摘要：航空发动机叶片气动性能设计的改进要求叶片加工系统采用高精度、高效率的加工工艺,基于传统建模方法的叶片加工系统已难以满足当前的加工需求。提出一种基于改进麻雀搜索算法(SSA)的拟合方法,旨在利用最少控制点高效地达到曲线拟合的目标精度,进而提升传统建模方法的精度和效率,建立适用于数字孪生生产环境的高精度、高实时性的三维叶片模型,提高航空发动机叶片的加工合格率。启发式优化算法在B样条曲线拟合中存在收敛慢的问题,而SSA不断跃向最优解的特性使其能快速收敛。基于此,改进SSA的位置更新函数并给出内节点向量更新范围的概念,通过自动迭代内节点向量配置,利用最小二乘法计算最优控制点,依据局部和全局误差计算适应度值并参与下次迭代,多次迭代后得到符合目标精度的拟合曲线。此外,为提高SSA搜索最少控制点的效率,设计一种二分搜索方法。采用某型叶片截面数据进行拟合验证,结果表明,与传统定义节点向量方法和经典优化算法相比,该方法具有较高的拟合精度和收敛效率,在20和80个控制点下分别取得了1e-3 mm和1e-5 mm左右的拟合精度,在5e-3 mm目标精度下,收敛效率较粒子群优化算法、标准SSA分别提升了14.5%~97.8%和35.8%~70.1%,搜索最少控制点的效率较传统方法提升了34.7%~49.6%。

摘要：本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,并运用体素化分析方法模拟其在海面的运动情况,构建了虚拟海洋环境观测载体。系统根据涉海专业出海实践内容设计观测实验,还原了海风观测实验和CTD观测实验,能有效缓解当前涉海高校实践教学资源的不足,提高海洋人才的培养质量。

摘要：为揭示台风过程对南海北部沿岸流场的影响,本文利用2015年7月至8月华南沿海现场观测和数值同化数据,分析研究了“灿鸿”“浪卡”和“苏迪罗”三个台风过程引起的南海北部沿海陆架波过程。结果显示,台风过程会在近岸形成自台湾海峡以北沿华南沿岸至琼州海峡的向SW方向传播的陆架波流,平均传播速度为38.4 km/h,产生的SW向海流平均可达30~50 cm/s,引起的最大增水超过50 cm。台风陆架波的影响与台风强度和位置有关,台风越强、距离研究区域越近,所产生的影响越大。研究成果有助于加强陆架海洋环境对台风的响应过程及其物理机制的科学认识,可为华南沿海以及南海陆坡等地区的工程全潮测验结果典型性分析提供重要参考和依据。

摘要：随着海洋观测技术和海洋数值模拟技术的发展,海洋学家已经能够获取海量的时空连续的海洋数据。但目前人们对于三维海洋大数据缺乏高效的交互可视探索手段,因此,利用科学可视化技术展现海洋数据,以及更深一步地挖掘时空数据规律是建立对海洋大数据从感知到认知的关键技术桥梁。本文利用体绘制技术从传输函数特征点数量、特征颜色映射以及表现特征的线型三个方面,设计针对海洋温盐异常数据以及压力异常数据的传输函数标准形态模式,能够直观有效地表现海洋涡旋温盐和压力异常三维结构。本文优化了球面光线投射算法,在保证绘制质量的情况下,实现了大规模海洋三维涡旋实时交互展示;同时实现了三维数据的内部漫游功能,能够更加清晰且完整地表现局部海洋涡旋的三维结构。通过可视分析发现,处于黑潮延伸体附近的气旋涡(CE,Cy⁃clone Eddy)温度异常呈“上正下负”的三维结构;由于涡旋引起的海水升降运动,部分反气旋涡(AE,Anticyclone Eddy)盐度异常呈现出“上正下负”的三维结构;相较于温盐异常结构,海洋涡旋压力异常结构轮廓更为清晰且不会出现上下不一致的情况。

摘要：为实现近场风场的非接触式高分辨、高精度测量,弥补脉冲相干测风激光雷达在近场风场测量存在盲区的缺陷,选用对人眼安全的1550 nm工作波长的高功率连续波光纤激光器作为光源,基于激光多普勒相干测风原理,通过改变连续波激光聚焦位置实现风场不同位置的风速探测。为提高系统的信噪比(SNR),优化选取了当前系统本振光功率参数;并通过优化设计“有效频谱质心”算法,对连续波测量体积内存在多个速度分量数据进行处理,从而提高数据反演精度。使用该激光雷达系统与超声波风速计进行对比实验,风速数据相关性为0.98,标准差为0.16 m·s^(−1)。在此基础上,利用该激光雷达系统进行长期风速观测实验,选取不同天气气溶胶含量差别较大的多组数据进行分析,同时对近地面及近建筑物风场内风速的变化进行了探究。局地风速观测实验结果表明,该激光雷达系统的风速测量区间为0.3∼18 m·s^(−1),风场测量位置2∼30 m,能够实现风场风速梯度的连续测量。

摘要：为验证研制的国产气象水文传感器的性能,设计了直径3 m的圆盘式小型浮标,拟搭载所有传感器在2000 m以深海域开展应用试验。统计了试验海域的有义波高、波浪周期、最大风速和表层流速等环境参数,计算了浮标的质量、重心、吃水、受力投影面积和惯性矩等设计参数。以三维势流理论和波浪辐射-绕射理论为基础,使用AQWA软件在频域内对浮标进行水动力计算,仿真了浮标工作时所受的一阶波浪力、附加质量、附加阻尼和运动幅值响应因子,通过仿真结果对浮标设计方案进行优化,优化后的浮标计算结果随波浪频率变化平缓,幅值合理且无激增点,表明该浮标与工作海域内的波浪没有发生明显谐振,对环境载荷有足够的承受能力,方案可用于浮标研制。

摘要：针对水体小角度范围内后向散射强度测量难的问题,基于沙氏成像原理设计了水体沙氏激光雷达系统。介绍了水体沙氏激光雷达系统的设计、模拟及搭建,并对去离子水、自来水及河水三种水体进行水槽实验。详细介绍了多测量介质条件下的距离校正方法。将后向散射的光束宽度和强度变化情况与分光光度计测量数据进行比较,发现激光光束的宽度及强度变化表征光束衰减情况,同时可表征不同水体的后向散射强弱规律。分光光度计数据与水体沙氏激光雷达数据结果具有较好的一致性。

摘要：海洋中尺度过程包括涡旋、锋面和内波等现象,是海洋中一类重要的动力过程,在全球气候变化、海洋能量热量和物质输送过程中起着重要作用。对此类过程的观测与研究,在海洋资源勘测、海洋生物探索以及军事等领域也有着较为重要的现实意义。水下滑翔机已成为近年来观测中尺度过程的重要工具之一。文中以海燕-Ⅱ自主式无人水下滑翔机作为研究对象,首先,根据动量和角动量定理建立了其六自由度动力学模型;然后,利用Simulink仿真对该模型进行了验证,由仿真结果可知,所提出的动力学模型能够较好地实现运动仿真;最后,针对几种中尺度过程不同的探测要求,设计了水下滑翔机的运动方案,并进行了空间采样运动的仿真,仿真结果可为日后实际观测应用提供参考和优化参数。

摘要：针对船舶声信号降噪滤波的问题,提出了一种基于经验模态分解-归一最小均方的算法。该方法进行经验模态分解得出噪声分量,将得到的噪声分量作为输入信号进行自适应滤波,通过自适应滤波算法迭代处理得到降噪后的信号分量,并把信号分量叠加得到最终降噪后的信号。通过对比最小均方算法、归一化最小均方算法、经验模态分解-最小均方算法和经验模态分解-归一最小均方算法对船舶声信号的降噪效果,得出在船舶声信号滤波降噪方面经验模态分解-归一最小均方算法相比于其他三种算法有更好的滤波效果。

摘要：不同海洋动力过程之间的相互作用决定了海洋系统内部的结构,外观表征上则反映了海洋动力要素的空间及剖面精细化分布与演变特征,海洋动力系统相互作用理论愈来愈成为支撑海洋耦合数值模式与数值预报发展的重要基础。不同于Reynolds尺度平均概念,基于局域平稳均匀统计意义下的集合平均可易于实现集合层级和系统划分。在此基础上提出了一种实用的集合平均方法,分析了不同海洋动力过程之间的相互作用机理,包括大尺度动力过程对中、小尺度过程的输运、剪切生成作用,以及后者对前者的混合作用。重点揭示了湍流、波动对涡旋/环流的输运通量剩余量主要分量所起的作用,探讨了波动强剪切生成湍流的能量贡献效应等性质,为海浪-海流耦合实用模块的研发及数据资料处理提供设计方法。