Heliopause stability revisited: dispersion analysis and numerical simulations

The heliopause, a surface separating the tenuous hot heliosheath flow and the dense, strongly magnetized interstellar flow, is subject to instabilities of the Rayleigh–Taylor and Kelvin–Helmholtz types. The dynamic evolution of this discontinuity is of considerable importance for understanding the neutral atom and cosmic-ray filtration at the interface. Here, we investigate the stability of the upwind heliopause in the presence of charge exchange collisions using both an analytic (dispersion relation) approach and a numerical model that includes the interstellar magnetic field. The linear analysis yields a cubic dispersion relation that admits imaginary solutions for the full range of wavenumbers, implying that the stagnation point on the heliopause is unconditionally Rayleigh–Taylor unstable to small perturbations propagating parallel to the discontinuity surface. We confirm this result by following the nonlinear development of the instability with a time-dependent simulation using a four fluid MHD-neutral numerical code. For the typical solar wind and LISM conditions, we obtain cyclical evolution of the upwind heliopause with a period of the order of 100 years. We also identify two areas of space physics where the instability may have important implications.     

非线性系统辨识的Taylor级数方法

 <正> 近些年来,在系统的辩识、分析及最优控制方面出现了一些利用正交函数逼近处理的数值方法,诸如沃尔什函数、切比雪夫多项式、勒让德多项式、拉盖尔多项式及富里叶级数。Sparis(1985)及Lee(1987)等学者将Taylor级数应用于系统的分析及最优控制。本文将Taylor级数应用于一类非线性时不变系统的辩识。     

第Ⅱ、Ⅲ型膨胀映射的不动点定理

3种膨胀映射的定义及其相应的不动点定理是由王尚志等首先提出和建立的。之后，何松年对第一型膨胀映射的不动点定理做了进一步讨论，现报道膨胀映射不动点定理研究工作的继续和深入。着重进一步研究第二型和第三型膨胀映射的不动点定理，给出了两个理论上更深刻、应用上更方便的新结果。     

温度误差修正与微分膨胀系数

提出一种更切合实际的温度误差补偿和修正方法：采用微分膨胀系数代替平均膨胀系数。同时介绍了微分膨胀系数的测量方法及其测量不确定度。     

基于多项式近似的空间碎片群体轨道预报算法

快速准确地分析空间碎片群轨道演化行为对于其他在轨航天器碰撞规避至关重要。在各摄动力的作用下,空间碎片群演化运动呈现出复杂的非线性特征。空间碎片群体个体数量巨大,如果通过对空间碎片群中每个空间碎片进行轨道积分来分析群体预报的方法会导致计算量过大。针对该问题,提出一种基于多项式近似的轨道快速预报分析方法。该方法将空间碎片群分为少量的标称碎片和其他大量关联碎片。针对标称碎片的轨道预报采用数值积分求解保证预报精度;而针对其他大量的关联碎片轨道预报问题,采用多项式泰勒展开半解析方法求解,从而在保证预报精度的前提下有效减少空间碎片群轨道预报的计算量。为了验证方法的有效性,对不同空间碎片群进行了轨道预报仿真。仿真结果表明,当轨道预报精度设定在1m范围内时,多项式近似算法的计算量较蒙特卡洛方法计算效率提高了2.2~17.2倍,验证了所提出方法的有效性。     

超音速喷管收缩扩张段匹配问题研究

超音速喷管由收缩和扩张两段组成,是高速风洞中获得超音速流动的重要部件。对于超音速喷管收缩段设计方法的研究较多,但尚未见到喷管收缩段的几种设计型面曲线如何与扩张段合理匹配问题的研究。针对以上的问题,利用CFD数值模拟方法对几种收缩曲线与扩张段匹配问题进行了计算。通过对计算结果进行对比分析,发现不同收缩曲线对超音速喷管内流有一定的影响,分析了流场特征,展示了马赫数在喷管内部的分布。     

SINS基于非线性量测的大失准角初始对准算法

针对陆用捷联惯导系统(SINS)大失准角初始对准问题,提出一种基于二阶非线性量测的二阶泰勒级数展开的初始对准算法。首先,将大失准角非线性对准问题,转化为具有线性系统方程和二阶非线性量测方程的滤波问题。然后,设计基于二阶非线性量测方程的二阶泰勒级数展开的滤波算法,可以在任意姿态和无初值条件下进行初始对准和参数估计。最后进行车载对准试验,结果表明,新算法可以在300s内完成实现大失准角初始对准,对准精度与传统分段对准算法相当。     

固体推进剂药柱不确定结构分析及方法比较

针对复合固体推进剂力学性能参数的不确定性对固体火箭发动机药柱结构分析的影响,使用软件ANSYS parametric design language(APDL)建立了受固化降温载荷和压力载荷联合作用下药柱结构的参数化有限元模型.在此基础上,分别应用蒙特卡洛法和响应面法,研究了复合固体推进剂热膨胀系数与初始泊松比的随机分布对药柱结构有限元分析的影响,并对两种方法得到的概率分析结果进行了对比.结果表明:复合推进剂热膨胀系数和初始泊松比微小的变化会对结构分析结果产生较大的影响;药柱结构响应对初始泊松比更为敏感.在药柱结构有限元分析时考虑推进剂力学性能参数的不确定性十分必要.通过对两种不确定结构分析方法的比较发现,响应面法得到的分析结果与蒙特卡洛法得到的分析结果十分接近,且分析效率远高于蒙特卡洛法.      

扩张半角对无喷管助推器性能的影响分析(英文)

用数值分析的方法研究了扩张半角对固冲发动机无喷管助推器性能的影响规律.研究结果表明,随着扩张半角的增大,比冲先增加后减小,扩张半角取22°可使比冲达到近优:这一结论与有关文献的实验结果基本一致;从流动损失方面考虑,在无喷管助推器设计中,药柱出口端面与冲压喷管之间不应出现台阶,应使扩张段连续地过渡到冲压喷管上.本文结论可为无喷管助推器的设计改进提供参考.     

基于膨胀度可控的SERN设计及试验验证

单边膨胀喷管（SERN）是超燃冲压发动机的关键部件,由于其几何非对称,在发动机点火/熄火瞬间,SERN会产生较大的冷热态俯仰力矩差,影响飞行器的稳定性。现有解决方法主要是利用几何/气动调节方式,但都有不利影响。本文提出了基于膨胀度可控的SERN设计的新方法,将采用该方法得到的喷管模型B与基准喷管模型A进行了对比研究,并对模型B进行缩比冷流试验,试验与数值模拟结果吻合良好。研究结果表明：飞行马赫数为4.5时,模型B的推力系数比模型A仅仅下降了0.1%,而模型B比模型A的冷热态俯仰力矩差减小了80.49%;飞行马赫数为6.5时,模型B的推力系数比模型A不仅上升1.1%,同时模型B比模型A冷热态俯仰力矩差还下降12.73%,验证了设计思想的正确性,为提高SERN俯仰力矩性能提供了一种新的思路。