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:

<303>

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: 1021 Clicked: 2261 Cited: 0 Commented: 0(p.387-403) <Full Text> <PPT> 391

Chinese summary <585> 拦截临近空间高超声速飞行器末制导律研究进展与展望

作者：刘双喜¹，闫斌斌²，黄伟³，张旭¹，闫杰¹
机构：¹西北工业大学，无人系统技术研究院，中国西安，710072；²西北工业大学，航天学院，中国西安，710072；³国防科技大学，空天科学学院，中国长沙，410073
概要：临近空间高超声速飞行器是指在临近空间能够以大于5马赫速度飞行的一类飞行器，具有飞行速度快、突防能力强、作战半径大和响应迅速等特点。凭借其优异的性能优势，高超声速飞行器逐渐成为各个国家新的空天博弈焦点，给现有防御体系带来巨大挑战。为满足临近空间高超声速飞行器防御需求，本文系统性地梳理高超声速飞行器的"五大优势"及拦截高超声速飞行器的"四大难点"。其次，针对现阶段高超声速飞行器拦截制导律，对基于单弹制导律和多弹协同制导律进行综述，并归纳其优缺点。最后，从"信息域"、"空间域"、"物理域"和"效费比"四个方面对协同拦截高超声速飞行器未来发展方向进行了展望，为临近空间拦截制导技术研究提供参考。

关键词组：高超声速飞行器；制导律；协同制导；临近空间

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: 666 Clicked: 1167 Cited: 0 Commented: 0(p.404-418) <Full Text> <PPT> 390

Chinese summary <531> 基于傅里叶分解和共振解调的齿轮箱故障诊断

作者：童水光^1,2，付子龙²，童哲铭^1,2，李俊杰²，从飞云^1,2
机构：¹浙江大学，流体动力与机电系统国家重点实验室，中国杭州，310027；²浙江大学，机械工程学院，中国杭州，310027
目的：齿轮箱的振动信号频谱结构比较复杂，难以提取其故障特征频率。傅里叶分解方法可以将振动信号分解为多个单分量信号，利用共振频率筛选出最优分量并进行包络解调，识别特征频率以实现故障诊断。
创新点：1.为了求解共振频率，提出一种基于短时向量的最大奇异值比方法；2.将傅里叶分解方法引入到齿轮箱故障诊断中，并利用共振频率选择最优分量进行包络解调以提取故障特征频率。
方法：1.分析奇异值比与冲击信号的关系，提出求解共振频率的最大奇异值比方法；2.对比最大奇异值比方法与谱峭度方法在求解共振频率方面的表现，从而验证最大奇异值比方法的有效性；3.对比分析所提方法与传统的总体经验模态分解（EEMD）和变分模态分解（VMD）方法在信号分解与故障特征提取方面的效果，并通过仿真和实验进行验证。
结论：1.最大奇异值比方法能够准确计算出共振频率，比谱峭度方法求解的频率值更加精确；2.基于傅里叶分解方法和最大奇异值比的共振解调方法能够有效提取故障特征频率，其在故障诊断方面的表现优于EEMD和VMD方法。

关键词组：傅里叶分解方法；奇异值比；共振频率；包络解调；故障诊断

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: 895 Clicked: 1239 Cited: 0 Commented: 0(p.419-431) <Full Text> <PPT> 366

Chinese summary <458> 低温风洞倾斜出口排气过程分析

作者：厉劲风^1,2，王凯¹，顾陈杰¹，邱利民¹
机构：¹浙江大学，制冷与低温研究所，中国杭州，310027；²白马湖实验室，中国杭州，310051
目的：在使用引射器的基础上，低温风洞排气系统利用风机和加热器可进一步降低排气羽流的沉降危害，但也带来了高能耗。本文旨在探讨排气出口倾斜角度对低温风洞低温氮气排气过程的影响，并验证采用倾斜排气出口结构对降低低温风洞排气系统能耗的可行性。
创新点：1.提出低温风洞倾斜出口排气方式；2.建立低温风洞排气塔缩比模型，并开展倾斜出口排气过程的实验分析。
方法：1.根据相似性准则，建立低温风洞排气塔缩比模型，并通过实验对比倾斜出口排气过程和传统垂直出口排气过程，验证倾斜出口排气方式是否可降低羽流沉降危害；2.通过实验与模拟对比，验证低温羽流扩散数值模型的准确性；3.通过仿真模拟，进一步量化研究倾斜出口排气方式的节能潜力。
结论：1.相比传统垂直排气方式，30°或45°倾斜出口的排气方式可有效降低低温羽流的沉降危害；2.以0.3 m低温风洞极端排气工况为例，采用30°或45°倾斜出口，在无风条件下可节省15.9%的加热能耗；3.采用倾斜出口排气方式可以提高排气系统的安全下限。

关键词组：低温气体扩散；低温风洞；排气方式；危害降低；倾斜出口

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: 876 Clicked: 1162 Cited: 0 Commented: 0(p.432-449) <Full Text> <PPT> 533

Chinese summary <457> 考虑土体抗拉强度的刚性挡土墙地震和静态主动土压力的一般变分解

作者：肖世国^1,2，齐远²，夏攀³
机构：¹西南交通大学，高速铁路线路工程教育部重点实验室，中国成都，610031；²西南交通大学，土木工程学院，中国成都，610031；³西南交通大学，地质工程系，中国成都，610031
目的：传统的主动土压力计算方法在考虑土体抗拉强度时的假设不合理，具有明显的局限性。本文考虑土体剪切屈服和拉伸破坏准则，不假设滑裂面形态，并基于墙后填土主动极限平衡条件与变分极值原理，提出刚性挡土墙的地震和静态主动土压力的一般解析解，确定相应于墙体可能运动模式的主动土压力合力值及其作用点的变化范围。
创新点：1.采用变分法，建立同时考虑土体剪切和拉伸破坏的刚性挡土墙地震和静态主动土压力的紧凑解析解；2.确立相应于墙体平动和转动复合运动模式的刚性挡土墙主动土压力的可能变化范围，以及其合力作用点的合理范围；3.揭示13个基本参数对主动土压力的影响规律，并定量确定剪切-拉裂复合模式的滑裂面形态以及作用于滑裂面上的法向应力。
方法：1.基于刚性挡土墙后侧土体的主动极限平衡状态，通过拟静力法引入等效地震力，并根据拉格朗日乘子法和变分极值原理，建立考虑土体剪切与拉裂破坏的地震（含静态）主动土压力的隐式求解方程；2.运用MATLAB中的fsolve函数，通过叠代计算与精度控制，得到主动土压力的计算结果。
结论：1.所提方法算得的地震和静态主动土压力，与试验及理论结果具有较好的一致性，且本方法的适用性更为广泛；2.同一刚性挡土墙在不同的运动模式下，墙后主动土压力有所不同，但其总是在有限范围内变化；3.随着土压力合力作用点在其合理变化范围内逐渐升高，滑裂面剪切段的形态逐渐由平面向曲面发展；4.墙后土体表层的张拉裂隙深度受竖向地震系数、条形荷载分布宽度及其距墙顶水平距离的影响均很小，但受其余10个参数的影响较大。

关键词组：主动土压力；抗拉强度；变分法；拟静力法；条形超载

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: 1112 Clicked: 1491 Cited: 0 Commented: 0(p.450-464) <Full Text> <PPT> 433

Chinese summary <431> 抗蛇行减振器布置方式对机车横向动力学性能影响：Pareto优化和参数分析

作者：李广¹，姚远¹，沈龙江²，邓小星²，钟文生¹
机构：¹西南交通大学，牵引动力国家重点实验室，中国成都，610031；²中车株洲电力机车有限公司转向架研发部，中国株洲，412001
目的：以中国某型Bo-Bo高速机车为研究对象，分析四种典型的抗蛇行减振器布置方式及横向安装角对机车横向动力学性能和参数匹配关系的影响，并解释其作用机理。
创新点：1.通过多目标优化方法来同时优化机车低锥度和高锥度横向稳定性，获得四种抗蛇行减振器布置方式下机车最优横向动力学性能及横向安装角的不同选取原则；2.当抗蛇行减振器横向安装角存在时，引入抗蛇行减振器附加作用力和作用力矩，结合车体横向和摇头模态相位差来解释抗蛇行减振器布置方式对机车蛇行稳定性和车体前后横向平稳性差异的影响机理。
方法：1.基于搭建的MATLAB/SIMPACK联合仿真平台，采用多目标优化方法得到机车最优横向动力学性能及对应悬挂参数分布结果（图4和5）；2.通过拉丁超立方采样对机车直线运行性能和曲线通过性能评价指标进行蒙特卡洛仿真，并采用基于径向基函数的高维模型表示的敏感性分析方法对关键悬挂参数进行全局敏感性分析（图6）；3.采用根轨迹法分析不同抗蛇行减振器布置方式下横向安装角对机车蛇行稳定性影响规律，并提取蛇行模态中对应的车体横移和摇头模态相位差（图8和9）。
结论：1.抗蛇行减振器的布置方式对机车横向稳定性和平稳性具有显著影响，且不同布置方式下横向安装角的选取原则存在差异。2.全局敏感性分析结果显示：机车曲线通过性能对抗蛇行减振器阻尼和一系横向刚度的敏感性较强，但对抗蛇行减振器横向安装角的敏感性较弱。3.机车采用抗蛇行减振器开口向外布置时，优化横向安装角可以减小车体前后端横向平稳性差异，而机车采用其他三种抗蛇行减振器布置方式时没有这个特点。

关键词组：高速机车；抗蛇行减振器布置；横向稳定性；横向平稳性；多目标优化；全局敏感性分析

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: 813 Clicked: 959 Cited: 0 Commented: 0(p.465-472) <Full Text> <PPT> 284

Chinese summary <428> 不同尺寸和表面修饰的介孔硅纳米颗粒负载三氯氟氰菊酯对玉米螟幼虫的杀虫机理

作者：王艳龙^1,2，肖舒婷¹，徐江^1,2，林道辉^1,2
机构：¹浙江大学，环境与资源学院，中国杭州，310058；²浙江大学，浙江省有机污染过程与控制重点实验室，中国杭州，310058
目的：纳米缓释农药在可持续农业发展中应用前景广阔，了解载体性质对纳米缓释农药杀虫效果的影响，可为纳米缓释农药的合理设计及其生物毒性评估等提供科技支持。本文旨在探讨不同尺寸和表面修饰的介孔硅纳米颗粒负载三氯氟氰菊酯对玉米螟（Guenée）幼虫的杀虫机理。
创新点：1.探明了介孔硅纳米颗粒性质（粒径大小、表面电荷和疏水性）对负载三氯氟氰菊酯后杀虫效果的影响；2.解析了不同性质介孔硅纳米颗粒负载三氯氟氰菊酯后的杀虫机制。
方法：1.在光照和黑暗条件下，系统比较不同性质介孔硅纳米颗粒负载三氯氟氰菊酯后对玉米螟幼虫致死率的影响；2.通过分析玉米螟幼虫氧化应激系统及相关酶活性的变化，探讨不同性质介孔硅纳米颗粒负载三氯氟氰菊酯后的杀虫机制。
结论：1.介孔硅纳米颗粒作为载体可以显著提高三氯氟氰菊酯在光照条件下的杀虫效果（1.5~3.6倍）；2.介孔硅纳米颗粒大小对负载三氯氟氰菊酯后杀虫效果无显著影响，而表面改性会降低杀虫效果；3.不同性质的介孔硅纳米颗粒负载三氯氟氰菊酯后会抑制玉米螟幼虫中抗氧化酶活性，而对Na⁺/K⁺-ATP酶活性无显著影响；4.介孔硅纳米颗粒作为载体可以增加三氯氟氰菊酯与玉米螟幼虫的接触，进而导致玉米螟幼虫死亡。

关键词组：纳米缓释农药；介孔二氧化硅；高效氯氟氰菊酯；杀虫活性；抗氧化酶活性