空间等离子体环境中的高能带电粒子加速机制

空间环境中充满能量从几十keV到几MeV的高能带电粒子,这些粒子可导致在轨航天器表面和内部带电甚至单粒子效应,从而引发航天器故障。高能粒子的产生和日地空间环境中的爆发现象如耀斑、磁层亚暴等密切相关。文章综述了与这些爆发现象相关的磁重联、激波和等离子体波动等加速带电粒子的物理过程。     

太阳高能粒子在行星际中的扩散过程

当太阳活动频繁,特别是有耀斑爆发或者日冕物质抛射驱动的激波时,经常能够观察到高能粒子(能量从几十keV到几十MeV)通量突然增加,这种由太阳活动产生的高能粒子事件被称为太阳高能粒子事件。文章研究了耀斑和日冕物质抛射产生的两类高能粒子事件,重点讨论了高能粒子横越磁力线的扩散对粒子在行星际空间传播过程中所起到的作用,给出了对于不同扩散系数条件的数值模拟结果。     

不同内边界条件下SEP事件实例的集合数值模拟及其在SEP事件预报中的应用

太阳高能粒子(SEP)事件的定量数值预报是空间态势感知的重要方面之一.SEP事件主要来自于日冕物质抛射(CME)所驱动的激波扩散加速(DSA).文章在三个有关模型的基础上,结合1 AU处卫星的太阳风观测参数和日冕仪的CME观测参数,建立了一套可用于预报SEP事件的数值方法.利用该方法对一次SEP实例进行数值模拟,并将模...     

红极一时的木星探测

2008年5月3日,美国和德国科学家共同研究发现,太阳系中不仅土星存在围绕自身旋转的由尘埃粒子组成的环,木星也存在相应旋转的环,其直径约64万千米。他们在研究报告中介绍了木卫十四（距木星第5远的卫星）的轨道外围出现的暗淡轻薄环状结构,以及背离可接受环状结构形成的观测数据。阐明了这种环状结构是由于阴影和太阳光在灰尘粒子上的交互作用产生的。     

斜激波串与上游激波干扰特性试验研究

为研究斜激波串在背压条件下前移与上游激波相互干扰的流场结构和运动规律,在来流为马赫数 2.7 的直管道内设计一种等宽度斜楔,采用动态压力测量、高速纹影和粒子图像测速(PIV)技术等手段进行了试验。研究结果表明：内置斜楔在管道内产生入射激波、分离激波、膨胀波、再附激波和激波诱导分离等复杂上游激波流场,在分离区附近形成有顺压梯度和逆压梯度的区域。当增大下游压比时,斜激波串逐渐向上游激波流场移动;经过斜楔产生的分离区时,斜激波串的移动速度急剧提升,同时出现非对称分离偏转方向的切换。对比了三种长度尺寸的等楔角斜楔所产生的上游激波流场的差异性,发现在相同的斜楔前缘起始点和楔角时,随着斜楔长度的增加,上游激波流场中激波诱导的分离尺度逐渐变大。     

举世瞩目的土星探测（一）

2009年4月21日,美国航宇局公布了卡西尼土星探测器拍摄的一组颇具震撼力的土星照片,它们以迄今最令人难以置信的细节揭示了土星及其卫星和光环的秘密。最新公布的这组图片显示了土星系统内部的惊人差异,在其中一张照片上,看似宁静的光环优美地堆叠于土星赤道周围,令其与土星卫星坑坑洼洼的外观形成鲜明对比。这一探测项目的科学家正在对土星壮观的光环、迷人的卫星、充满活力的磁气圈和土卫6的表面及其大气层展开深入研究。     

冷气推进器流场仿真和分析

采用Fluent软件对火箭姿态控制系统小推力冷气推进器的内流场进行了数值仿真,得到了流场压力与马赫数的曲线图。气流在推进器控制口达到音速,通过控制口后加速并相互撞击产生激波,流束相对集中,超音速流经过激波变成亚音速流;亚音速流在直管段扩张达到超音速,在收缩段受压缩减速,流束集中后再次扩张加速,喷嘴喉部气流略大于音速,但喷嘴扩张段内没有激波,推进器工作状态正常。仿真结果与高模试验结果相吻合。     

土卫六：未来生命的家园？

1655年．荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯用他自制的望远镜对准土星．准备研究土星环，但让他惊讶的是，在土星的旁边赫然有一颗巨大的卫星。这就是土卫六。惠更斯简单地把这颗卫星称为SaturniLuna（土星的卫星）。     

一种进气道内激波/边界层干扰控制的新方法及其流动机理

针对高超声速进气道内经常存在的激波/边界层干扰现象,提出了一种基于可变形壁面鼓包的激波/边界层干扰控制概念,并对相关流动机理及参数影响规律进行了细致研究,结果表明：可变形鼓包通过其迎风侧的预增压作用,外凸段膨胀波束对反射激波的削弱作用,以及膨胀波束对边界层气流的加速作用来对激波/边界层干扰现象进行抑制;当激波入射点位于鼓包背风侧膨胀波区时,鼓包对边界层分离的抑制效果明显,并且适当增加鼓包高度可增加其抑制效果;对于鼓包迎风侧型线,在设计时应尽量采用较小的内凹段曲率,同时在外凸段上其最大曲率点应尽量与激波入射点靠拢,而对于背风侧型线的设计则应选择相近的外凸段和内凹段曲率较为合适。     

射流推力矢量喷管中粒子运动轨迹的数值模拟

用颗粒轨道模型对基于激波控制的二维收缩-扩张(2-DCD)喷管中的气固两相流动进行了数值模拟,研究了1～60 μm不同直径颗粒的运动轨迹.研究表明,颗粒尺寸越小,粒子的随流性越好;颗粒尺寸越大,主流中的粒子与收缩段壁面碰撞越剧烈,无粒子区越大,二次流中的粒子对下壁面的碰撞越剧烈.     

前向空腔的弓形激波特性研究

在FD-14A激波风洞中Ma=10流场对前向空腔构型开展试验研究,应用高速阴影技术捕捉弓形激波的平均位置及振荡幅值,利用压力传感器测量空腔底部的脉动压力。在现有无空腔钝头体激波脱体距离预测方法的基础上发展了前向空腔构型的激波脱体距离预测方法,结合国外的试验测量结果与Organ-pipe理论,验证了这种方法的有效性和适用性,且该方法对激波脱体距离的预测结果与FD-14A风洞试验结果一致。此外,基于这种方法讨论了空腔振荡频率预测方法存在的争议。最后,研究了Ma=10流场下球锥体-前向空腔构型的脱体激波振荡幅值与平均速度的规律。     

冲压发动机燃烧引起激波运动过程一维分析

分析了冲压发动机喷油燃烧引起内流道内正激波运动的机理,采用一维激波捕捉方法,建立了燃油喷入对正激波运动位置影响的一维仿真模型。通过仿真发现:喷入燃油并逐步增大燃油-空气当量比时,正激波逐步向上游运动;燃油-空气当量比越大,正激波越接近进气道喉道;当燃油-空气当量比增大到一定程度时,正激波距离进气道喉道最近,但并未越过喉道;进一步增大燃油-空气当量比,正激波开始向下游回退进一步分析发现:冲压发动机流道及燃烧组织匹配设计直接影响到正激波在流道内的运动位置,需要在设计中格外重视。燃油-空气当量比与激波位置的关系分析可为冲压发动机设计提供一定的理论参考。     

卡西尼土星探测器的十大新发现

类似地球的景观、独一无二的风暴以及＂阴阳脸＂卫星都仅仅是卡西尼土星探测器带给我们众多惊喜的一小部分。卡西尼土星探测器将会以行星探测的一座里程碑被载入史册。很难从它对土星及其系统所做出的发现进行排序。     

火箭发动机喷管中气流分离预估的现状

在过膨胀火箭发动机喷管中,当壁面气流压力与环境压力之比达到一定值时气体会从喷管壁分离。这种气流分离及其理论预估是过去十年中试验和理论研究的课题,而且为预估气流分离而建立的各种模型和所做的各种假设已经得到很大发展,既有理论模型,也有纯经验模型。本文借助于在 DLR(德国航空航天研究院)所建立的数据库,对不同模型进行了论述,几乎包括了所有公开发表的气流分离数据。本文对一种新的、更加准确的分离准则提出了看法。试验时,在喷管中观察到两种不同的气流分离现象,即自由激波分离和受限激波分离。对这两种现象都进行了详细讨论,并描述了压缩波和膨胀波。对于自由激波,排气羽流中可以产生三种不同的激波结构:有规则的反射激波、马赫盘及帽状激波。这些激波除了存在于过膨胀喷营外,在满流喷管中也存在。对现有火箭发动机喷管,如 SSME 或火神号发动机喷管,所得到的数值结果与试验照片在定性方面是一致的。对不同类型的激波现泉进行了讨论。另外,对至今还未深入了解的受限激波分离现象也给出了解释,分析了它产生的原因和条件。结果是喷管型面的形状极大地影响着气流分离的形式。根据气流分离得到的这些结果,提出了对侧向载荷产生原因的看法。     

“卡西尼”结束土星探测生涯

<正>美国航空航天局(NASA)土星探测"老兵""卡西尼"探测器9月15日有意闯入土星大气并被烧毁,结束了其近20年的探测生涯。"卡西尼"发射于1997年10月,2004年7月进入绕土星运行轨道,旨在对土星这颗巨行星及其光环、卫星和磁层进行探测。它此后一直避开多冰的土星环物质,运行在距土星较远、从而也较为安全的轨道上。这也使得它能从远处对土星及其卫星进行观     

土星光环“消失”之谜

今年8月中旬至9月初,天文爱好者在观测土星时突然发现,巨大的土星光环“消失”了。这是怎么回事呢？这要从土星光环谈起。     

乘波体设计方法及设计参数分析

乘波体是一类典型的高超声速飞行器外形,它具有较高的升力及升阻比特性。建立了一套基于激波装配法的乘波体设计方法,该方法采用激波装配法获得精确激波位置,同时引入导波体的概念,通过设计导波体的构型来决定激波面的形状,引入导波体构型参数。通过改变导波体俯视外形前后锥角度、前后体长度比、侧视外形表面后锥角度等参数,比较其对最终乘波体气动特性的影响,并分析了这些参数改变对乘波体气动特性影响的内在机制,为工程化乘波体设计提供理论指导。     

基于流场探测的发动机喘振控制仿真研究

为使冲压发动机性能最优并始终工作在安全状态,需要使其工作的喘振裕度最小且在喘振边界内。在喘振边界安装一种能够准确分辨超声速或亚声速流场状态的流场探测装置,控制进气道结尾激波位置。针对一维变截面流动控制方程,研究了流场探测装置的安装位置,以及激波越过流场探测装置后控制系统的减油规律。仿真研究结果表明,用试验数据修正理论仿真的方法可以准确地捕捉进气道结尾激波,同时根据某型冲压发动机的设计临界喘振裕度,确定了流场探测装置安装位置位于距进气道锥尖的距离;进气道沿程压力跟随发动机燃油流量的变化而变化,压力波传播时间相对于燃油调节时间可以忽略;由于进气道内激波前后运动存在明显的压力滞环现象,当激波越过喘振边界时,进气道出口压力会进一步上升,发动机喘振危险加大,应使用加速电磁阀快速减小燃油流量,控制激波回到安全区域。     

科学家发现范艾伦带能够加速粒子

1958年,空间科学家詹姆斯.范艾伦和同事发现了高速粒子以两个同心圆的方式环绕地球运行的辐射带,称之为范艾伦辐射带。几年之后,研究人员推断,这些同心圆中的粒子来自遥远的地球磁气圈且由地球磁场所控制,当漂移接近地球且遇到更强的磁场时,就会被加速并进入一个环状的运行轨道。同时认为,整个加速过程需要几天到几周的时间,而且辐射带只随时间逐渐变化。     

物体穿越斜激波干扰特性的数值研究

当物体以超声速穿越同向运动的斜激波时，它的飞行Mach数和攻角都会发生较大的变化。穿越过程中斜激波与物体脱体激波发生相互作用，形成复杂的激波干扰波系结构，基本的干扰形式为复合Mach反射结构。不同的穿越位置时，由于不同的来流条件，使物体上尾部凹坑内的流场和波系发生很大的变化，随着物体的穿越过程，当头部和凹坑下游壁面与翼面穿越激波时，阻力系数有两次剧烈的变化，法向力基本呈线性下降，压力中心先大幅度后移，物体逐渐穿过激波后又快速前移。因此穿越过程使物体加速，给物体的姿态带来很大的扰动。翼面穿过激波也造成阻力、法向力下降，压心后移。如果对有控制的飞行器，穿越激波时气动力特性和稳定性的急剧变化，将给控制系统带来很大的困难。