Mapping mean lake surface from satellite altimetry and GPS kinematic surveys

Lake water height is a key variable in water cycle and climate change studies, which is achievable using satellite altimetry constellation. A method based on data processing of altimetry from several satellites has been developed to interpolate mean lake surface (MLS) over a set of 22 big lakes distributed on the Earth. It has been applied on nadir radar altimeters in Low Resolution Mode (LRM: Jason-3, Saral/AltiKa, CryoSat-2) in Synthetic Aperture Radar (SAR) mode (Sentinel-3A), and in SAR interferometric (SARin) mode (CryoSat-2), and on laser altimetry (ICESat). Validation of the method has been performed using a set of kinematic GPS height profiles from 18 field campaigns over the lake Issykkul, by comparison of altimetry’s height at crossover points for the other lakes and using the laser altimetry on ICESat-2 mission. The precision reached ranges from 3 to 7 cm RMS (Root Mean Square) depending on the lakes. Currently, lake water level inferred from satellite altimetry is provided with respect to an ellipsoid. Ellipsoidal heights are converted into orthométric heights using geoid models interpolated along the satellite tracks. These global geoid models were inferred from geodetic satellite missions coupled with absolute and regional anomaly gravity data sets spread over the Earth. However, the spatial resolution of the current geoid models does not allow capturing short wavelength undulations that may reach decimeters in mountaineering regions or for rift lakes (Baikal, Issykkul, Malawi, Tanganika). We interpolate in this work the geoid height anomalies with three recent geoid models, the EGM2008, XGM2016 and EIGEN-6C4d, and compare them with the Mean Surface of 22 lakes calculated using satellite altimetry. Assuming that MLS mimics the local undulations of the geoid, our study shows that over a large set of lakes (in East Africa, Andean mountain and Central Asia), short wavelength undulations of the geoid in poorly sampled areas can be derived using satellite altimetry. The models used in this study present very similar geographical patterns when compared to MLS. The precision of the models largely depends on the location of the lakes and is about 18 cm, in average over the Earth. MLS can serve as a validation dataset for any future geoid model. It will also be useful for validation of the future mission SWOT (Surface Water and Ocean Topography) which will measure and map water heights over the lakes with a high horizontal resolution of 250 by 250 m.     

三元整体叶轮的曲面造型及其计算机辅助制造技术

针对一种三元整体叶轮,采用B样条方法对叶片中性面上顶部和根部的两组数据点进行了插值曲线的反算,进而构造出直纹面形式的叶片中性面和叶片曲面;研究了在五坐标机床上采用球头棒铣刀侧铣加工叶轮时的刀位计算方法,给出了在UG环境下的叶轮曲面建模方法及其数控加工仿真步骤。     

基于响应面近似模型的拉延筋优化

首先以等效拉延阻力为设计变量,通过均匀拉丁方实验设计构造拉延筋响应面近似模型;然后以最佳成形效果为约束条件,选用二次序列规划法与混合整数规划结合的方法,得到了拉延筋参数优化结果。通过对某车型侧围内上板拉延模拉延筋的优化,验证了该方法的有效性。     

航空齿轮磨削加工安装偏心误差补偿研究

磨齿加工时齿坯几何中心与回转工作台轴心存在安装偏心误差,降低了磨齿加工精度。以数控成型砂轮磨齿机工作原理为基础,建立偏心误差磨削加工几何模型;提出安装偏心误差补偿法,建立偏心误差补偿数学模型,通过数学模型求出磨削砂轮在X、Y两个方向的进给补偿增量;以YK73125数控成型砂轮磨齿机为例,进行安装偏心误差补偿实验,齿轮的左右齿面单个齿距极限偏差绝对值分别减小了0.9μm和1.6μm,齿距累积总偏差绝对值分别减小了49.6μm和43.3μm。结果表明:安装偏心误差与单个齿距偏差和齿距累积总偏差成正比;采用安装偏心误差补偿进行磨齿加工,有效地减小了单个齿距偏差和齿距累积总偏差,齿轮的精度有所提高。     

基于响应面法的超燃冲压发动机进气道多目标优化

基于响应面法进行了二维混合压缩超燃冲压发动机进气道的多目标优化研究.采用均匀试验设计确定试验方案,运用计算流体动力学求解进气道的性能.根据分析结果构造了响应面近似模型,该模型采用了完全二阶多项式模型.通过响应面近似模型的优化,实现了超燃冲压发动机进气道优化,得到了Pareto最优集.结果表明,采用均匀试验设计和响应面法可以大大减小数值模拟的计算量,提高优化效率.     

飞机外形和结构件反求建模技术研究

 探讨了基于特征的飞机外形和结构件反求建模策略,并给出曲面特征和实体特征的定义,该方法支持具有完整特征表达的模型快速重建。提出了大规模散乱数据k近邻的空间球搜索算法,其逐步增大搜索范围的策略可有效提高搜索效率。研究了结构件与外形相关曲面特征的重建方法,当贴合面较窄、外形线接近于直线时,采用直纹面逼近,否则由蒙皮曲面等距间接求取。研究了基于工程约束的曲面形状修改算法,以B样条曲面需满足的点、线、面几何约束为目标约束,通过最小化形状修改前后差曲面的弯曲能得到精确满足目标约束的光滑曲面,推导了曲面弯曲能和曲线约束的表达式。最后,以飞机翼肋模型反求为例验证了所提方法的可行性。     

等离子体处理对非晶态合金镀层表面改性研究

通过微波等离子体处理方法对Ni-W、Ni-W-B非晶态合金镀层表面进行改性的研究,测量了表面改性对非晶态镀层耐蚀性、表面成分及结构的影响.结果表明,经过微波等离子体处理过的Ni-W、Ni-W-B非晶态合金镀层,提高了在H₂SO₄、HNO₃溶液中的耐蚀性以及在700℃环境下的抗氧化性能;微波等离子体处理过的非晶态合金镀层表面含W量和含O量相对提高了;镀层结构仍然是非晶态.     

杯形砂轮铣磨二次曲面的数学模型与误差分析

运用几何方法,推导了杯形砂轮铣磨二次曲面的数学模型和砂轮轨迹的计算公式。分析了加工残留误差,砂轮磨损以及砂轮倾角误差对面形精度的影响。     

一种相变热图的图像处理方法

相变热图技术中,为了得到风洞试验模型表面的热流分布,必须对相变热图序列进行相变线提取.首先通过特殊的时-空变换,将所有原始序列图像的直接分割转化为对少量合成图像的分割,在减小计算量的同时较好地解决了原始图像中由于相变区域模糊而难以分割的问题.同时,为了解决由于模型表面存在镜面反射造成的模型头部区域相变线提取不准确,引入镜面反射模型,并通过分割和参数求取过程的迭代执行计算出反射模型各参数,对合成图像进行整体性亮度补偿并最终得到良好的分割结果.最后根据提取出的相变线位置和材料相变温度,完成热流值的计算.通过比较表明本文结果更为准确合理,也验证了所提出分割方法的有效性,促进相变测温技术的广泛应用.     

基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展

总结了近十年来弯曲激波压缩研究的主要成果。提出了弯曲激波压缩系统的新概念,即利用特殊设计的楔形弯曲压缩面或空间弯曲压缩面,产生一系列与前缘弱激波相互交汇或叠加的压缩波系,从而使前缘激波弯曲,形成特殊的弯曲激波,它与波后的等熵压缩波来共同完成对气流的压缩。在此基础上,实现了由给定出口气动参数的超声速内流道反设计,实现了由给定压缩面压力分布和给定压缩面马赫数分布要求的型面反设计,实现了由给定激波波面的压缩型面反设计。研究证明,弯曲压缩面-弯曲激波压缩系统具有良好的综合气动性能,为高性能高超声速进气系统的气动设计提供了一种全新的设计方法。