Particle acceleration and gamma rays in solar flares: Recent observations and new modeling

Experiments on SMM, GAMMA, Yohkoh, GRANAT, Compton GRO, INTEGRAL, RHESSI and CORONAS-F satellites over the past three decades have provided copious data for fundamental research relating to particle acceleration, transport and energetics of flares and to the ambient abundance of the solar corona, chromosphere and photosphere. We summarize main results of solar gamma-astronomy (including some results of several joint Russian–Chinese projects) and try to appraise critically a real contribution of those results into modern understanding of solar flares, particle acceleration at the Sun and some properties of the solar atmosphere. Recent findings based on the RHESSI, INTEGRAL and CORONAS-F measurements (source locations, spectrum peculiarities, ³He abundance etc.) are especially discussed. Some unusual features of extreme solar events (e.g., 28 October 2003 and 20 January 2005) have been found in gamma-ray production and generation of relativistic particles (solar cosmic rays, or SCR). A number of different plausible assumptions are considered concerning the details of underlying physical processes during large flares: (1) existence of a steeper distribution of surrounding medium density as compared to a standard astrophysical model (HSRA) for the solar atmosphere; (2) enhanced content of the ³He isotope; (3) formation of magnetic trap with specific properties; (4) prevailing non-uniform (e.g., fan-like) velocity (angular) distributions of secondary neutrons, etc. It is emphasized that real progress in this field may be achieved only by combination of gamma-ray data in different energy ranges with multi-wave and energetic particle observations during the same event. We especially note several promising lines for the further studies: (1) resonant acceleration of the ³He ions in the corona; (2) timing of the flare evolution by gamma-ray fluxes in energy range above 90 MeV; (3) separation of gamma-ray fluxes from different sources at/near the Sun (e.g., different acceleration sources/episodes during the same flare, contribution of energetic particles accelerated by the CME-driven shocks etc.); (4) asymmetric magnetic geometry and new magnetic topology models of the near-limb flares; (5) modeling of self-consistent time scenario of the event.     

降低亚轨道飞行器再入法向过载峰值的攻角设计方法

针对亚轨道飞行器再入中的大过载问题,提出一种通过保持法向过载动态平衡以大幅降低法向过载峰值的攻角设计方法。该方法基于再入飞行中过载演化特性,通过自主分段、预测反馈及迭代修正对再入攻角进行设计,使攻角变化率与法向过载的期望平衡值相适应,并可经过重复计算及收敛实现法向过载峰值最小化。仿真计算的结果表明,该方法能够大幅降低亚轨道飞行器再入中的法向过载,且按照该方法设计所获攻角策略可有效用于亚轨道飞行器再入任务规划、再入轨迹和制导律设计。
     

助推-滑翔导弹射程管理技术研究

针对助推-滑翔导弹全程弹道设计问题,提出了基于能量管理的射程管理技术,采用助推段能量管理机动和滑翔段阻力加速度能量管理方法,研究并提出了具体的射程管理方案,分析了不同射程管理方案对射程的影响及其射程区间,验证了通过能量管理实现射程管理的可行性,确定了助推-滑翔导弹射程的可覆盖范围,并给出了一组特定射程下的飞行参数。研究结果表明,通过能量管理技术可实现大范围的射程调节,最小射程可到最大射程的49.3%,采用该射程管理技术可实现助推-滑翔导弹弹道快速、灵活设计,为其发射参数的装订提供了一种新的途径。     

超声速磁流体加速实验及一维模型分析

为了获得负载系数、电导率等参数变化对超声速磁流体加速效果的影响规律,利用激波风洞,采用氩气与碳酸钾作为工质,电容提供电能的方式,在磁感应强度为0.5T的条件下,进行了不同电容充电电压下的超声速磁流体加速实验研究,并对一维定常理想分段法拉第型磁流体加速模型进行了分析.通过实验获得了不同电容充电电压下#10电极间的电压、电流、负载系数、电导率及#20电极开路电压等数据,在300, 400V电容充电电压下,气流速度分别增加11.4%和24.0%,在500V电容充电电压下气流速度减小11.1%.实验及模型分析得出不同的负载系数会使超声速磁流体处于加速或减速的不同状态,而电导率会影响注入总能量的大小,使磁流体流动的速度梯度大小发生改变.      

光滑粒子流体动力学的一种并行数值计算方案

在三维超高速碰撞数值计算方面,针对三维光滑粒子动力学（SPH）方法计算量大和耗时长的缺点,文章提出了一种简单直接、易于编程实现的SPH并行计算方案,并简述了该方案的基本思想、任务划分、变量存储、信息传递以及主要计算步骤。最后利用自编并行程序计算了两个超高速碰撞实例,结果表明:针对几百万个粒子,在运算速度为每秒5万亿次的“银河”计算机上申请23个核并行计算,每步约需要8 s,加速比约为10,并行效率约为50%,计算时间显著减少。     

基于递推傅里叶变换的飞行器参数在线辨识方法

在线辨识在现代飞行控制系统设计中扮演越来越重要的角色,飞行器模型的在线更新使得人们可以采用更智能的控制方法。基于计算精度和速度的考虑,在线辨识方法通常以递推方式进行,主要分为时域和频域两大类方法。在建立飞行器系统模型结构的基础上,利用频域递推傅里叶变换及最小二乘方法,实现对气动及控制偏导数的在线辨识。针对某飞机纵向通道的在线辨识仿真验证该方法有效,且计算速度和收敛速度快,辨识结果与参数真实值之间的一致性好,方法对传感器噪声有较强的适应性。最后,分析比较了各种典型激励信号对辨识结果的影响,为进行实际在线辨识试验提供了参考依据。     

弯折翼尖对飞翼布局飞机气动特性影响

为提升无尾飞翼布局飞机航向控制能力,以典型飞翼布局飞机模型为研究对象设计了翼尖可绕弦线方向偏转结构。基于FL-14风洞单自由度动态试验系统开展了静态和动导数试验,研究了飞翼布局飞机基本气动特性及翼尖偏转对全机气动特性的影响。结果表明：无尾飞翼布局飞机航向呈静不稳定,航向动稳定性极弱,航向增稳设计及控制很有必要;翼尖偏转有助于增强飞机的航向静、动稳定性,并很好地解决了传统阻力类舵面航向增稳时导致全机升阻比下降气动效率降低的问题;翼尖偏转能够有效改善飞翼布局飞机恶化的荷兰滚模态使之趋近于常规布局飞机模态,这有利于简化飞机横航向控制律设计方法。弯折翼尖结构具有舵面少、效率高的特点,是航向增稳的有效手段,具有应用价值。     

改善机床运动的五轴刀轨光顺方法

建立了五轴数控加工刀轨光顺优化模型,改善了线性插补方式下拐角过渡运动中的机床加速度情况。考虑了5个轴加速能力的差异,以轴加速度比,即轴实际达到的最大加速度与其允许最大加速度的比值,来衡量轴的加速度情况,以5个轴加速度比的平方平均数在整体上衡量机床的加速度情况,降低该值可提高机床运动平稳性。采用最短距离线法在初始刀轨的各切触点处建立了刀轴偏航角和俯仰角的可行域,使光顺后的刀轨满足残高和无过切要求。实例表明:该方法可有效光顺五轴数控加工刀轨,改善机床加速度情况,提高机床运动平稳性。      

精密定轨中三类经验加速度的有效建模方法

根据瞬时速度脉冲、逐段常量经验加速度和周期性摄动加速度模型的特点,分别给出敏感矩阵的有效计算方法,以及最小二乘批处理的设计矩阵和法方程矩阵的分块结构。该建模方法将灵敏度矩阵数值积分规模和存储规模降为O(n),而传统方法为O(n 2)。应用GRACE-A星载GPS观测数据对法方程的计算效率测试,结果表明：对于瞬时速度脉冲和逐段常量经验加速度模型,当采用伪距观测量时,法方程构建效率提高1倍;当采用伪距加载波相位观测量时,效率提高3.5倍。对于周期性摄动加速度模型,效率没有明显提高,主要原因在于模型参数较少,矩阵分块建模方法的优越性尚未体现。     

涡扇发动机加速过程转速预测模型

以某型涡扇发动机为研究对象,深入研究了不同条件下加速瞬态过程的飞行试验数据,通过分析转速的变化特性,建立了该型发动机加速瞬态过程的转速预测模型,同时结合飞行试验数据对发动机预测模型进行了验证,结果表明预测模型计算与飞行试验数据吻合度较高,可用于该型发动机加速瞬态过程的转速预测。