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地球磁层中能量的注入、传输和耗散

中国科学:地球科学 2025年

作者：符慧山曹晋滨北京航空航天大学空间与地球科学学院空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室

地球磁层是众多人造卫星的运行区域,同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路,因此地球磁层和人类的生活密切相关,是人类向外拓展生存空间的重要区域.通常情况下,地球磁层是平静的,阻挡了来自太阳和星际空间的大部分能量,... 详细信息

地球磁层是众多人造卫星的运行区域,同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路,因此地球磁层和人类的生活密切相关,是人类向外拓展生存空间的重要区域.通常情况下,地球磁层是平静的,阻挡了来自太阳和星际空间的大部分能量,从而把地球上的人类和其他物种很好地保护起来,使地球成为一个宜居的星球.然而,在极端条件下,地球磁层变得非常活跃且充满能量,这些能量会损坏人造卫星、威胁航天员、破坏地面民用设施,从而给人类的航天活动和国民经济带来损失.因此,研究这些能量如何注入地球磁层、如何在地球磁层中传输以及最终如何在磁层中进行耗散是空间物理领域的核心问题,具有重要的科学意义和潜在的应用价值.本文围绕这三个问题展开讨论,回顾近年来国内外的相关研究进展,阐述其中存在的关键科学问题,介绍其中涉及的模型、方法以及与此相关的卫星探测计划,目的是把地球磁层中的能量注入、能量传输、能量耗散有机地串联起来,呈现一个完整的磁层能量链条,揭开磁层能量链条与空间天气事件之间的关系,并讨论磁层能量事件的预报和预警方法.本文介绍的磁层能量链将有助于揭示空间天气机理、建立空间环境模型、预报空间天气事件.

关键词：地球磁层能量注入能量传输能量耗散

基于EHVI加点准则的DSI进气道气动/隐身多目标代理优化方法研究

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西北工业大学学报 2019年第5期37卷 918-927页

作者：樊华羽詹浩程诗信米百刚西北工业大学航空学院陕西西安710072 清华大学航天航空学院北京100084

针对无附面层隔道超声速进气道(DSI)气动隐身多目标优化设计问题,以DSI进气道三维鼓包压缩面(bump)为设计对象,开展DSI的气动、隐身多目标优化设计研究。采用自由曲面变形(FFD)方法实现DSI进气道bump面的参数化表达;分别采用基于雷诺平... 详细信息

针对无附面层隔道超声速进气道(DSI)气动隐身多目标优化设计问题,以DSI进气道三维鼓包压缩面(bump)为设计对象,开展DSI的气动、隐身多目标优化设计研究。采用自由曲面变形(FFD)方法实现DSI进气道bump面的参数化表达;分别采用基于雷诺平均N-S方程的计算流体力学方法(CFD)及大面元物理光学法(LEPO)配合一致性几何绕射理论(UTD)计算边缘绕射场的RCS分析方法计算DSI进气道的气动、隐身性能;选择结合基于动态超体积期望改善(EHVI)加点的动态Kriging代理模型与ASMOPSO算法的高效多目标粒子群算法对DSI进气道进行综合寻优设计研究。在较少的调用真实目标函数的情况下,获得了比较优秀的Pareto前沿,通过对所选解的分析比较可知优化后的DSI进气道在气动及隐身方面均优于原始构型。

关键词： DSI进气道 EHVI加点 ASMOPSO优化算法气动隐身多目标优化

基于MLP的压实黄土干湿循环过程中含水量分布研究

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建筑结构 2025年

作者：杨晓侯旭辉柳明亮胡长明姚志华朱武卫胡婷婷袁一力陕西省建筑科学研究院有限公司北京工业大学建筑工程学院西安建筑科技大学土木工程学院中国人民解放军空军工程大学航空工程学院

含水量是土壤属性的重要表征参数，也是岩土工程领域十分重要的基础数据。通过高分辨率扫描仪获得不同含水量的压实黄土表面彩色图像，提取图像RGB值建立多层感知器（MLP）模型，并对MLP模型进行训练和测试，完成压实黄土含水量回归模... 详细信息

含水量是土壤属性的重要表征参数，也是岩土工程领域十分重要的基础数据。通过高分辨率扫描仪获得不同含水量的压实黄土表面彩色图像，提取图像RGB值建立多层感知器（MLP）模型，并对MLP模型进行训练和测试，完成压实黄土含水量回归模型的构建。在此基础上，进行压实黄土干湿循环裂隙试验，结合数字图像相关法（DIC），分析了土体裂隙演化过程中的含水量分布。结果表明：压实黄土表面颜色随含水量增加而变暗，含水量与RGB值呈负相关关系；MLP模型对压实黄土含水量的预测结果较好，决定性系数R2=0.89，均方根误差RMSE=1.741；MLP模型能有效预测压实黄土在干湿循环过程中含水量的分布场。

关键词：压实黄土干湿循环裂隙 MLP模型含水量分布

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基于多视角的民机正向设计建模方法

航空学报 2023年第10期44卷 150-171页

作者：毕文豪范秋岑李德林张安西北工业大学航空学院西安710072 中国航空研究院北京100029

针对民机正向设计中存在的建模对象复杂耦合程度高、建模理论支撑不足、利益相关方需求缺乏模型描述等问题,提出了基于多视角的民机正向设计建模方法。首先,通过分析民机正向设计流程和基于模型的系统工程(MBSE)方法论,明确民机正向设... 详细信息

针对民机正向设计中存在的建模对象复杂耦合程度高、建模理论支撑不足、利益相关方需求缺乏模型描述等问题,提出了基于多视角的民机正向设计建模方法。首先,通过分析民机正向设计流程和基于模型的系统工程(MBSE)方法论,明确民机正向设计自顶向下的映射和关联关系;然后,引入多视角对民机设计流程进行多方位解耦与描述,分析各视角下的建模元素及其逻辑关系,将设计领域知识流与各视角下建模流程相结合,通过建模语言SysML对多个视角下的民机正向设计模型进行抽象建模描述;最后,通过舱压控制系统建模实例验证了本方法能够有效契合民用飞机系统的设计。

关键词：基于模型的系统工程(MBSE) 多视角正向设计民用飞机舱压控制系统

强迫振动和极限环振动时域响应的高效预测方法研究

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振动与冲击 2016年第13期35卷 140-147页

作者：刘艳白俊强华俊刘南西北工业大学航空学院西安710072 中国航空研究院北京100012

建立一种基于改进Kriging的KSBRF(Kriging-Surrogate-Based Recurrence Framework)降阶模型(ReducedOrder Model,ROM),用于高效地预测非线性非定常气动力及力矩、极限环振动(Limit Cycle Oscillations,LCO)等。首先基于Kriging代理模型建立非线性系统输入-输出关系的循环预测框架。然后对翼型做沉浮/俯仰组合运动时的非线性非定常气动力进行辨识。结果表明:在固定来流马赫数情况下,KSBRF预测结果与CFD计算结果吻合良好,阻力系数及俯仰力矩系数等的平均预测误差均在2.0%以内;在变来流马赫数情况下,升力系数和俯仰力矩系数的平均预测误差在2.5%以内,而阻力系数的预测误差则稍大,但也不超过7.0%。通过研究不同m,n取值对模型精度的影响,得出考虑历史效应有利于提高当前时间步的模型预测精度。除此之外,还对NACA64A010翼型的LCO振动形态进行预测,预测结果与CFD计算结果吻合良好,误差均保证均小于5.17%,节省近三分之二的计算时长。

关键词：代理模型降阶模型 Kriging插值非定常气动力极限环振动

高阶谐波平衡方法中非物理解来源分析及改进方法研究

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力学学报 2016年第4期48卷 897-906页

作者：刘南白俊强华俊刘艳西北工业大学航空学院西安710072 中国航空研究院北京100012

对于周期性非定常问题,高阶谐波平衡(High-order Harmonic Balance,HOHB)方法将非定常方程的解用Fourier级数展开至一定阶次,从而消除其中的时间导数项,大大降低了计算消耗.本文以达芬振子方程为例,探讨了HOHB方法中非物理解的来源,分... 详细信息

对于周期性非定常问题,高阶谐波平衡(High-order Harmonic Balance,HOHB)方法将非定常方程的解用Fourier级数展开至一定阶次,从而消除其中的时间导数项,大大降低了计算消耗.本文以达芬振子方程为例,探讨了HOHB方法中非物理解的来源,分析结果表明:非物理解出现的原因是在推导过程中非线性项的简化处理导致方程左右两边并不严格相等.根据非线性项的特点,在其处理过程中扩充子时间层上的时域解,并将非线性项中出现的更高阶谐波截断,使方程左右两边严格相等.通过对达芬振子方程进行数值模拟发现:改进方法在消除非物理解的同时,也显著减少了计算所需谐波数.对比参考文献发现,同阶改进方法的精度和原始谐波平衡方法基本相当,证明了本方法的可行性.最后将本方法应用于具有立方刚度非线性的气动弹性系统中,验证本方法的工程适用性.但是,当方程中非线性项较多时,本方法所需要的计算消耗会有所增加.

关键词：周期性系统 Fourier级数高阶谐波平衡方法立方非线性达芬振子非物理解

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CT试样裂纹电位测定的最佳方案分析

力学与实践 1989年第3期11卷 51-54页

作者：路民旭王春生姜伟之西北工业大学北京航空学院

本文分析了 CT 试样裂纹电位测定方案,给出了最佳电流输入点和电位探测点,并指出 Johnson 公式原则上不适用于 CT 试样.

关键词： CT试样裂纹电位法疲劳测定

基于当地变量的横流转捩预测模型的研究与改进

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航空学报 2016年第3期37卷 780-789页

作者：史亚云白俊强华俊杨体浩西北工业大学航空学院西安710072 中国航空研究院北京100012

Langtry和Menter提出的转捩预测模型需要改进以具备预测横流转捩的能力。当地变量Helicity参数可以指示边界层内的横流信息,因而可用来构造适用于复杂构型以及当代计算流体力学(CFD)并行计算的横流转捩预测模型。实现了基于Helicity参... 详细信息

Langtry和Menter提出的转捩预测模型需要改进以具备预测横流转捩的能力。当地变量Helicity参数可以指示边界层内的横流信息,因而可用来构造适用于复杂构型以及当代计算流体力学(CFD)并行计算的横流转捩预测模型。实现了基于Helicity参数的横流转捩预测模型,对于后掠角为45°的NLF(2)-0415无限展长后掠翼,模型能够预测不同雷诺数对横流转捩的影响,但是对6∶1椭球的横流转捩预测结果与试验数据相差较多。针对实现的横流转捩预测模型的缺点,考虑横流速度因素进行改进。横流速度的求解经过简化近似可以当地求解,因而保证了改进的模型完全基于当地变量的优势。采用改进后的横流转捩预测模型分别对NLF(2)-0415机翼、6∶1椭球以及DLR-F5机翼进行数值模拟,并与试验数据进行对比分析,结果显示改进后的横流转捩预测模型可以较为准确地捕捉横流转捩现象。

关键词：边界层横流转捩当地变量横流速度 Helicity参数并行计算

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菱形连翼布局俯仰力矩非线性特性数值分析

北京航空航天大学学报 2017年第8期43卷 1567-1576页

作者：孙俊磊王和平周洲汪子义西北工业大学航空学院西安710072 北京机电工程研究所北京100074

采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对高空长航时(HALE)菱形连翼布局无人机(UAV)的俯仰力矩非线性特性进行了研究。研究结果显示菱形连翼布局飞机具有2个明显的俯仰力矩非线性区域并存在上仰现象。通过采用湍动能来表示后翼受前翼尾... 详细信息

采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对高空长航时(HALE)菱形连翼布局无人机(UAV)的俯仰力矩非线性特性进行了研究。研究结果显示菱形连翼布局飞机具有2个明显的俯仰力矩非线性区域并存在上仰现象。通过采用湍动能来表示后翼受前翼尾流直接扫掠而导致的流场结构改变的强度和影响范围来解释其中一个俯仰力矩非线性区域出现的原因。通过分析前后翼流场分离的特性来解释出现另一个俯仰力矩非线性区域和力矩上仰的原因。研究了总体布局参数变化对菱形连翼布局无人机俯仰力矩特性的影响,结果显示通过调整总体布局参数可以有效地缓解俯仰力矩特性曲线非线性对飞行性能带来的影响。

关键词：高空长航时(HALE) 菱形连翼布局数值模拟俯仰力矩特性总体参数