Electrodynamic Coupling in the Solar Wind-Magnetosphere-Ionosphere System

This paper presents a brief summary of our recent work based on global MHD simulations of the Solar wind-Magnetosphere-Ionosphere (SMI) system with emphasis on the electrodynamic coupling in the system. The main conclusions obtained are summarized as follows. (1) As a main dynamo of the SMI system, the bow shock contributes to both region 1 Field-Aligned Current (FAC) and cross-tail current. Under strong interplanetary driving conditions and moderate Alfven Mach numbers, the bow shock's contribution may exceed more than fifty percent of the total of either region 1 or cross-tail currents. (2) In terms of more than 100 simulation runs with due southward Interplanetary Magnetic Field (IMF), we have found a combined parameter f = E_swP_swM_A^-1/2 (E_sw, P_sw, and M_A are the solar wind electric field, ram pressure, and Alfven Mach number, respectively): both the ionospheric transpolar potential and the magnetopause reconnection voltage vary linearly with f for small f, but saturate for large f. (3) The reconnection voltage is approximately fitted by sin^3/2θ_IMF/2, where θ_IMF is the IMF clock angle. The ionospheric transpolar potential, the voltage along the polar cap boundary, and the electric fields along the merging line however defined they may be, respond differently to θ_IMF, so it is not justified to take them as substitutes for the reconnection voltage.     

一种控制系统故障处理中的互斥设计方法

航天器控制系统中多种故障处理均进行推力器切换操作,而推力器切换操作需要多个控制周期来完成,一旦开始执行应不被打断,否则会导致推力器切换错误.针对在短期内先后触发两种及以上故障时可能导致推力器切换时序冲突和推力器切换错误的情况进行了充分分析.提出了一种软件互斥设计方法,解决多种故障短期内交叉耦合触发引起的推力器切换错误问题.测试结果表明,该方法能使单故障和多故障触发的推力器切换操作正确有效.     

带挠性附件航天器刚柔耦合动力学

针对有板式挠性附件的航天器，根据几何变形约束法引入有限元方法，用Lagrange方程建立系统的刚柔耦合一次近似动力学方程组。在动力学方程中获得了与大范围刚体运动有关的动力刚度项。仿真结果表明，在柔性体大范围运动时动力刚度项的影响较大，忽略动力刚度项的传统动力学建模方法会给出错误结论。     

一种多任务驾驶员模型的层次结构

针对现代飞机操作中的驾驶员行为特征．研究了多任务情况下的驾驶员模型。首先对多任务驾驶员行为进行了层次划分．提出了一种基于技能、规则和知识三个层次的驾驶员模型框架结构，分析了各层的功能及模型实现的基本思路。然后，将经典的驾驶员模型与智能控制理论相结合，探讨了一种多任务驾驶员模型底层结构的实现模式。最后，以某型民航飞机为例，对其降落航线进行了仿真。结果表明，模型是合理的。     

直升机旋翼桨-涡干扰状态非定常气弹载荷高精度预估

为准确计算直升机旋翼在复杂的桨-涡干扰(BVI)状态下的气弹载荷,在刚性旋翼计算流体力学方法中引入桨叶弹性变形的影响,建立了一套适合于弹性旋翼BVI状态气动特性分析的计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合方法.CFD模块对Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS)/Euler方程进行求解,并采用双时间法推进和Baldwin-Lomax(B-L)湍流模型.CSD模块采用中等变形梁假设的有限元模型,通过Newmark-Beta方法求解桨叶运动方程.通过代数变换方法进行桨叶网格变形,并建立一个适于流场/结构信息交换的CFD/CSD耦合方法.在分别验证CFD和CSD模块的有效性的基础上,开展UH-60A直升机旋翼的BVI 状态载荷分析,并与飞行测试数据进行了对比.计算结果表明:相比于旋翼综合分析中的升力线理论和刚性旋翼CFD方法,耦合的CFD/CSD方法可以更准确地预测BVI状态气弹载荷,并有效地模拟桨叶前行侧方位角和后行侧方位角附近的BVI现象,对BVI导致的升力波动幅值和相位的计算结果均与试验值吻合良好.      

方形截面飞行器上仰机动对滚转特性影响的数值模拟

飞行器从中小迎角至大迎角范围内,由于背风区流动分离形态的演化,静态气动特性特别是横侧向气动特性也随迎角显著变化,可能诱发复杂的滚转运动。但飞行器一般是上仰机动时,才从平飞状态快速拉起至大迎角,此机动过程对横侧向气动特性和滚转运动可能产生较大影响。本文发展了刚体动力学方程和Navier-Stokes方程的松耦合求解技术,并通过数值模拟航天飞机脱落碎片的六自由度运动轨迹进行了验证。针对背风区涡流形态及横侧向气动特性复杂的方形截面飞行器,数值模拟研究了其不同迎角下的静态滚转气动特性、自由滚转运动特性,以及上仰机动时不同拉起速率对滚转运动特性的影响。结果表明,对于此飞行器,静态时存在临界迎角约为13°,当迎角小于临界迎角时,滚转方向是静不稳定的,诱发快速滚转运动;当迎角大于临界迎角时,滚转方向是静稳定的,其滚转运动是收敛的。但上仰机动时,滚转运动的形态还与拉起速率相关,即使拉起的终止迎角大于临界迎角,如果拉起速率较慢,也可能出现快速滚转运动。     

2099铝锂合金型材热压下陷模具结构优选

2099铝锂合金型材热压下陷成形在飞机零件制造中应用广泛,下陷成形时容易出现温度分布不均、型材上表面回弹不一致以及裂纹等缺陷,模具结构对其下陷零件的质量具有较大影响.通过热力耦合有限元数值模拟预测2099铝锂合金型材热压下陷成形过程,分析上述缺陷产生的原因,对模具加热结构、测压块和固定下模进行优选.有限元数值模拟和试验结果表明,优选后的模具能够较好地消除或缓解上述缺陷,提高了下陷零件的质量.     

基于CFD耦合DEM并行算法的旋翼飞行器桨叶沙盲现象模拟分析

旋翼飞行器处于地效（IGE）悬停状态易吸入沙尘从而引起沙盲现象。为了研究出现沙盲现象时的悬停流场与沙尘的运动规律,采用基于雷诺平均 N-S 方程及 k-ω（SST）湍流模型,结合计算流体力学（CFD）与离散元（DEM）耦合并行算法,使用 Fluent 软件进行流场连续相计算;通过 API 传递流场信息至离散相,计算直升机旋翼的悬停流场,并与可得到的 PIV 测量结果进行对比;再将流场动量数据传输给离散相,计算沙尘的完整运动轨迹和颗粒分布。结果表明：在对流场精确模拟的同时,采用离散元方法对沙尘颗粒受力运动以及空间分布较好地模拟,能够多参数化地了解地效流场和细微沙尘颗粒受力运动规律,直观呈现沙盲的发展过程。     

电晕耦合无声放电结构电极配置数值模拟

提出了一种电晕耦合无声放电结构,通过对线-板式电晕耦合无声放电结构静电场进行数值模拟,得出了不同线-板电极配置下的电场分布,结合流光形成、发展和传播所需的静电场条件,分析了电极配置。结果表明,对于一定的放电电压和线-板间距,存在一个较优的线电极直径,使之既满足于电晕放电的起晕,又满足于流光放电的发生、发展及稳定传播。对于一定的线-板间距,线-线间距存在一个有效范围。     

外腔式Fabry-Perot光纤传感器的研制及其在智能材料中的应用

在制作外腔式Fabry-Perot干涉 (FPEI) 光纤传感器中,提出并解决了基于抛光光纤端面并在其上镀上多层介质膜的关键技术,从而解决了外腔式Fabry-Perot干涉光纤传感器的干扰和稳定性问题.使探测系统大大简化,传感器性能显著增加,成本下降.本文还首次用模式理论计算了两波的干涉输出光强与位移的关系.最后将FPEI应变传感器贴附在一个分布式智能悬臂梁上,检测到振动频率及轴向应变值,其结果与用压电片监测到的结果完全一致.