Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2022 Vol.23 No.1 P.1-82

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Research Articles

A design constraint for a double-acting telescopic hydraulic cylinder in a hydraulic erecting system

Xiao-long ZHANG, Jun-hui ZHANG, Min CHENG, Shen ZHENG, Bing XU, Yu FANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100214 Downloaded: 2724 Clicked: 3365 Cited: 0 Commented: 0(p.1-13) <Full Text> <PPT> 638

Chinese summary <41> 液壓起豎系統雙作用伸縮液壓缸的設計準則研究

目的：液壓起豎系統因其功率密度高而被廣泛用于導彈、火(huǒ)箭等的起豎，而其中(zhōng)的雙作用伸縮液壓缸對整個液壓起豎系統的安全及正常運行起着決定性作用。特别是當雙作用伸縮液壓缸的有效作用面積設計不合理時，其極有可能引起超速下(xià)降，進而對整個裝置産生(shēng)嚴重破壞。然而，目前還沒有相應的設計準則來防止這一(yī)情況的發生(shēng)。爲此，本文旨在提出一(yī)個簡單實用的雙作用伸縮液壓缸設計準則。
創新點：1.基于一(yī)定的假設，提出了一(yī)個簡化、實用的設計準則以防止雙作用伸縮液壓缸引起超速下(xià)降；簡化後的設計準則僅與雙作用伸縮液壓缸的各級活塞以及活塞杆的直徑有關，方便設計初期的使用。2.建立了液壓起豎系統的仿真模型，并基于仿真結果，揭示了超速下(xià)降故障的演變過程。
方法：1.根據運動狀态的變化是由力的變化引起的，對雙作用伸縮液壓缸的各級進行力學分(fēn)析，推導出原始的約束不等式（公式(4)），并基于三個假設對其進行簡化以得到最終的設計準則（公式(8)）；2.爲了避免冒然實驗帶來的損失，對典型的起豎系統建立仿真模型；3.通過仿真，對滿足和不滿足設計準則的各6組案例進行驗證（圖7、8、10和11），并同時驗證不同外(wài)載荷下(xià)設計準則的可行性（圖12和13）；4.搭建試驗平台，對4組案例進行驗證（圖15和16）；5.基于仿真模型進一(yī)步讨論超速下(xià)降機理。
結論：1.當雙作用伸縮液壓缸的結構參數（公式(9)）小(xiǎo)于?1時可以保證液壓起豎系統不出現超速下(xià)降，且該準則對于存在阻力負載、超越負載或者兩者兼具的情況均适用。2.當不滿足設計準則時，在收回過程中(zhōng)，随着外(wài)載荷的增加，Stage1上合力的方向會發生(shēng)變化，之後Stage1開(kāi)始伸出，而Stage2開(kāi)始縮回；由于兩者的運動互相促進，最終導緻液壓起豎系統的下(xià)降速度失控。

關鍵詞組：起豎系統；伸縮液壓缸；超速下(xià)降；設計準則

A biomimetic robot crawling bidirectionally with load inspired by rock-climbing fish

Jin-rong WANG, Yong-xin XI, Chen JI, Jun ZOU

DOI: 10.1631/jzus.A2100280 Downloaded: 2465 Clicked: 3871 Cited: 0 Commented: 0(p.14-26) <Full Text> <PPT> 677

Chinese summary <34> 受爬岩魚啓發的可負載雙向爬行仿生(shēng)機器人

目的：驗證爬岩魚的吸附爬行機理，并提出一(yī)種應用于爬壁機器人的新型運動方式實例。
創新點：研制基于生(shēng)物(wù)對象貴州爬岩鳅的運動模式的仿生(shēng)機器人，并通過仿生(shēng)機器人複現生(shēng)物(wù)運動模式。
方法：1.對貴州爬岩鳅的運動視頻(pín)畫面進行數字特征點标記跟蹤；2.對貴州爬岩鳅的運動模式進行建模分(fēn)析；3.根據模型進行仿生(shēng)機器人的設計并進行參數化分(fēn)析；4.制作仿生(shēng)機器人實體(tǐ)并進行測試；5.根據實體(tǐ)機器人的測試數據分(fēn)析其與生(shēng)物(wù)體(tǐ)的相似性。
結論：該仿生(shēng)機器人證實了貴州爬岩鳅運動模型的正确性，且提出了一(yī)種無脫附階段的壁面爬行方案，爲解決壁面機器人吸附與脫附之間的矛盾提供了新思路。

關鍵詞組：魚動力學；吸附運動機理；魚鳍運動；爬行模型；仿生(shēng)機器人

Aerodynamic performance of distributed electric propulsion with wing interaction

Yao LEI, Wen-jie YANG, Yi-yong HUANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100192 Downloaded: 2213 Clicked: 3260 Cited: 0 Commented: 0(p.27-39) <Full Text> <PPT> 627

Chinese summary <31> 考慮機翼幹擾的分(fēn)布式電力推進系統的氣動性能分(fēn)析

目的：分(fēn)布式電力推進（DEP）系統可以通過沿機翼前緣分(fēn)布的多個旋翼來提高系統整體(tǐ)氣動性能。本文旨在探讨不同旋翼安裝位置産生(shēng)的渦流尾迹與機翼之間的氣動幹擾對系統整體(tǐ)氣動性能的影響，尤其是升阻力系數的變化。
創新點：1.推導旋翼與機翼相互幹擾時的氣動模型。2.對比數值模拟與風洞實驗得到不同旋翼位置對DEP氣動性能的影響。
方法：1.通過理論推導，建立DEP系統旋翼與機翼相互幹擾時的氣動模型；2.通過數值模拟，得到不同構型的DEP系統的升阻力系數變化、壓力以及流速變化；3.通過風洞實驗，對比數值模拟确定不同旋翼位置的DEP系統的升阻力系數，也驗證數值模拟的有效性并确定模拟精度。
結論：1.旋翼加速了DEP系統的軸向氣流和下(xià)洗流，适當排布的旋翼可大(dà)幅提高系統升力。2.迎角小(xiǎo)于16°（失速攻角）時，DEP系統的升力變化不明顯，機翼的升阻力減小(xiǎo)。3.在負迎角和迎角大(dà)于16°時機翼具有更高的升力和升阻比，有利于整機爬升或下(xià)降。

關鍵詞組：分(fēn)布式推進系統；空氣動力學；低雷諾數；機翼幹擾

A new technique for high-fidelity cutting technology for hydrate samples

Hai ZHU, Jia-wang CHEN, Zi-qiang REN, Pei-hao ZHANG, Qiao-ling GAO, Xiao-ling LE, Chun-ying XU, Kai HE, Peng ZHOU, Feng GAO, Yu-ping FANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100188 Downloaded: 2861 Clicked: 3669 Cited: 0 Commented: 0(p.40-54) <Full Text> <PPT> 610

Chinese summary <34> 天然氣水合物(wù)樣品高保真切割技術研究

目的：目前在水合物(wù)岩心樣品保壓轉移領域，設計一(yī)種高保真切割裝置是難點之一(yī)。由于現有機械結構的局限性，切削表面存在很大(dà)的擾動，且水合物(wù)樣品産生(shēng)的碎屑較多，嚴重影響了樣品的質量。本文旨在設計一(yī)款具備保壓功能并且實現低擾動切割的樣品管切割裝置。
創新點：1.以阿基米德螺旋線爲等距螺旋線的基本性質爲基礎，在工(gōng)程上進行結構設計；2.搭建上位機控制伺服電機，實現切割過程的精準可靠；3.當特殊情況發生(shēng)時，可以在不拆卸的情況下(xià)實現原位複原。
方法：1.提出一(yī)種全新的切割方法，并利用兩個伺服電機來實現高度自動化；2.采用阿基米德螺線，實現切割面的低擾動切割和切割過程的精确控制；3.對切刀進行結構優化設計，降低碎屑數量。
結論：1.基于樣品長行程推動裝置的配合，切割可以在短時間内獲得任意長度的水合物(wù)樣品，并且幾乎沒有切屑；2.實驗室和海試達到了設備的各項設計指标，有力地證明了設備的先進性和穩定性；3.這種全新的高保真切割技術非常可靠，使原位狀态水合物(wù)得到最大(dà)程度的保持，爲水合物(wù)資(zī)源的勘探開(kāi)發提供了設備支持。

關鍵詞組：高保真；切割技術；水合物(wù)樣品；自動化

Normal gravity model for inertial navigation of a hypersonic boost-glide vehicle

Kai CHEN, Cheng-zhi ZENG, Sen-sen PEI, Wen-chao LIANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100133 Downloaded: 1312 Clicked: 1178 Cited: 0 Commented: 0(p.55-67) <Full Text> <PPT> 653

Chinese summary <29> 用于高超聲速助推滑翔飛行器慣性導航的正常重力模型

目的：地球真實重力場建模複雜(zá)，慣性導航通常使用正常重力模型近似地球真實重力。這種做法能滿足大(dà)部分(fēn)高超聲速助推滑翔(HBG)飛行器導航系統的精度要求，但在一(yī)些已出現的高精度慣性導航系統中(zhōng)，傳統重力模型的誤差已不可忽略，甚至成爲主要的誤差來源。本文旨在研究導航系統需要的實用誤差更小(xiǎo)的重力模型。
創新點：1.讨論球諧模型建立的高精度地球重力場以及正常重力場在HBG飛行器上的應用；2.将重力模型用于基準飛行軌迹生(shēng)成和導航仿真；3.比較各常用重力模型的誤差及計算量，并給出不同精度慣性導航系統對不同精度重力模型的選擇依據。
方法：1.通過理論推導，梳理球諧模型和正常重力模型之間的關系，并給出重力計算公式和坐标轉換公式；2.在計算基準飛行軌迹時使用最高精度的球諧模型；3.在導航時試驗不同重力模型，并通過結果分(fēn)析各模型精度；4.同時加入慣性器件誤差和重力模型誤差，并與重力模型單獨作用時進行對比，給出不同精度慣性導航系統選擇重力模型的依據。
結論：1.臨近空間大(dà)部分(fēn)區域的重力擾動在0.01 mg到0.10 mg之間；2.正常重力模型中(zhōng)J4模型接近正常重力精度極限，較J2模型精度有小(xiǎo)幅提升；3.慣性器件精度優于0.10 mg時，要使用比正常重力模型精度更高的重力模型，如中(zhōng)低階球諧模型。

關鍵詞組：高超聲速助推-滑翔飛行器；慣性導航系統；正常重力模型；重力擾動

Effects of the outlet pressure on two-phase slug flow distribution uniformity in a multi-branch microchannel

Peng-fei ZHANG, Xiang-guo XU, Yong-jun HUA, Yu-qi HUANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100135 Downloaded: 2702 Clicked: 4339 Cited: 0 Commented: 0(p.68-82) <Full Text> <PPT> 600

Chinese summary <32> 出口壓力對平行微通道段塞流分(fēn)流均勻性的影響機制研究

目的：幾乎在所有常見條件下(xià)，平行微通道都不可避免的出現兩相流分(fēn)布不均的現象。該現象不僅會影響設備的性能，而且增加了系統不穩定性的風險。本文旨在從壓力分(fēn)布的角度探索改善平行微通道流動分(fēn)布均勻性的策略，并對平行微通道段塞流的分(fēn)裂機制進行研究。
創新點：1.對平行微通道内的段塞流流動分(fēn)裂過程進行數值模拟，成功複現了不同的分(fēn)裂模式；2.通過改變平行微通道的壓力分(fēn)布成功改善其流動分(fēn)布不均現象。
方法：1.通過數值模拟得到了不同分(fēn)裂模式下(xià)平行微通道内部的壓力演變過程（圖5~7）；2.通過改變平行微通道出口壓力條件改善其流動分(fēn)布不均現象（圖10和11）。
結論：1.随着平行微通道内氣彈的運動和分(fēn)裂，通道内的壓力呈周期性變化趨勢，對于不同的氣彈分(fēn)裂模式，壓力變化基本相同；2.平行微通道内的流動分(fēn)布對支管壓差表現出強烈的敏感性；3.通過改變壓力條件可以改善平行微通道的流動分(fēn)布不均現象。

關鍵詞組：兩相流；平行微通道；流動分(fēn)布；段塞流；分(fēn)裂模式