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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2023 Vol.24 No.5 P.387-472
Review
Shuangxi LIU, Binbin YAN, Wei HUANG, Xu ZHANG, Jie YAN
DOI: 10.1631/jzus.A2200423 Downloaded: 785 Clicked: 1940 Cited: 0 Commented: 0(p.387-403) <Full Text><PPT> 263
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: 460 Clicked: 755 Cited: 0 Commented: 0(p.404-418) <Full Text><PPT> 228
1南方医科大学法医学学院，广州市法医多组学精准鉴定重点实验室，中国广州市，510515
2安徽医科大学基础医学院，中国合肥市，230031
3南方医科大学珠江医院检验医学科微生物组医学中心，中国广州市，510515
摘要：体液组织来源的鉴定可为刑事案件的侦查提供线索和证据。为了建立一种高效的法医学体液鉴定方法，本研究选取了8个新的体液特异性DNA甲基化标志物，并基于这些标志物构建了可用于5种常见体液（静脉血、唾液、经血、阴道液和精液）鉴定的多重单碱基延伸反应（SNaPshot）体系。结果表明，该系统具有良好的物种特异性和灵敏度，可用于混合生物样本的鉴定。同时，本研究利用前期研究数据构建了一个人工体液预测模型和两个分别基于支持向量机和随机森林算法的机器学习预测模型，并利用本研究获得的检测数据（n=95）对这些预测模型进行了测试。基于研究者经验建立的人工预测模型的准确率为95.79%，支持向量机预测模型对除唾液（96.84%）外的所有体液的预测准确率均为100.00%，随机森林预测模型对5种体液的预测准确率均为100.00%。综上所述，我们所构建的SNaPshot系统和随机森林预测模型能够实现体液组织来源的准确鉴定。
关键词组：DNA甲基化；体液；法医鉴定；单碱基延伸反应（SNaPshot）；机器学习
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: 674 Clicked: 869 Cited: 0 Commented: 0(p.419-431) <Full Text><PPT> 223
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
Shiguo XIAO, Yuan QI, Pan XIA
DOI: 10.1631/jzus.A2200340 Downloaded: 679 Clicked: 786 Cited: 0 Commented: 0(p.432-449) <Full Text><PPT> 342
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
Guang LI, Yuan YAO, Longjiang SHEN, Xiaoxing DENG, Wensheng ZHONG
DOI: 10.1631/jzus.A2200374 Downloaded: 856 Clicked: 1001 Cited: 0 Commented: 0(p.450-464) <Full Text><PPT> 253
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
Yanlong WANG, Shuting XIAO, Jiang XU, Daohui LIN
DOI: 10.1631/jzus.A2200334 Downloaded: 623 Clicked: 671 Cited: 0 Commented: 0(p.465-472) <Full Text><PPT> 185
1吉首大学通信与电子工程学院，中国吉首市，416000
2马来西亚理工大学信息处理技术学院，马来西亚柔佛州士姑来, 81310
摘要：和声搜索算法(harmony search, HS)是一种随机元启发式算法，其灵感来自于音乐家的即兴创作过程。针对HS在求解中易陷入局部极值等不足，本文提出一种混合布谷鸟算子的改进的和声布谷鸟搜索算法(modified HS withahybridcuckoosearch (CS) operator, HS-CS)增强全局搜索能力。该算法首先对HS音高扰动调整方法的随机性进行分析，根据和声库中解的质量生成自适应惯性权重，并重构微调带宽寻优，提升HS的寻优效率及精度。其次，引入CS算子扩大解空间的搜索范围和提高种群密度，从而能够在随机生成和声和更新阶段快速跳出局部极值。最后，构建动态参数调整机制以提高算法寻优的效率。通过证明3个定理揭示HS-CS是一种全局收敛的元启发式算法。在实验部分，选取12种经典的测试函数优化求解以验证HS-CS算法的性能。数值分析结果表明，HS-CS在处理高维函数优化问题上显著优于其他算法，表现出较强鲁棒性、高收敛速度以及收敛精度。为进一步验证算法在实际问题求解中的有效性，将HS-CS用于优化BP神经网络进行加权模糊产生式的规则抽取。仿真实验结果表明，HS-CS优化后的BP神经网络能够获得较高的规则分类精度。因此，从理论和应用方面都证明了HS-CS是行之有效的。
关键词组：和声搜索算法；布谷鸟搜索算法；全局收敛；函数优化；权重模糊产生式规则抽取