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

2023 Vol.24 No.5 P.387-472

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Review

Review: Current status and prospects of terminal guidance laws for intercepting hypersonic vehicles in near space: a review

Shuangxi LIU, Binbin YAN, Wei HUANG, Xu ZHANG, Jie YAN

DOI: 10.1631/jzus.A2200423 Downloaded: 749 Clicked: 1874 Cited: 0 Commented: 0(p.387-403) <Full Text> <PPT> 238

Chinese summary <577> 攔截臨近空間高超聲速飛行器末制導律研究進展與展望

作者：劉雙喜¹，闫斌斌²，黃偉³，張旭¹，闫傑¹
機構：¹西北(běi)工(gōng)業大(dà)學，無人系統技術研究院，中(zhōng)國西安，710072；²西北(běi)工(gōng)業大(dà)學，航天學院，中(zhōng)國西安，710072；³國防科技大(dà)學，空天科學學院，中(zhōng)國長沙，410073
概要：臨近空間高超聲速飛行器是指在臨近空間能夠以大(dà)于5馬赫速度飛行的一(yī)類飛行器，具有飛行速度快、突防能力強、作戰半徑大(dà)和響應迅速等特點。憑借其優異的性能優勢，高超聲速飛行器逐漸成爲各個國家新的空天博弈焦點，給現有防禦體(tǐ)系帶來巨大(dà)挑戰。爲滿足臨近空間高超聲速飛行器防禦需求，本文系統性地梳理高超聲速飛行器的"五大(dà)優勢"及攔截高超聲速飛行器的"四大(dà)難點"。其次，針對現階段高超聲速飛行器攔截制導律，對基于單彈制導律和多彈協同制導律進行綜述，并歸納其優缺點。最後，從"信息域"、"空間域"、"物(wù)理域"和"效費(fèi)比"四個方面對協同攔截高超聲速飛行器未來發展方向進行了展望，爲臨近空間攔截制導技術研究提供參考。

關鍵詞組：高超聲速飛行器；制導律；協同制導；臨近空間

Research Articles

Fault diagnosis for gearboxes based on Fourier decomposition method and resonance demodulation

Shuiguang TONG, Zilong FU, Zheming TONG, Junjie LI, Feiyun CONG

DOI: 10.1631/jzus.A2200555 Downloaded: 430 Clicked: 674 Cited: 0 Commented: 0(p.404-418) <Full Text> <PPT> 207

Chinese summary <525> 基于傅裏葉分(fēn)解和共振解調的齒輪箱故障診斷

作者：童水光^1,2，付子龍²，童哲銘^1,2，李俊傑²，從飛雲^1,2
機構：¹浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027；²浙江大(dà)學，機械工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310027
目的：齒輪箱的振動信号頻(pín)譜結構比較複雜(zá)，難以提取其故障特征頻(pín)率。傅裏葉分(fēn)解方法可以将振動信号分(fēn)解爲多個單分(fēn)量信号，利用共振頻(pín)率篩選出最優分(fēn)量并進行包絡解調，識别特征頻(pín)率以實現故障診斷。
創新點：1.爲了求解共振頻(pín)率，提出一(yī)種基于短時向量的最大(dà)奇異值比方法；2.将傅裏葉分(fēn)解方法引入到齒輪箱故障診斷中(zhōng)，并利用共振頻(pín)率選擇最優分(fēn)量進行包絡解調以提取故障特征頻(pín)率。
方法：1.分(fēn)析奇異值比與沖擊信号的關系，提出求解共振頻(pín)率的最大(dà)奇異值比方法；2.對比最大(dà)奇異值比方法與譜峭度方法在求解共振頻(pín)率方面的表現，從而驗證最大(dà)奇異值比方法的有效性；3.對比分(fēn)析所提方法與傳統的總體(tǐ)經驗模态分(fēn)解（EEMD）和變分(fēn)模态分(fēn)解（VMD）方法在信号分(fēn)解與故障特征提取方面的效果，并通過仿真和實驗進行驗證。
結論：1.最大(dà)奇異值比方法能夠準确計算出共振頻(pín)率，比譜峭度方法求解的頻(pín)率值更加精确；2.基于傅裏葉分(fēn)解方法和最大(dà)奇異值比的共振解調方法能夠有效提取故障特征頻(pín)率，其在故障診斷方面的表現優于EEMD和VMD方法。

關鍵詞組：傅裏葉分(fēn)解方法；奇異值比；共振頻(pín)率；包絡解調；故障診斷

Exhaust process of cryogenic nitrogen gas from a cryogenic wind tunnel with an inclined exit

Jingfeng LI, Kai WANG, Chenjie GU, Limin QIU

DOI: 10.1631/jzus.A2200289 Downloaded: 651 Clicked: 817 Cited: 0 Commented: 0(p.419-431) <Full Text> <PPT> 206

Chinese summary <452> 低溫風洞傾斜出口排氣過程分(fēn)析

作者：厲勁風^1,2，王凱¹，顧陳傑¹，邱利民¹
機構：¹浙江大(dà)學，制冷與低溫研究所，中(zhōng)國杭州，310027；²白(bái)馬湖實驗室，中(zhōng)國杭州，310051
目的：在使用引射器的基礎上，低溫風洞排氣系統利用風機和加熱器可進一(yī)步降低排氣羽流的沉降危害，但也帶來了高能耗。本文旨在探讨排氣出口傾斜角度對低溫風洞低溫氮氣排氣過程的影響，并驗證采用傾斜排氣出口結構對降低低溫風洞排氣系統能耗的可行性。
創新點：1.提出低溫風洞傾斜出口排氣方式；2.建立低溫風洞排氣塔縮比模型，并開(kāi)展傾斜出口排氣過程的實驗分(fēn)析。
方法：1.根據相似性準則，建立低溫風洞排氣塔縮比模型，并通過實驗對比傾斜出口排氣過程和傳統垂直出口排氣過程，驗證傾斜出口排氣方式是否可降低羽流沉降危害；2.通過實驗與模拟對比，驗證低溫羽流擴散數值模型的準确性；3.通過仿真模拟，進一(yī)步量化研究傾斜出口排氣方式的節能潛力。
結論：1.相比傳統垂直排氣方式，30°或45°傾斜出口的排氣方式可有效降低低溫羽流的沉降危害；2.以0.3 m低溫風洞極端排氣工(gōng)況爲例，采用30°或45°傾斜出口，在無風條件下(xià)可節省15.9%的加熱能耗；3.采用傾斜出口排氣方式可以提高排氣系統的安全下(xià)限。

關鍵詞組：低溫氣體(tǐ)擴散；低溫風洞；排氣方式；危害降低；傾斜出口

General variational solution for seismic and static active earth pressure on rigid walls considering soil tensile strength cut-off

Shiguo XIAO, Yuan QI, Pan XIA

DOI: 10.1631/jzus.A2200340 Downloaded: 652 Clicked: 735 Cited: 0 Commented: 0(p.432-449) <Full Text> <PPT> 314

Chinese summary <451> 考慮土體(tǐ)抗拉強度的剛性擋土牆地震和靜态主動土壓力的一(yī)般變分(fēn)解

作者：肖世國^1,2，齊遠²，夏攀³
機構：¹西南(nán)交通大(dà)學，高速鐵路線路工(gōng)程教育部重點實驗室，中(zhōng)國成都，610031；²西南(nán)交通大(dà)學，土木工(gōng)程學院，中(zhōng)國成都，610031；³西南(nán)交通大(dà)學，地質工(gōng)程系，中(zhōng)國成都，610031
目的：傳統的主動土壓力計算方法在考慮土體(tǐ)抗拉強度時的假設不合理，具有明顯的局限性。本文考慮土體(tǐ)剪切屈服和拉伸破壞準則，不假設滑裂面形态，并基于牆後填土主動極限平衡條件與變分(fēn)極值原理，提出剛性擋土牆的地震和靜态主動土壓力的一(yī)般解析解，确定相應于牆體(tǐ)可能運動模式的主動土壓力合力值及其作用點的變化範圍。
創新點：1.采用變分(fēn)法，建立同時考慮土體(tǐ)剪切和拉伸破壞的剛性擋土牆地震和靜态主動土壓力的緊湊解析解；2.确立相應于牆體(tǐ)平動和轉動複合運動模式的剛性擋土牆主動土壓力的可能變化範圍，以及其合力作用點的合理範圍；3.揭示13個基本參數對主動土壓力的影響規律，并定量确定剪切-拉裂複合模式的滑裂面形态以及作用于滑裂面上的法向應力。
方法：1.基于剛性擋土牆後側土體(tǐ)的主動極限平衡狀态，通過拟靜力法引入等效地震力，并根據拉格朗日乘子法和變分(fēn)極值原理，建立考慮土體(tǐ)剪切與拉裂破壞的地震（含靜态）主動土壓力的隐式求解方程；2.運用MATLAB中(zhōng)的fsolve函數，通過疊代計算與精度控制，得到主動土壓力的計算結果。
結論：1.所提方法算得的地震和靜态主動土壓力，與試驗及理論結果具有較好的一(yī)緻性，且本方法的适用性更爲廣泛；2.同一(yī)剛性擋土牆在不同的運動模式下(xià)，牆後主動土壓力有所不同，但其總是在有限範圍内變化；3.随着土壓力合力作用點在其合理變化範圍内逐漸升高，滑裂面剪切段的形态逐漸由平面向曲面發展；4.牆後土體(tǐ)表層的張拉裂隙深度受豎向地震系數、條形荷載分(fēn)布寬度及其距牆頂水平距離(lí)的影響均很小(xiǎo)，但受其餘10個參數的影響較大(dà)。

關鍵詞組：主動土壓力；抗拉強度；變分(fēn)法；拟靜力法；條形超載

Influence of yaw damper layouts on locomotive lateral dynamics performance: Pareto optimization and parameter analysis

Guang LI, Yuan YAO, Longjiang SHEN, Xiaoxing DENG, Wensheng ZHONG

DOI: 10.1631/jzus.A2200374 Downloaded: 819 Clicked: 932 Cited: 0 Commented: 0(p.450-464) <Full Text> <PPT> 229

Chinese summary <425> 抗蛇行減振器布置方式對機車(chē)橫向動力學性能影響：Pareto優化和參數分(fēn)析

作者：李廣¹，姚遠¹，沈龍江²，鄧小(xiǎo)星²，鍾文生(shēng)¹
機構：¹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；²中(zhōng)車(chē)株洲電力機車(chē)有限公司轉向架研發部，中(zhōng)國株洲，412001
目的：以中(zhōng)國某型Bo-Bo高速機車(chē)爲研究對象，分(fēn)析四種典型的抗蛇行減振器布置方式及橫向安裝角對機車(chē)橫向動力學性能和參數匹配關系的影響，并解釋其作用機理。
創新點：1.通過多目标優化方法來同時優化機車(chē)低錐度和高錐度橫向穩定性，獲得四種抗蛇行減振器布置方式下(xià)機車(chē)最優橫向動力學性能及橫向安裝角的不同選取原則；2.當抗蛇行減振器橫向安裝角存在時，引入抗蛇行減振器附加作用力和作用力矩，結合車(chē)體(tǐ)橫向和搖頭模态相位差來解釋抗蛇行減振器布置方式對機車(chē)蛇行穩定性和車(chē)體(tǐ)前後橫向平穩性差異的影響機理。
方法：1.基于搭建的MATLAB/SIMPACK聯合仿真平台，采用多目标優化方法得到機車(chē)最優橫向動力學性能及對應懸挂參數分(fēn)布結果（圖4和5）；2.通過拉丁超立方采樣對機車(chē)直線運行性能和曲線通過性能評價指标進行蒙特卡洛仿真，并采用基于徑向基函數的高維模型表示的敏感性分(fēn)析方法對關鍵懸挂參數進行全局敏感性分(fēn)析（圖6）；3.采用根軌迹法分(fēn)析不同抗蛇行減振器布置方式下(xià)橫向安裝角對機車(chē)蛇行穩定性影響規律，并提取蛇行模态中(zhōng)對應的車(chē)體(tǐ)橫移和搖頭模态相位差（圖8和9）。
結論：1.抗蛇行減振器的布置方式對機車(chē)橫向穩定性和平穩性具有顯著影響，且不同布置方式下(xià)橫向安裝角的選取原則存在差異。2.全局敏感性分(fēn)析結果顯示：機車(chē)曲線通過性能對抗蛇行減振器阻尼和一(yī)系橫向剛度的敏感性較強，但對抗蛇行減振器橫向安裝角的敏感性較弱。3.機車(chē)采用抗蛇行減振器開(kāi)口向外(wài)布置時，優化橫向安裝角可以減小(xiǎo)車(chē)體(tǐ)前後端橫向平穩性差異，而機車(chē)采用其他三種抗蛇行減振器布置方式時沒有這個特點。

關鍵詞組：高速機車(chē)；抗蛇行減振器布置；橫向穩定性；橫向平穩性；多目标優化；全局敏感性分(fēn)析

Correspondence

Correspondence: Mechanism of the insecticidal effect of lambda-cyhalothrin loaded mesoporous silica nanoparticles with different sizes and surface modifications on Ostrinia furnacalis (Guenée) larvae

Yanlong WANG, Shuting XIAO, Jiang XU, Daohui LIN

DOI: 10.1631/jzus.A2200334 Downloaded: 592 Clicked: 628 Cited: 0 Commented: 0(p.465-472) <Full Text> <PPT> 165

Chinese summary <422> 不同尺寸和表面修飾的介孔矽納米顆粒負載三氯氟氰菊酯對玉米螟幼蟲的殺蟲機理

作者：王豔龍^1,2，肖舒婷¹，徐江^1,2，林道輝^1,2
機構：¹浙江大(dà)學，環境與資(zī)源學院，中(zhōng)國杭州，310058；²浙江大(dà)學，浙江省有機污染過程與控制重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310058
目的：納米緩釋農藥在可持續農業發展中(zhōng)應用前景廣闊，了解載體(tǐ)性質對納米緩釋農藥殺蟲效果的影響，可爲納米緩釋農藥的合理設計及其生(shēng)物(wù)毒性評估等提供科技支持。本文旨在探讨不同尺寸和表面修飾的介孔矽納米顆粒負載三氯氟氰菊酯對玉米螟（Guenée）幼蟲的殺蟲機理。
創新點：1.探明了介孔矽納米顆粒性質（粒徑大(dà)小(xiǎo)、表面電荷和疏水性）對負載三氯氟氰菊酯後殺蟲效果的影響；2.解析了不同性質介孔矽納米顆粒負載三氯氟氰菊酯後的殺蟲機制。
方法：1.在光照和黑暗條件下(xià)，系統比較不同性質介孔矽納米顆粒負載三氯氟氰菊酯後對玉米螟幼蟲緻死率的影響；2.通過分(fēn)析玉米螟幼蟲氧化應激系統及相關酶活性的變化，探讨不同性質介孔矽納米顆粒負載三氯氟氰菊酯後的殺蟲機制。
結論：1.介孔矽納米顆粒作爲載體(tǐ)可以顯著提高三氯氟氰菊酯在光照條件下(xià)的殺蟲效果（1.5~3.6倍）；2.介孔矽納米顆粒大(dà)小(xiǎo)對負載三氯氟氰菊酯後殺蟲效果無顯著影響，而表面改性會降低殺蟲效果；3.不同性質的介孔矽納米顆粒負載三氯氟氰菊酯後會抑制玉米螟幼蟲中(zhōng)抗氧化酶活性，而對Na⁺/K⁺-ATP酶活性無顯著影響；4.介孔矽納米顆粒作爲載體(tǐ)可以增加三氯氟氰菊酯與玉米螟幼蟲的接觸，進而導緻玉米螟幼蟲死亡。

關鍵詞組：納米緩釋農藥；介孔二氧化矽；高效氯氟氰菊酯；殺蟲活性；抗氧化酶活性