基于ADTD的FY-4A卫星闪电探测性能分析

为评估风云四号A星(Fengyun-4A,FY-4A)的闪电探测性能,提出了基于星地闪电数据统计特征的匹配方法:选取较大时空窗口,进行星地数据匹配;对匹配数据的时间差和距离差进行概率统计,确定最合适的时空窗口。通过对我国2020年夏季(6—8月)FY-4A和地基闪电定位系统(advanced direction and time-of-arrival detecting system, ADTD)的闪电数据进行统计,确定时间间隔3.4 s,空间经纬度间隔0.6°作为星地数据一致性分析的时空窗口。基于此时空窗口开展了星地闪电数据的对比分析,结果表明,星地数据时间偏差平均值为1.3 s,空间偏差平均值为23.73 km;FY-4A闪电探测效率为19%,FY-4A探测效率具有明显的日变化特征,白天平均探测效率为7%,明显低于夜晚的31.1%,且白天12:00—14:00时探测效率最低,仅为2.3%;FY-4A闪电数据的光辐射强度日变化特征与太阳高度角的变化呈正相关,白天12:00—14:00时光辐射强度最大达到1 391μJ/m2/sr,比夜晚光辐射强度(124μJ/m2/sr)高一个量级,白天只有光辐射较强的闪电才能被FY-4A闪电成像仪(lightning mapping imager, LMI)捕获,进一步解释了白天闪电探测效率低的原因。

液滴撞击恒温多孔介质表面的数值模拟

为探究多孔介质物性参数对液滴撞击动力学的影响,笔者基于恒温多孔材料的表面温度T;、孔隙度Φ、平均颗粒直径d;以及接触角θ等参数对液滴变形过程进行了数值研究。借助计算流体力学软件FLUENT进行数值模拟,基于局部热平衡(local thermal equilibrium, LTE)假设,观察液滴在宏观概化多孔介质模型中的铺展与渗透过程。研究发现:液滴的铺展和渗透之间是相互竞争的。恒温多孔介质的表面温度越高,液滴的渗透能力越强;孔隙率越大,液滴的渗透深度越大;平均颗粒直径越小,液滴的铺展半径越大;液滴的接触角越大,湿润性能则越差,铺展半径越小。

液滴撞击热多孔介质表面的数值模拟

为了探究液滴撞击热多孔介质表面的热流耦合问题,笔者建立了三角锯齿模型来表征多孔材料的表面粗糙度,运用二维轴对称模型来简化三维问题的计算。运用流体体积法(volume of fluid,VOF)来追踪液滴变形过程中两相界面的变化,运用RNG k-epsilon模型来计算湍流的影响。研究结果表明:液滴的We数越大,润湿能力越强,多孔材料的降温效果也越好;多孔材料表面温度T;越高,液滴的渗透能力越强,多孔材料的降温效果也越好;液滴比热容c;越小,液滴的渗透能力越强,但对多孔材料的降温效果越差;多孔材料表面粗糙度R;越大,液滴润湿能力越差,但对多孔材料的降温效果增加。该研究成果对多孔介质表面湿润、渗流及传热热有一定的参考意义。

一次人工触发闪电回击过程的光辐射色散特性分析

采用改进的连续小波变换对一组人工触发闪电的回击过程光学辐射信号进行了色散特性分析,并与经典R-L-C传输线模型的计算结果进行了对比.结果表明,回击过程光学辐射信号不同频率分量的到达时间随频率的增加具有非线性变化;在不同频率分量的到达时间曲线上,低频段均出现了一个转折频率,并且转折频率的大小通常在10-25 kHz之间.该转折频率的存在为评估回击通道特性和电导率提供了一类新的参数化依据,据此估算了此次触发闪电六次回击过程的通道电导率,平均变化范围为(0.59-0.96)×10^(4) S/m,总体平均值约为0.77×10^(4) S/m,与经典评估结果相似.

一款透明柔性超材料宽频微波吸收器

超材料作为一种新型人工复合材料,因其独特的电磁特性,已成为物理学、材料学和电磁学界的研究热点。本文提出了一款兼具微波宽频吸收和透明、柔性特点的超材料。该反射型超材料共3层,分别为周期单元吸波层、介质基板和反射底板。基于阻抗匹配理论推导的吸波层阻抗匹配曲线,为宽频吸波优化设计提供了准确、高效的理论指导。仿真结果表明,当超材料总厚度仅为最大截止波长的0.091时,微波吸收率高于90%的频率范围为8.2~22 GHz,总带宽达13.8 GHz,相对带宽为91.4%,实现了微波宽频吸收。同时,由于周期单元为对称结构,该超材料对入射电磁波极化特性不敏感。另外,通过选用聚氯乙烯(PVC)和氧化铟锡(ITO)材料,该超材料还同时具备光学透明和柔性的特点,因此在武器装备的视窗雷达隐身和共形雷达隐身方面具有潜在的应用价值。