Solar Wind Turbulence and the Role of Ion Instabilities

Solar wind is probably the best laboratory to study turbulence in astrophysical plasmas. In addition to the presence of magnetic field, the differences with neutral fluid isotropic turbulence are: (i) weakness of collisional dissipation and (ii) presence of several characteristic space and time scales. In this paper we discuss observational properties of solar wind turbulence in a large range from the MHD to the electron scales. At MHD scales, within the inertial range, turbulence cascade of magnetic fluctuations develops mostly in the plane perpendicular to the mean field, with the Kolmogorov scaling $k_{\perp}^{-5/3}$ for the perpendicular cascade and $k_{\|}^{-2}$ for the parallel one. Solar wind turbulence is compressible in nature: density fluctuations at MHD scales have the Kolmogorov spectrum. Velocity fluctuations do not follow magnetic field ones: their spectrum is a power-law with a ?3/2 spectral index. Probability distribution functions of different plasma parameters are not Gaussian, indicating presence of intermittency. At the moment there is no global model taking into account all these observed properties of the inertial range. At ion scales, turbulent spectra have a break, compressibility increases and the density fluctuation spectrum has a local flattening. Around ion scales, magnetic spectra are variable and ion instabilities occur as a function of the local plasma parameters. Between ion and electron scales, a small scale turbulent cascade seems to be established. It is characterized by a well defined power-law spectrum in magnetic and density fluctuations with a spectral index close to ?2.8. Approaching electron scales, the fluctuations are no more self-similar: an exponential cut-off is usually observed (for time intervals without quasi-parallel whistlers) indicating an onset of dissipation. The small scale inertial range between ion and electron scales and the electron dissipation range can be together described by $\sim k_{\perp}^{-\alpha}\exp(-k_{\perp}\ell_{d})$ , with α?8/3 and the dissipation scale ? _d close to the electron Larmor radius ? _d ?ρ _e . The nature of this small scale cascade and a possible dissipation mechanism are still under debate.     

基于线性回归近似替代模型的分布式卫星系统不确定性分析方法

分布式卫星系统在空间科学领域具有广泛的应用前景,同时也对概念设计阶段的分析工作提出了更高的要求.在分布式卫星系统概念设计阶段,评价不确定性参数对于最终探测效能的影响有着重要的工程应用价值.传统的不确定性分析方法存在解析困难、数值模拟计算效率低且耦合关系表征不明确的缺点.本文结合概念设计阶段不确定性分析的特点和需求,提出一种线性回归近似替代模型,将不确定性参数对于探测效能影响的结果计算降维为一个线性组合系数的求解问题.利用一个空间多点探测物理场分界面任务作为典型事例进行仿真验证,结果表明,相比传统数值模拟方法,本文方法在计算效率上具有明显优势且对关键不确定性参数有一定识别作用.     

快响应PSP技术用于高超声速圆柱绕流的非定常压力测量

压敏涂料(PSP)技术是飞行器风洞实验大面积定量测压和流动显示的重要工具。为了发展非定常流动压力测量和脉冲风洞中全局压力测量能力,航天空气动力技术研究院开发了快速响应压敏涂料技术,与中科院化学所共同合作开发的压敏涂料采用PtTFPP作为发光基团,稳定性较强,持续光照下发光强度衰减为1.5%/h。采用自主研制的静态标定设备在标定腔内测量不同温度和压力条件下20mm×20mm涂料样片的表面发光强度来确定涂料的压力响应特性和Stern-Volmer公式,并设计制作了2套快响应时间动态标定设备,测得涂料典型响应时间在0.2ms。在中国航天空气动力技术研究院FD-03高超声速风洞中对平板圆柱装置进行了Ma=5的 PSP 试验,利用高速相机采集图像数据后,经过批量数据处理,采集频率为250Hz,得到了间隔时间4ms 的连续压力场数据。结合纹影图像和油流图对得到的PSP结果进行了分析,利用同时采集的测压孔数据对PSP 结果进行了比较。试验结果表明,快响应PSP技术可以更详细地显示流场结构,并能同时得到很好的定量压力数据。     

一种变速风力机全风速范围发电策略

由于风力机系统复杂的机械阻尼和大惯量等强非线性因素的存在,增大了控制策略设计与实现的难度。同时,对于变速风力发电系统而言,风力机的转速控制器设计是实现发电控制策略的重要环节。本文首先分析了定桨距变速风力机全风速段的发电策略,针对传统方案所存在的问题,提出了新型的控制策略,该策略在不同运行状态之间的过渡过程迅速平滑,有效降低了系统的动态载荷;其次,基于现有的风力发电系统分析了定桨距风力机的小信号模型,推导了风力机系统的传递函数,并为转速控制环设计了P ID控制器;最后,通过仿真和实验,验证了全风速段发电策略的可行性和有效性。     

H∞控制与逆系统在无人机直接侧力控制中的应用

无人机直接侧力控制的关键是实现无人机运动参数的解耦。逆系统方法是一种很好的解耦方法,但其对模型的要求比较高。为了解决这一问题,本文设计一种H∞控制与逆系统的集成控制结构,对系统的输出解耦控制和鲁棒性分别进行分析,解决了传统的控制结构框架下系统控制精度和鲁棒性不能兼容的矛盾。最后,通过对某型无人机的直接侧力控制仿真验证了这种新型控制器的有效性。     

随机多变量连续系统的辨识

本文讨论了由随机向量微分方程描述的多变量连续系统的辨识问题。虽然假定微分方程中的噪声项是白噪声,但是用方脉冲函数积分微分方程后,所得到的代数方程中的噪声项却是有色噪声。为了得到无偏的参数估计,本文提出一种预滤波方法。仿真例子表明这种方法是很有效的。     

旋转对固体火箭发动机燃烧室燃气流动的影响

采用RNG k-ε湍流模型,计算了某管状装药旋转固体火箭发动机在不同旋转速度情况下的燃烧室喷管统一流场,着重分析了不同转速情况下燃烧室内燃气流动的特点,得到了该发动机燃烧室内旋流切向速度沿径向分布趋势以及旋流涡核半径在不同转速情况下的变化特点,对燃烧室前封头局部区域的流场结构也进行了较为细致的分析.     

新型单级式DC/AC逆变器

提出了两种新型的单级式隔离 DC/AC逆变电源的结构拓扑——半桥式单级逆变电路拓扑和推挽式单级逆变拓扑 ,分析了它们的工作原理及特点。电路拓扑结构简洁 ,可靠性高。仿真和实验样机测试结果证明 ,该电路拓扑在不同性质负载下能够可靠工作 ,电气性能优 ,效率较高 ,适用于小功率高压和低压直流输入电源。     

微小型捷联惯导系统解析式对准方法研究

对静基座下微小型捷联惯导系统对准技术进行了研究。给出了6种解析式粗对准的对准方法,通过对这6种方法的理论对准误差进行推导,得出对应的理论对准误差结果,其中2种方法误差较小,同时进行仿真,仿真结果验证了理论对准误差推导的正确性。因此,在传感器精度相同的条件下,本文为静基座下微小型捷联惯导系统的粗对准的实现确定了效果较好的2种方法。最后采用了其中的4种方法对实测的微小型IMU数据分别进行了对准验证分析,获得了很好的效果。     

迎角过载边界限制器的设计方法

介绍了迎角过载边界限制器的意义、设计要求和一些有代表性的国内外飞机的边界限制器设计方法。边界限制经历了硬限制、软限制、反馈限制和比较逻辑反馈限制几个阶段。分析了这些设计方法的优缺点,并对比较逻辑反馈限制器的设计方法进了理论推导,提出了这类边界限制器重要参数的确定方法。