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: 3263 Clicked: 3975 Cited: 0 Commented: 0(p.1-13) <Full Text> <PPT> 975

Chinese summary <50> 液压起竖系统双作用伸缩液压缸的设计准则研究

目的：液压起竖系统因其功率密度高而被广泛用于导弹、火箭等的起竖，而其中的双作用伸缩液压缸对整个液压起竖系统的安全及正常运行起着决定性作用。特别是当双作用伸缩液压缸的有效作用面积设计不合理时，其极有可能引起超速下降，进而对整个装置产生严重破坏。然而，目前还没有相应的设计准则来防止这一情况的发生。为此，本文旨在提出一个简单实用的双作用伸缩液压缸设计准则。
创新点：1.基于一定的假设，提出了一个简化、实用的设计准则以防止双作用伸缩液压缸引起超速下降；简化后的设计准则仅与双作用伸缩液压缸的各级活塞以及活塞杆的直径有关，方便设计初期的使用。2.建立了液压起竖系统的仿真模型，并基于仿真结果，揭示了超速下降故障的演变过程。
方法：1.根据运动状态的变化是由力的变化引起的，对双作用伸缩液压缸的各级进行力学分析，推导出原始的约束不等式（公式(4)），并基于三个假设对其进行简化以得到最终的设计准则（公式(8)）；2.为了避免冒然实验带来的损失，对典型的起竖系统建立仿真模型；3.通过仿真，对满足和不满足设计准则的各6组案例进行验证（图7、8、10和11），并同时验证不同外载荷下设计准则的可行性（图12和13）；4.搭建试验平台，对4组案例进行验证（图15和16）；5.基于仿真模型进一步讨论超速下降机理。
结论：1.当双作用伸缩液压缸的结构参数（公式(9)）小于?1时可以保证液压起竖系统不出现超速下降，且该准则对于存在阻力负载、超越负载或者两者兼具的情况均适用。2.当不满足设计准则时，在收回过程中，随着外载荷的增加，Stage1上合力的方向会发生变化，之后Stage1开始伸出，而Stage2开始缩回；由于两者的运动互相促进，最终导致液压起竖系统的下降速度失控。

关键词组：起竖系统；伸缩液压缸；超速下降；设计准则

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: 2995 Clicked: 4641 Cited: 0 Commented: 0(p.14-26) <Full Text> <PPT> 952

Chinese summary <41> 受爬岩鱼启发的可负载双向爬行仿生机器人

目的：验证爬岩鱼的吸附爬行机理，并提出一种应用于爬壁机器人的新型运动方式实例。
创新点：研制基于生物对象贵州爬岩鳅的运动模式的仿生机器人，并通过仿生机器人复现生物运动模式。
方法：1.对贵州爬岩鳅的运动视频画面进行数字特征点标记跟踪；2.对贵州爬岩鳅的运动模式进行建模分析；3.根据模型进行仿生机器人的设计并进行参数化分析；4.制作仿生机器人实体并进行测试；5.根据实体机器人的测试数据分析其与生物体的相似性。
结论：该仿生机器人证实了贵州爬岩鳅运动模型的正确性，且提出了一种无脱附阶段的壁面爬行方案，为解决壁面机器人吸附与脱附之间的矛盾提供了新思路。

关键词组：鱼动力学；吸附运动机理；鱼鳍运动；爬行模型；仿生机器人

Aerodynamic performance of distributed electric propulsion with wing interaction

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

DOI: 10.1631/jzus.A2100192 Downloaded: 2725 Clicked: 3893 Cited: 0 Commented: 0(p.27-39) <Full Text> <PPT> 943

Chinese summary <38> 考虑机翼干扰的分布式电力推进系统的气动性能分析

目的：分布式电力推进（DEP）系统可以通过沿机翼前缘分布的多个旋翼来提高系统整体气动性能。本文旨在探讨不同旋翼安装位置产生的涡流尾迹与机翼之间的气动干扰对系统整体气动性能的影响，尤其是升阻力系数的变化。
创新点：1.推导旋翼与机翼相互干扰时的气动模型。2.对比数值模拟与风洞实验得到不同旋翼位置对DEP气动性能的影响。
方法：1.通过理论推导，建立DEP系统旋翼与机翼相互干扰时的气动模型；2.通过数值模拟，得到不同构型的DEP系统的升阻力系数变化、压力以及流速变化；3.通过风洞实验，对比数值模拟确定不同旋翼位置的DEP系统的升阻力系数，也验证数值模拟的有效性并确定模拟精度。
结论：1.旋翼加速了DEP系统的轴向气流和下洗流，适当排布的旋翼可大幅提高系统升力。2.迎角小于16°（失速攻角）时，DEP系统的升力变化不明显，机翼的升阻力减小。3.在负迎角和迎角大于16°时机翼具有更高的升力和升阻比，有利于整机爬升或下降。

关键词组：分布式推进系统；空气动力学；低雷诺数；机翼干扰

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: 3398 Clicked: 4189 Cited: 0 Commented: 0(p.40-54) <Full Text> <PPT> 854

Chinese summary <41> 天然气水合物样品高保真切割技术研究

目的：目前在水合物岩心样品保压转移领域，设计一种高保真切割装置是难点之一。由于现有机械结构的局限性，切削表面存在很大的扰动，且水合物样品产生的碎屑较多，严重影响了样品的质量。本文旨在设计一款具备保压功能并且实现低扰动切割的样品管切割装置。
创新点：1.以阿基米德螺旋线为等距螺旋线的基本性质为基础，在工程上进行结构设计；2.搭建上位机控制伺服电机，实现切割过程的精准可靠；3.当特殊情况发生时，可以在不拆卸的情况下实现原位复原。
方法：1.提出一种全新的切割方法，并利用两个伺服电机来实现高度自动化；2.采用阿基米德螺线，实现切割面的低扰动切割和切割过程的精确控制；3.对切刀进行结构优化设计，降低碎屑数量。
结论：1.基于样品长行程推动装置的配合，切割可以在短时间内获得任意长度的水合物样品，并且几乎没有切屑；2.实验室和海试达到了设备的各项设计指标，有力地证明了设备的先进性和稳定性；3.这种全新的高保真切割技术非常可靠，使原位状态水合物得到最大程度的保持，为水合物资源的勘探开发提供了设备支持。

关键词组：高保真；切割技术；水合物样品；自动化

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: 1736 Clicked: 1769 Cited: 0 Commented: 0(p.55-67) <Full Text> <PPT> 1009

Chinese summary <36> 用于高超声速助推滑翔飞行器惯性导航的正常重力模型

目的：地球真实重力场建模复杂，惯性导航通常使用正常重力模型近似地球真实重力。这种做法能满足大部分高超声速助推滑翔(HBG)飞行器导航系统的精度要求，但在一些已出现的高精度惯性导航系统中，传统重力模型的误差已不可忽略，甚至成为主要的误差来源。本文旨在研究导航系统需要的实用误差更小的重力模型。
创新点：1.讨论球谐模型建立的高精度地球重力场以及正常重力场在HBG飞行器上的应用；2.将重力模型用于基准飞行轨迹生成和导航仿真；3.比较各常用重力模型的误差及计算量，并给出不同精度惯性导航系统对不同精度重力模型的选择依据。
方法：1.通过理论推导，梳理球谐模型和正常重力模型之间的关系，并给出重力计算公式和坐标转换公式；2.在计算基准飞行轨迹时使用最高精度的球谐模型；3.在导航时试验不同重力模型，并通过结果分析各模型精度；4.同时加入惯性器件误差和重力模型误差，并与重力模型单独作用时进行对比，给出不同精度惯性导航系统选择重力模型的依据。
结论：1.临近空间大部分区域的重力扰动在0.01 mg到0.10 mg之间；2.正常重力模型中J4模型接近正常重力精度极限，较J2模型精度有小幅提升；3.惯性器件精度优于0.10 mg时，要使用比正常重力模型精度更高的重力模型，如中低阶球谐模型。

关键词组：高超声速助推-滑翔飞行器；惯性导航系统；正常重力模型；重力扰动

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: 3192 Clicked: 5241 Cited: 0 Commented: 0(p.68-82) <Full Text> <PPT> 979

Chinese summary <39> 出口压力对平行微通道段塞流分流均匀性的影响机制研究

目的：几乎在所有常见条件下，平行微通道都不可避免的出现两相流分布不均的现象。该现象不仅会影响设备的性能，而且增加了系统不稳定性的风险。本文旨在从压力分布的角度探索改善平行微通道流动分布均匀性的策略，并对平行微通道段塞流的分裂机制进行研究。
创新点：1.对平行微通道内的段塞流流动分裂过程进行数值模拟，成功复现了不同的分裂模式；2.通过改变平行微通道的压力分布成功改善其流动分布不均现象。
方法：1.通过数值模拟得到了不同分裂模式下平行微通道内部的压力演变过程（图5~7）；2.通过改变平行微通道出口压力条件改善其流动分布不均现象（图10和11）。
结论：1.随着平行微通道内气弹的运动和分裂，通道内的压力呈周期性变化趋势，对于不同的气弹分裂模式，压力变化基本相同；2.平行微通道内的流动分布对支管压差表现出强烈的敏感性；3.通过改变压力条件可以改善平行微通道的流动分布不均现象。

关键词组：两相流；平行微通道；流动分布；段塞流；分裂模式