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.3 P.157-242

Cover:

<372>

Contents:

<280>

<<< CONTENTS >>>

Review

Review: Development of amphibious biomimetic robots

Xiang-juan BAI, Jian-zhong SHANG, Zi-rong LUO, Tao JIANG, Qian YIN

DOI: 10.1631/jzus.A2100137 Downloaded: 3467 Clicked: 16960 Cited: 0 Commented: 5556(p.157-187) <Full Text> <PPT> 1699

Chinese summary <2880> 水陸兩栖仿生(shēng)機器人的發展與展望

作者：白(bái)向娟，尚建忠，羅自榮，蔣濤，殷謙
機構：國防科技大(dà)學，智能科學學院，智能機械與儀器系，中(zhōng)國長沙，410073
目的：1.通過對仿生(shēng)生(shēng)物(wù)行進功能和結構特性等特征的研究，分(fēn)析總結現有兩栖仿生(shēng)機器人的特征。2.分(fēn)析總結探讨仿生(shēng)生(shēng)物(wù)的自身生(shēng)物(wù)結構優勢，并通過應用仿生(shēng)學提高水陸兩栖環境下(xià)的機器人性能。
創新點：1.從13種不同仿生(shēng)原型的角度歸納了典型的兩栖機器人，比較了目前兩栖機器人的研究技術參數，并總結了兩栖機器人10種不同的推進方法以及行駛速度、工(gōng)作效率、機動性和穩定性。2.創新性地提出了兩栖機器人運動能力評價指标和仿生(shēng)機器人仿生(shēng)化程度評價方法。
方法：1.通過查閱現有多種水陸兩栖仿生(shēng)機器人的研究技術參數，總結兩栖機器人的功能和結構等特性。2.通過應用性驗證，對提出的仿生(shēng)機器人性能進行評價比較分(fēn)析。
結論：1.應用仿生(shēng)學的設計理念，可以有效地提高水陸兩栖仿生(shēng)機器人在複雜(zá)兩栖環境中(zhōng)的機動性、靈活性和能效等性能。2.通過比較分(fēn)析現有兩栖機器人的推進方式、工(gōng)作效率和機動性等性能，可以将該仿生(shēng)學設計方法和機理應用到其他種類的機器人研究中(zhōng)，從而提高機器人在民用、科學和環境任務中(zhōng)的應用潛能。

關鍵詞組：水陸兩栖機器人；仿生(shēng)機器人；仿生(shēng)技術；智能機器人；機器人學

Research Articles

Leap trajectory tracking control based on sliding mode theory for hypersonic gliding vehicle

Kai AN, Zhen-yun GUO, Wei HUANG, Xiao-ping XU

DOI: 10.1631/jzus.A2100362 Downloaded: 1905 Clicked: 3337 Cited: 0 Commented: 0(p.188-207) <Full Text> <PPT> 369

Chinese summary <426> 基于滑模理論的高超聲速飛行器跳躍軌迹跟蹤控制

作者：安凱¹，郭振雲¹，黃偉¹，徐小(xiǎo)平²
機構：¹國防科技大(dà)學，空天科學學院，高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室，中(zhōng)國長沙，410073；²國防科技大(dà)學，北(běi)京學科交叉中(zhōng)心，中(zhōng)國北(běi)京，100101
目的：高超聲速飛行器跳躍滑翔軌迹相比準平衡滑翔軌迹具有更遠的飛行航程，但将其作爲參考軌迹的跟蹤控制器的設計具有較強的挑戰性，因爲設計需要兼具魯棒性和精确性。本文旨在提出一(yī)種組合超螺旋滑模控制器來探讨跳躍滑翔軌迹的跟蹤性能。
創新點：1.推導了三自由度條件下(xià)的阻力加速度誤差跟蹤控制模型；2.提出了一(yī)種組合超螺旋滑模控制算法，并與傳統控制器進行了比較驗證；3.對所提控制器的魯棒性進行了充分(fēn)的驗證并證明了其有效性。
方法：1.首先以預測校正方法給出需要跟蹤的參考狀态剖面（縱向剖面、阻力加速度剖面和傾側角剖面等）；2.推導以阻力加速度誤差爲狀态變量的二階誤差動力學系統；3.根據滑模控制理論設計三種傳統滑模控制器，并根據這三種控制器的優缺點設計一(yī)種組合超螺旋滑模控制器；4.通過仿真對比驗證所提控制器的魯棒性和精确性。
結論：1.相比于比例積分(fēn)微分(fēn)控制器以及其他三種傳統滑模控制器，本文所提出的組合控制器具有較強的魯棒性和跟蹤剖面的精确性；2.可變參數相比于常值參數具有更強的自适應性，能夠有效改善控制器跟蹤的精确性。

關鍵詞組：預測校正制導法；阻力跟蹤控制；滑模控制；超螺旋滑模控制

A comparison study between 2D and 3D slope stability analyses considering spatial soil variability

Liang ZHANG, Wen-ping GONG, Xin-xin LI, Xiao-hui TAN, Chao ZHAO, Lei WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100139 Downloaded: 2027 Clicked: 2923 Cited: 0 Commented: 0(p.208-224) <Full Text> <PPT> 408

Chinese summary <325> 考慮土體(tǐ)參數空間變異性的二維與三維邊坡穩定性分(fēn)析對比研究

作者：張亮¹，龔文平¹，李馨馨¹，譚曉慧²，趙超¹，王磊³
機構：¹中(zhōng)國地質大(dà)學（武漢），工(gōng)程學院，中(zhōng)國武漢，430074；²合肥工(gōng)業大(dà)學，資(zī)源與環境工(gōng)程學院，中(zhōng)國合肥，230009；³哥倫比亞特區大(dà)學，土木工(gōng)程學院，美國華盛頓哥倫比亞特區，20008
目的：傳統邊坡穩定性評價通常基于典型橫斷面進行二維分(fēn)析，忽略了邊坡縱向長度對穩定性評價的影響。本文旨在研究兩種邊界條件下(xià)三維邊坡穩定性分(fēn)析和二維邊坡穩定性分(fēn)析結果的差異性及其原因，并探究土體(tǐ)參數水平波動範圍和邊坡縱向長度對邊坡穩定性的影響規律。
創新點：1.從确定性和不确定性分(fēn)析兩個角度對比研究二維和三維邊坡穩定性分(fēn)析結果的差異性；2.揭示土體(tǐ)參數水平波動範圍和邊坡縱向長度對三維邊坡穩定性的影響規律；3.分(fēn)析三維邊坡失穩的局部破壞統計特征。
方法：1.運用數值模拟方法，采用強度折減法分(fēn)析計算邊坡安全系數（公式(1)）；2.通過蒙特卡洛和矩估計法計算邊坡失效概率（公式(9)~(12)）。
結論：1.确定性分(fēn)析結果表明，全約束RR型邊界條件下(xià)三維邊坡穩定性分(fēn)析結果更符合真實條件下(xià)邊坡破壞形态；半約束SS型邊界條件下(xià)三維邊坡穩定性分(fēn)析可視爲二維邊坡穩定性分(fēn)析方法在邊坡縱向長度的延展。2.考慮土體(tǐ)參數空間變異時，三維邊坡穩定性分(fēn)析得到的失效概率通常小(xiǎo)于二維邊坡穩定性分(fēn)析計算結果，二者間的差異性在一(yī)定範圍内随邊坡縱向長度和土體(tǐ)參數水平波動範圍增加而減小(xiǎo)。3.考慮土體(tǐ)參數空間變異時，三維邊坡穩定性分(fēn)析會得到沿邊坡縱向的多個局部破壞，這些局部破壞可很好地解釋二維和三維邊坡穩定性分(fēn)析結果的差異性。

關鍵詞組：邊坡穩定性；空間變異性；失效概率；安全系數；縱向長度

Multi-objective aerodynamic shape optimization of a streamlined high-speed train using Kriging model

Le ZHANG, Zhi-yuan DAI, Tian LI, Ji-ye ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100329 Downloaded: 1407 Clicked: 1796 Cited: 0 Commented: 0(p.225-242) <Full Text> <PPT> 365

Chinese summary <314> 高速列車(chē)氣動優化

作者：張樂，戴志(zhì)遠，李田，張繼業
機構：西南(nán)交通大(dà)學，牽引動力國家重點實驗室，中(zhōng)國成都，610031
目的：研究列車(chē)流線型區域各設計變量對頭尾車(chē)氣動性能的影響。提出一(yī)種新型的優化方案，使得列車(chē)頭車(chē)阻力、尾車(chē)阻力和尾車(chē)升力都比傳統優化方案小(xiǎo)。
創新點：1.結合代理模型法，研究列車(chē)頭尾車(chē)外(wài)形優化方向不一(yī)緻的原因；2.提出新的優化方案，使列車(chē)氣動性能更優異。
方法：1.構建代理模型，結合帕累托解集的分(fēn)布，确定對頭尾車(chē)氣動性能影響較大(dà)的設計變量；2.合理安排對照組，從機理的角度研究各設計變量對頭尾車(chē)氣動力的具體(tǐ)影響；3.提出新的列車(chē)外(wài)形優化方案，并與傳統優化方案做比較。
結論：列車(chē)流線型區域的幾何特征對頭尾車(chē)氣動性能的影響不同。若未來列車(chē)能依據自身運行狀态主動調整到最佳外(wài)形，則列車(chē)氣動性能仍有較大(dà)提升空間。鼻尖寬度對頭車(chē)的阻力影響很大(dà)，較寬的鼻尖可降低頭車(chē)的阻力。但是，随着鼻尖寬度增加，尾車(chē)的阻力和升力均先減小(xiǎo)随後急劇增大(dà)。這導緻降低頭尾車(chē)阻力的優化方向不一(yī)緻。然而，降低尾車(chē)阻力和降低尾車(chē)升力這兩個目标在優化過程中(zhōng)具有較大(dà)的一(yī)緻性。減小(xiǎo)駕駛室車(chē)窗的曲率，減小(xiǎo)流線型區域下(xià)部橫向控制線的曲率，适當減小(xiǎo)鼻尖寬度，都有助于降低尾車(chē)的阻力和升力。增加鼻端連接處的垂向高度也可以顯著降低尾車(chē)的升力。

關鍵詞組：高速列車(chē)；氣動力；優化；代理模型；流線型區域