谈谈空气动力学与天文学的边缘领域——宇宙气体动力学的一些课题

前言空气动力学研究飞机、火箭等物体周围的气流,天文学研究恒星、星系等,乍一看来,两者似乎没有什么关系。可是,两者的关系并不那么疏远。光谈看法不如摆出事实,让我们翻开手边的天文学书籍看一看吧!书中讲到,恒星是气团,恒星飞行的空间中充满着气体;还讲到,看来是悠久不变的星空,实际上是瞬息万变地运动着的空间,其中存在着超新星大爆发、星系旋臂形成激波、在星际空间中作超音速飞行的      

旋转力学系统的长期稳定性及其工程应用

引言旋转力学系统包括各类陀螺仪、机械转子和各类飞行器(火箭,卫星和行星际站)等.另外,各种天体都普遍作着多种多样的旋转运动,例如地球、行星的自转和绕太阳的公转,恒星和星系的旋转,这些都属于旋转力学系统的研究范畴.     

岩石力学实验设备和新技术简介

地球科学研究甲的一个重要问题,就是可以观测的地下深度太浅了.当代最深的钻孔也不到12公里,比起地球的半径(6371公里)是非常之浅的.因此,要了解更深处地球的情况,主要有两种方法。一种是借助于间接的方法,也叫做反演方法,例如地震波方法,即利用在地球表面上的地震波观测资料,反演地球内部的情况。从这个意义上可以说,地震仿佛是一盏灯,发震时照亮了地球内部结构。另一种是实验的方法,研究组成地球的岩石与矿物在地球环境下的力学性质和可能 ...     

经纬仪测星评估惯导系统姿态角误差方法

针对动态条件航天测量船惯导系统姿态角精度鉴定和评估这个困扰多年的难题,提出一种利用经纬仪观测恒星对惯导姿态角误差进行解算的方法:用短时间(每颗星记录2 s)观测方位角大致均匀分布的多颗恒星数据解算惯导姿态角误差的稳态分量;用较长时间(每颗星记录200 s以上)观测特殊方位角单颗恒星的数据,观察惯导姿态角误差的动态特性,详细介绍了该方法数学模型的推导过程,从理论上分析了该方法各种数据误差源对解算精度的影响,并利用实际观测数据对惯导姿态角误差稳态分量和动态特性进行了解算和观察,结果与航天测量船惯导系统的设计指标基本吻合,表明该方法可以作为评估航天测量船惯导系统姿态角动态精度的一种有效手段.     

一种双星敏感器联合确定船体姿态方法

单星敏感器横滚测量精度偏低会影响航向测量精度,采用双星敏感器联合的方法可以有效提高船姿精度,其中关键是蒙气差修正和联合姿态确定方法。目前蒙气差修正一般采用基于恒星观测矢量的修正方法,联合姿态确定方式一般采用基于双视轴指向联合的方法。以上在蒙气差中需要引入初始船体姿态,而且修正迭代解算过程复杂,再者单星敏感器需要识别4颗以上恒星才能获得视轴指向,如果其中一个无法获得视轴指向,双星敏感器无法解算船体姿态。针对上述情况,提出了一种新的双星敏感器联合确定船体姿态的方法,包括基于恒星参考矢量的蒙气差修正方法和基于恒星观测矢量的联合姿态确定方法。基于该方法蒙气差修正不再需要初始船姿,而且在理论上只需双星敏感器各自至少有1颗可识别恒星,即可完成船体姿态角的解算。试验结果表明该方法降低了双星敏感器获取船体姿态角所需的可识别恒星数量限制,提高了双星敏感器获取船体姿态的能力。     

计算地球物理流体力学中的非线性计算不稳定问题

一、序论§1 引言计算地球流体力学中的非定常问题(包括数值天气预报、气候数值模拟、海流数值模拟和风暴潮数值预报等)大多是非线性时变偏微分方程的求解问题,无论是用有限差分法、有限元法还是用谱展开法都可能出现非线性计算不稳定。就以数值天气预报和大气环流数值模拟问题来说,一般是对一组复杂的非线性偏微分方程的初、边值问题数值求解,譬     

惯性/天文组合导航中的时空坐标转换及其误差分析

针对惯性/天文组合导航中将天文传感器测量信息从天球坐标系到地球坐标系转换的问题,研究了其转换过程中涉及到的时间系统和坐标转换关系,前者包括世界时、地球时、太阳系质心力学时、原子时和协调世界时等时间概念,后者包括岁差、章动、视恒星时和极移等旋转变换。对坐标转换过程中小于0.1″的因素进行了忽略和近似简化,误差分析表明,除地球自转角的计算需要比较精确的UT1时间外,其他天文参数计算中的时间输入均可直接使用UTC时间代替。仿真结果显示,所提简化算法的转换精度达到了0.2″,满足角秒级的天文传感器测姿精度需求。     

导弹竖直过程中加速度计的自标定方法

结合系统的实际应用,提出了一种导弹竖直过程中加速度计自标定方法。该方法让其在竖直过程中停留任意六个或六个以上的位置,利用地球重力加速度矢量建立三轴加速度计输出方程,并采用数学方法将此非线性方程线性化,变成了微处理器容易求解的形式。联立六位置过程中的加速度计输出方程,解算出加速度计的零位和标度因数,然后实施补偿。该方法不需要大理石平板,不需知道载体姿态,标定费时少,可以有效提高加速度计的使用精度,具有一定的工程应用价值。     

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三组看来风马牛的人和词. 但我猜测其中有点联系,都和共振有关． 阿诺德 （V.I. Arnold 1937- ）, 当代俄罗斯数学家。阿诺德舌头（英文用复数 tongues）"是一个力学术语, 它说明振动理论中一种广义的共振现象。朱载堉 （1536-1611）,明代宗室,所以英文文献中称他为 Prince Zhu (或 Prince Chu),他最早提出音律中的十二平均律。翁文波(1911- 1994 ), 已故地球物理学家, 他提出＂可公度性＂作为预测的一种方法．     

滞后细观模型在岩石力学中的应用

对以砂岩为代表的所谓``NME材料'的力学行为研究方面的一些新的概念和模型进行了评介.首先介绍了一种基于所谓``滞后单元'的描述滞后现象的物理模型------Preisach-Mayergoyz(P-M)模型,然后详细阐述了P-M模型应用于模拟岩石的非线性滞后应力应变关系的过程和结果.这种唯象模型很好地描述了宏观上的滞后表现和``离散记忆'效应.接着本文对应变能耗散的力学机制进行了简单分析. 最后,介绍了一种描述弹性波在``NME材料'中传播规律的数学方法, 该方法从一般的弹性波传播规律出发,分析了``NME材料'特殊的力学性质给弹性波传播带来的影响,揭示了产生特殊的弹性波传播规律的原因.      

电磁加热条件下皮肤组织的生物热力学行为

研究目的是开发一种数学方法来计算传热过程、热引起的力学响应以及相应的疼痛等级, 从而对临床上应用的各种加热疗法之间的差别进行定量评估. 采用基于有限差分法的数值模拟方法, 基于无限大和均匀化假设, 分析了各种热疗法中皮肤组织的温度、烧伤和热应力分布. 研究发现: 充血对热损伤的影响很小, 但对皮肤的温度分布影响很大, 而这又反过来显著影响由此产生的热应力场; 对于激光加热, 光波越短则峰值温度越高, 但峰值更接近皮肤表面温度; 激光和微波加热所产生的热应力集中于表皮顶层, 因为发热量沿皮肤深度方向呈指数衰减; 薄角质层(常常被忽略)对皮肤组织的热力学响应起主导作用.      

基于空间目标异步观测的惯导误差快速确定

针对惯性/天文组合导航系统中大的初始状态误差影响惯导误差收敛速度的问题,在星相机观测具有先验位置信息的有限空间目标的辅助下,提出一种基于目标-恒星角距异步测量的惯导误差在线快速确定方法。首先,在星相机光轴旋转角度和视场角大小受限的情况下,设计了通过异步照相观测方式获取有效空间目标参考信息的方案;其次,在利用惯导误差状态传播模型实现异步测量信息同步处理的基础上,构建基于空间目标与恒星之间角距的非线性最小二乘优化模型,避免了星相机的光轴扰动和安装误差对测量精度的影响;最后,基于高斯牛顿法设计了两轮迭代优化估计惯导位置误差和速度误差的方法。蒙特卡洛仿真结果表明,所提方法利用对空间目标和恒星的有限观测信息,可以有效估计惯导位置误差和速度误差,在初始位置误差约十千米量级的情况下,可以估计补偿约97.73%的位置误差以及66.25%的速度误差,优化求解误差参数的计算耗时为0.0160 s。     

大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室研究进展

2006年大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(State Key Laboratory Modelling forAtmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, LASG)在国家973项目、国家自然科学基金委重大、重点项目、创新研究群体科学基金、院创新团队国际合作伙伴计划项目、院方向性项目等的资助下, 在天气气候动力学、气候模式发展、可预报性研究、上层海洋－低层大气生物地球化学与物理过程耦合研究和计算地球流体力学等方面取得重要进展.      

大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室研究新进展

中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)主要从事地球流体(大气和海洋)宏观演变规律和机理的系统理论、     

基于持续同调的边坡破坏过程的拓扑特征研究

首先利用软件UDEC对边坡处于地震荷载作用下的失稳破坏过程进行模拟,研究了边坡失稳破坏时的动态响应,得到了边坡的变形特征和位移云图,然后运用持续同调理论对边坡失稳状态进行分析,生成条码图,从条码图中提取边坡的拓扑特征,找到边坡失稳临界状态对应的拓扑特征,建立拓扑特征与失稳演化的关系.最终为边坡失稳破坏预测提供一种拓扑化研究工具.研究表明,最长贝蒂1条码的变化反映了边坡的演变过程及失稳破坏规律,贝蒂1条码的突变意味着边坡发生了失稳破坏.运用离散元法和持续同调理论对边坡处于外荷载作用下的破坏特征进行研究,可以更好地了解边坡的破坏机理,为工程防护提供理论依据,同时也为边坡安全设计与灾害预报研究提供了一种全新的数学方法.     

TYPHOON,SOLITON AND HELICAL STRUCTURE-AN APPROACH TO COMBINE DIFFERENT DISCPLINES

台风和孤立子都是小尺度不稳定流动受扰动的激励,吸收基本流场的能量而形成的. 当它们各自所受的耗散、弥散、平流或对流作用分别达到平衡时,其运动形态在一段较长时间内保持稳定. 通过研究螺旋结构,考察它们在局域能量维持方面相似的动力学特性. 通过理论分析和大型地球流体模拟转盘的双台风实验、以及拟开展的数值实验,将探索和检验“能否将台风看作是大尺度三维螺旋孤立子”,这既是研究台风和孤立子的形成机制及其动力学特性的一种新的思路,也是将二者融合起来研究的方法论的一种新途径.     

大气非线性与湍流过程中动力学复杂性的研究与进展

通过实验数学方法、元胞自动机模型（并行算法与实际过程的模拟）、大型转盘模拟实验以及计算机数值模拟（用串行算法模拟时间演化的长期行为）来研究大气系统非线性过程与湍流过程中出现的混沌随时间演化的宏观特性、气溶胶粒子凝聚增长机制,湍流的拟序结构,系统状态在临界点的突变和多重平衡态以及台风的孤立子拓扑性质,促进学科新概念新方法的相互交叉与渗透,从分析、综合上升到整体研究（ＩｎｔｅｇｒａｔｉｖｅＳｔｕｄｙ）,在非线性动力学层次上认识大气系统复杂性的本质,这些都是大气科学领域中当前迅速发展的前沿课题,具有重要的科学意义和实际应用价值。      

水利水电工程中的一些力学计算问题

水力学是历史悠久的学科。国民经济建设的很多方面皆和水力学有密切关系,提出了很多新的研究课题,所以水力学的内容不断扩大。研究水力学的方法不外三类,即实地观测、室内试验和数学分析。用数学方法分析水力学的学科常被称为水动力学。以往用数学分析方法的缺点是,不从基本微分方程中略去某些项就不容易得出解答,而略去后解答又很难反映实际流动。近20年来计算技术发展很快,为数学方法的发展和应用创造了条件,水力学领域中也逐渐广泛应用了数值计算方法。      

耗散粒子动力学模拟方法的发展和应用

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法是一门新兴的介观尺度数值模拟技术,是研究复杂物系介观结构的一种重要手段,也是联系宏观尺度和微观尺度的重要模拟方法之一.首先介绍DPD模拟方法的提出和它的发展过程;接着从DPD的理论模型、数值积分方法、参数的选择以及模拟系统与真实系统之间的映射关系4个方面介绍DPD的方法体系;然后介绍DPD模拟方法在复杂流体中的应用情况,具体包括多相流的聚集、微相分离和液滴的变形、破碎以及微通道内的流动等;最后, 对此领域的发展方向进行了预测分析.      

关于一类电-力振动模型的建模与分析

从电学、力学的基本原理出发,通过数学方法建立和分析了一种电-力振动模型。这是一种较复杂的电力混合作用的线性振动系统,由模型的特殊结构(类扬声器结构)作者确立了两种磁场,即感生磁场和外磁场两者正交独立,并规定了电学、力学两种不同物理量的坐标取向关系。该模型需要求得三阶正系数常微分方程的收敛解,再求得包含暂态、稳态项的完整解。另外,文章从能量和做功的角度,通过对电压电流间的相位差分析,对所建模型的正确性作了论证,同时也为这类建模引荐了一种论证手段。