Cross-hemisphere comparison of mid-latitude ionospheric variability during 1996–2009: Juliusruh vs. Hobart

Analysis of a long-time series of hourly median characteristics of the ionospheric plasma at two mid-latitude locations in the Northern and Southern hemisphere, Juliusruh (54.6N; 13.4E) and Hobart (42.9S; 147.3E), reveals patterns of their synchronous and independent variability. We studied timelines of GPS vTEC, ionogram-derived F2-layer peak electron density NmF2, ionospheric equivalent slab thickness τ, and their ratios at two locations during the complete 23rd solar cycle and its following period of the extremely low solar activity in 2008–2009. This study has also involved the comparative analysis of the observed data versus the model predictions by IRI-2012. During the high solar activity in 2000–2002, seasonal variations show a complicated cross-hemisphere behavior influenced by the winter and semi-annual anomalies, with the largest noon-time values of TEC and NmF2 observed around equinoxes. Strength of the winter anomaly in NmF2 was significantly greater at Juliusruh in comparison with Hobart. The winter anomaly in GPS vTEC values was much weaker than in NmF2 for the Northern hemisphere mid-latitudes and was entirely absent at the Southern hemisphere. Cross-hemisphere analysis of the equivalent slab thickness shows its clear seasonal dependence for all levels of solar activity: the day-time maximum τ_max is observed during local summer, whereas the day-time minimum τ_min is observed during local winter. The night-time values of τ were higher compared to the day-time values during the winter and equinox seasons. Comparative model-data study shows rather good IRI performance of the day-time NmF2 for mid-latitudes of both hemispheres and rather noticeable overestimations for the mid-night NmF2 values during high solar activity. Analysis of IRI vTEC demonstrates the model limitations, related with the absence of the plasmaspheric part, and actual demand in a reliable and standard ionosphere–plasmasphere model for analysis of GPS vTEC.     

固体火箭发动机喷流中电子密度的实验研究

研究如何利用固体火箭发动机工作产生的非均匀等离子体喷流流场,改变飞行器的目标光电特性是导弹等飞行器突防的一个重要课题.对此进行了一些初步的探索性实验,获得了两种不同固体火箭发动机喷流流场电子密度的有关数据,其中双基推进剂约为109cm-3量级,复合推进剂10^10～10^11cm^-3量级.试验表明,将固体火箭发动机作为等离子体发生器是一种行之有效的方法,可以获得需要的电子密度值.     

电子束焊接熔池流场数值模拟研究

基于电子束焊接"钉型"焊缝特征,建立了高斯面和旋转高斯衰减体复合热源模型,采用ANSYS FLOTRAN CFD有限元软件,对焊接熔池流场进行了数值模拟,研究了熔池内液态金属在温度场作用下涡漩流动过程,电子束、熔池、液态金属蒸汽之间相互作用关系,电子束匙孔效应、匙孔壁能量传递方式,熔深方向液态金属流动机理等;将316L不锈钢热物性参数输入复合热源模型,通过仿真计算,得到了316L不锈钢焊接工艺规范,即加速电压为60 kV,电子束流为30 mA,焊接速度为8 mm/s,采用该规范焊接的316L不锈钢试件焊缝拉伸强度为425 MPa,满足设计要求。通过对比数值模拟与实际焊接结果表明:模拟熔池形貌与实际焊缝形貌一致,数值计算结果与焊接试验结果相吻合,从而证明复合热源模型是正确和适用的。     

基于EMT采用FEM研究含裂纹介质中弹性波传播机制

了解和掌握弹性波在含有裂纹介质中的传播规律是开发利用页岩气等非常规油气资源中的关键科学问题.本文基于数值模拟的优点,采用商用有限元软件Nastran模拟弹性波在含裂纹介质中的激发及传播方式,分析了弹性波在该介质中裂纹微结构(密度和纵横比)对弹性波传播动力学特性的依赖程度.结果表明:有限元方法(FEM)可以用于该问题的研究;Hudson等效介质理论(EMT)不适用泊松比近0.5的材料;裂纹密度、纵横比的增大会减小纵波(P波)波速值,以及衰减位移时域响应的首波振幅,且裂纹密度对于该材料的各向异性的影响要远大于纵横比的作用.      

中国上空过渡流区大气月平均状态的模拟结果

利用美国海军研究实验室在MSIS系列模型基础上发展的大气模型NRLMSISE-00, 模拟研究了2001年—2013年中国上空过渡流区80～140 km高度的大气状态。对于中国东部和中部过渡流区, 基于模拟数据得到的月平均结果显示大气密度和温度呈现一致的变化趋势, 还表现出与太阳活动的显著关联。谱分析的结果显示, 在90 km高度以上大气密度呈现半年周期变化, 在90～110 km高度范围这种半年变化的幅度随纬度增大。在100 km高度, 上半年出现的半年周期过程中密度的最大、最小值分别出现在3月和6月, 明显超前中、高热层的半年周期过程。     

基于经验模态分解的地球同步轨道高能电子通量预报

在磁暴恢复相期间,大量相对论(高能)电子从磁层的外辐射带渗透到地球同步轨道区.其中> 2 MeV的高能电子能够穿透卫星表面并聚积在材料内部,导致卫星无法正常运行或完全损坏.磁暴期间的高能电子通量变化的非平稳与非线性特征十分明显.通过实验发现,经验模态分解法能够极大地降低高能电子通量非平稳性问题造成的预报影响.以2008-2009年的数据作为训练集,2010-2013年数据作为测试集.结果表明:2010-2013年的预报率约为0.84;在太阳活动较为复杂的2013年,预报率达到0.81.引入经验模态分解后预报效率得到显著提高.     

利用微加工工艺提高空间行波管收集极效率

针对二次电子发射系数对空间行波管收集极效率的影响,通过降低二次电子发射系数的方法,提高收集极的效率。并以无氧铜为例,使用化学刻蚀的方法对无氧铜样片进行表面处理,得到规则微孔阵列结构。使用二次电子发射测试平台对有无表面处理的无氧铜样片进行测量。测量结果显示,经化学刻蚀处理后的样片的最大二次电子发射系数由1.33减小到0.96,二次电子发射抑制效果明显。将测得的两个二次电子发射系数曲线用于空间行波管收集极的模拟设计中。选用已有的3个收集极结构模型,使用模拟软件进行仿真并计算收集极效率。结果表明,3个收集极结构模型的效率分别由原来的80.1%、57.5%、42.1%提高到82.55%、62.6%、59.2%。该结果对于空间行波管收集极的设计具有重要参考价值。     

空间行波管阴极寿命试验研究

空间行波管是卫星通信系统中最重要的功率放大器,必须具有较长的工作寿命。空间行波管的寿命主要受阴极寿命的制约,因此为了保证空间行波管的长期在轨工作,需要开展大量的阴极寿命试验研究,并对阴极寿命进行预测。共投入50支电子枪进行寿命试验,累计进行寿命试验1823080h,最长单管寿命试验时间65411h。基于寿命过程中的逸出功变化,建立了空间行波管阴极寿命预测模型。预测空间行波管阴极在960℃_b（℃_b为亮度温度）支取1A/cm²发射电流密度时寿命超过43年;在980℃_b支取1A/cm²时寿命超过22年;在1000℃_b支取1A/cm²时寿命超过15年。预测结果表明,空间行波管阴极可以满足卫星通信系统应用的长寿命要求。     

基于动态集成算法的航空发动机气路参数预测

针对单一学习机对航空发动机气路参数预测困难的问题,提出了基于动态加权核密度估计（DWKDE)组合方法的集成预测算法,该组合方法选择测试样本的近邻样本,通过评估学习机在近邻样本的局部性能动态确定各学习机的权值,并基于该权值利用加权核密度估计实现数据序列的集成预测。该组合方法不易受离群值和样本不对称分布的影响,将该组合方法用于AdaBoost.RT和AdaBoost.R2算法,获得了改进后的集成学习算法。实验证明:相比于神经网络和原始集成学习算法,改进后的集成学习算法较好地提高了航空发动机气路参数序列的预测精度,方均根误差（RMSE)指标至少可降低27%。