of absorbed dose in air due to cosmic rays of galactic and solar origin. It is applied for computation of radiation environment at flight altitude in the equatorial region during several major ground level enhancements, namely GLE65 on 28 October 2003, GLE69 on 20 January 2005 and GLE70 on 13 December 2006. The model is based on a full Monte Carlo simulation of cosmic ray induced atmospheric cascade. The cascade simulation is carried out with CORSIKA 6.990 code with corresponding hadron generators FLUKA 2011 and QGSJET II. The contribution of different cascade components, namely electromagnetic, hadron and muon is explicitly obtained. The spectra of arriving solar energetic particles are calculated from ground level measurements with neutron monitors and satellite data from GOES. The obtained results are discussed.     

Simulation study of motion of charged particles trapped in Earth’s magnetosphere

This article aims to understand the motion of the charged particles trapped in the Earth’s inner magnetosphere. The emphasis is on identifying the numerical scheme, which is appropriate to characterize the trajectories of the charged particles of different energies that enter the Earth’s magnetosphere and get trap along the magnetic field lines. These particles perform three different periodic motions, namely: gyration, bounce, and azimuthal drift. However, often, the gyration of the particle is ignored, and only the guiding center of the particle is traced to reduce the computational time. It is because the simulation of all three motions (gyro, bounce, and drift) together needed a robust numerical scheme, which has less numerical dissipation. We have developed a three-dimensional test particle simulation model in which the relativistic equation of motion is solved numerically using the fourth and sixth-order Runge-Kutta methods. The stability of the simulation model is verified by checking the conservation of total kinetic energy and adiabatic invariants linked with each type of motion. We found that the sixth-order Runge-Kutta method is suitable to trace the complete trajectories of both proton and electron of a wide energy range, 5 keV to 250 MeV for L = 2 – 6. We have estimated the bounce and drift periods from the simulations, and they are found to be in good agreement with the theory. The study implies that a simulation model with sixth-order Runge-Kutta method can be applied to the time-vary, non-analytical form of magnetic configuration in future studies to understand the dynamics of charged particles trapped in Earth’s magnetosphere.     

SMA超弹性系统在平稳随机激励下的响应预测

提出了一种简单的折线超弹性模型来描述SMA(Shape Memory Alloys)的力学特性,将其利用在等价线性化方法中,对SMA超弹性系统在随机激励下的响应进行了预测,预测结果和数值模拟方法的结果进行了对比,有较好的计算精度.该方法为解析方法,计算效率高,便于工程使用.      

Alfvén脉动在各向异性太阳风介质中传播的功率谱方程

本文把涂传诒等导出的描述Alfvén脉动在太阳风中传播的谱方程推广到温度为各向异性的太阳风介质中。      

Distribution of secondary particles intensities over Earth’s surface: Effect of the geomagnetic field

We use the CORSIKA package (Heck et al., 1998) and AMS-01 flight data (Alcaraz et al., 2000) to evaluate the distribution of secondary particles in the Earth atmosphere. Distribution covers all longitudes and latitudes of STS-91 Space Shuttle flight trajectory to Mir Space Station. Moreover distribution covers all depth in the atmosphere in the evaluated area. We show distributions for e−, e+, μ+, μ−, gammas, hadrons and Cherenkov light from primary protons and helium component of cosmic rays flux. Our results compare favorably with other estimates made by different techniques.     

结构方程模型的预测建模方法

提出一种结构方程模型的动态预测建模方法,从而可以在无须未来样本数据的情况下,预测系统要素之间未来的因果关系。采用矩阵谱分解,将协方差矩阵唯一分解为特征值矩阵和特征向量矩阵乘积的形式.分别应用经典的线性回归方法和高维群点主轴旋转预测方法对特征值矩阵和特征向量矩阵建立预测模型,提出一种协方差矩阵的后推预测算法.采用极大似然法,迭代估计未来结构方程模型的各种参数.仿真实验例示了该方法的主要计算步骤.计算结果显示,利用本模型得到的拟合值精度较高,预测模型真实可信,表明这种方法可以用于分析和预测结构方程模型.