DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 2. 《肄业要览》和『斯氏教育论』的同形译词 5 《肄业要览》通篇无标点符号，译文类古文，内容有多处删节。《斯氏教育论》的文体是日本明治前期广泛用于公文、学术书籍中的“汉字カタカナ交じり文”(汉字片假名混合体)，汉文训读感强，通篇只使用“读点”断句。 关于中日译本中译词的对比方法，笔者首先将英文原书和中日书籍数据化，整理了约九万三千词，然后依据英文原书的段落逐一划分中日译本的段落，再逐句进行比照。在剔除日常用语的基础上，本论文考察了91个英文原词的中日译词情况，其中中日同形译词数量极少，仅有如下9词： Botanists、Chemistry、Geometrical、History、Mechanics、Microscope、 Music、Business、Zoologist 植物学、化学、几何学、史学、重学、显微镜、音乐、事业、动物学 两译本同形译词基本源于此前的中日交流，例如“化学”一词源于中国近代杂志《六合丛谈》(1857~1858) 6 ，该杂志出版后随即传入日本，并逐渐取代了日译词“舍密”，1870年前后“化学”一词已经成为中日汉字文化圈的同形词。其余译词在中日间的往来史尚待具体研究，但是如前所述，19世纪80年代以前汉语近代新词对日语影响较大，因此9个同形译词可能源自汉语，之后在中日文化交流过程中成为了中日同形译词。今后考证“动物学”等词的来源、中日交流史时，似乎可以遵循该研究思路，并将研究范围重点放在『斯氏』和《肄业》成书之前。如下所示，目前包括“化学”在内，9个同形译词的出处皆有迹可循，可以成为日后研究的重要参考。 1) 《肄业要览》中的同形译词 罗存德的《英华字典》(1866~1869)代表了19世纪西人汉外辞典编纂的最高成就，但是由于其个人原因，字典没有在中国流通，反而流通于日本。尽管如此，该词典依然能够反映汉语当时的译词情况。字典中收入译词：显微镜、音乐、事业。其他译词，“植物学”、“化学”、“几何学”、“重学”、“动物学”分别首见于近代书籍：《植物学》(1858)、《六合丛谈》(1857~1858)、《总办机器制造局冯、郑上督抚宪禀・附酌拟广方言馆课程十条》、《奇器图说》(1634)、《中西关系略论》(1875)。 2) 《斯氏教育论》中的同形译词 《附音插图英和字汇》(1873、柴田昌吉、子安峻)是日本明治初期英日字典中最杰出的一部，该辞典深受上述《英华字典》的影响。《附音插图英和字汇》中的“显微镜、音乐、事业”便出自《英华字典》。除此之外，《附音插图英和字汇》中还可见译词：植物学、化学、几何学、史学、重学、动物学。
system: [SYSTEM]

user: 4. 《肄业要览》和『斯氏教育论』中的未译词 两个译本中的未译词，可以分为三种情况讨论。两书都没有给出译词的情况有9例：Abstract、Concrete、Culture、Dietetics、Ethology、Evolution、Operator、Vote、Supernatural。唯独『斯氏』没有译词的情况2例：Anatomy、Organic science。唯独《肄业》没有译词的情况：29例 9 ，这一数量远多于前者。 译本中没有给出译词不代表当时完全没有相应译词，这还与译者的个人局限性和翻译习惯有关，但是上述数字足以说明两点：一、无论是中国还是日本都处于近代译词的发展完善阶段；二、日语在近代译词储备方面优于汉语，这也是后来日译词可以进入汉语的客观条件之一。本节结合前述中日译本各自相对独立创造译词的研究结果，完全可以证实序言中提出的论点：19世纪80年代左右汉语对日语的影响明显减弱，日本无需从中国借用词汇了。 本节要特别提及Anatomy、Organic science在中日译本中的翻译情况。『斯氏』中以词组对应原词，但是《肄业》中有明确的译名：体骨学、生物学。虽然这种情况仅有两例，但是如同前述“民景学”、“心才学”一样，两词也体现了汉语的造词能力。 【英】In human anatomy alone， the quantity of detail is so great， that the young surgeon has commonly to get it up half-a-dozen times before he can permanently retain it. (§64) 【中】即如體骨學所論之骨節等事不知幾許多而且雜，初學醫者，熱讀之而仍忘，必須加工遞至六七次方能省憶。 【日】即チ唯人身解剖ノ一科中ニテモ、微細ニ渉リタル条目極テ許多ニシテ、外科ヲ学バントスル少年輩ハ、之ヲ反覆講習スル通常六七回ニ及ビ、始テ能ク之ヲ暗記スルニ至ル、 【英】Or if， before studying anatomy， a man set up as a surgical operator， we should wonder at his audacity and pity his patients. (§40) 【日】又人アリ未ダ解剖ノ術ヲ学ハズシテ、外科医ノ業ヲ開カバ、誰カ其大胆ナルニ愕キ、其治療ヲ受タル患者ヲ憫憐セザランヤ 【英】And when we pass to the organic sciences， the effort of memory required becomes still greater. (§64) 【中】若生物學，則愈可琢磨人之記心。 【日】又有機物ニ関スル学術ニ至テハ、其記憶力ヲ要スルコト更ニ多シ、 【英】and he also lacks those generalizations of the organic sciences， without which even descriptive sociology can give him but small aid. (§49) 【日】生機上ノ学術ヲ講究セザル時ハ、国民タルノ地位ニ立チテ、正シク己ヲ処スルノ道ヲ知ル能ハザルモノナルニ、今人ハ絶テ此最大緊要ノ学術ヲ学ハザルナリ
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 《教育论》(Herbert Spencer， 1860)一书举世闻名，对近代各国的实学教育都产生了深远的影响。『斯氏教育论』和《肄业要览》分别是《教育论》(Education)的首个日译本和汉译本，中日译本各自独立成书，且翻译时间接近，是对比研究中日近代新词、译词的绝佳素材。 本论文从中日同形译词、中日非同形译词、未译词三方面探讨中日译本的译词，既从数量上综合分析了九十余组中日近代译词，又具体分析了个别中日新造译词。研究结果表明，无论是『斯氏』还是《肄业》都还处于近代译词创制的发展阶段，但是日语已有译词的储备情况和发展程度明显好于汉语，这使『斯氏』从数量上更大程度上对应了英文原词；相比《肄业》，『斯氏』的译词也更多的保留在现代日 Table 2 Translated words in “Spencer’s Education”， which do not exist in “The Essentials of Learning Book-keeping 簿记法 Bread 面包 Class 等级 Course 学科、课程 Curriculum 课程 Direct 直接 Election 选举 Feudal time 封建 Galaxy 天汉 Government 政府 Health 健康 Heraldry 纹章学 Indirect 间接 Individual 个人 Invention 新发明 Literature 文学、文艺 Objective 外物 Physiology 生理学 Political 政治 Religious 宗教 Shareholders 财主 Society 社会 Solar 太阳系 Subjective 内心、心思 Surgical 外科 Theologies 神学 Welfare 幸福 Nervous 神经 Parliament 国会 表2. 《斯氏教育论》独有译词(《肄业要览》中无对应译词) 语中。研究结果还表明，如今中日已然同形的词在『斯氏』和《肄业》中却是一套非同形词，多达四十余组词，数量远超只有九组的同形译词。这样的结果不仅彰显了当时中日各自的译词、造词能力，还证明了两译本成书之时中日译词交流相对较弱的现象。总而言之，本论文最终证实了这样一个论点：19世纪80年代前后汉语对日语的影响明显减弱，日本不需要再从中国借用词汇了，汉语和日语处于相对独立创造译词的阶段。 鉴于『斯氏教育论』和《肄业要览》成书时间的特殊性，本论文所列译词对中日近代新词研究而言具有重要的参考价值和研究价值，这也是本论文的研究意义之一。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 太空电梯是一种以低成本将有效载荷运送至太空的设想，是未来航天领域发展的重要方向之一。本文对太空电梯一些力学特性进行了计算，分析了太空站的选址与太空电梯长度之间的关系并给出了太空站选址的方法；针对几种典型的方案，本文给出了太空电梯的应力分布情况并得到了最大应力的位置与大小；最后，本文计算了单位载荷运送至空间站所需的最低能量以及侧向控制冲量。为后续继续开展太空电梯的设计工作提供参考。 关键词 :太空电梯，力学特性，应力分布，控制冲量 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 自从1957年苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星开始，人造地球卫星已被用于人类生活的各个领域，如通信、测量、导航等等。随着社会的不断发展，人类对航天任务的要求变得越来越丰富多彩，未来的航天活动也会越来越频繁，甚至可能成为一种日常普普通通的活动。在这样一种情景之下，如何将卫星或者其它航天器更加高效廉价的运送到太空中就成为我们不得不考虑的问题。传统的运载火箭发射成本昂贵、周期长，不适用于未来频繁、大量、低价格的向太空运送物资的需求，这就对地球表面进入太空的方式从经济以及效率两方面提出的新的需求。为了满足这样一种需求，太空电梯的概念被重新提了出来，并得到了各国科研机构的研究与关注 [ 1 ] - [ 8 ] 。 早在19世纪末期，航天之父齐奥尔科夫斯基就提出过太空电梯的设想，但是当时，太空电梯对建造材料的要求以及巨额的建造花费使人们望而却步。但在今天，科学技术的发展已经使“太空电梯”由不可能变为可能。世界各国的许多企业和研究机构，如日本的大林组建筑公司，美国电梯港集团公司、俄罗斯萨马拉太空大学等，都已经开始提出“太空电梯”的设计方案。日本建筑公司大林组设想从地球表面伸出一条缆线连接到地球同步轨道的太空站，另外在太空站外侧伸出更长的缆绳以及一块平衡的铅坠作为配重，其预计整个太空电梯的长度约为9.6万千米，并希望在2030年左右开始进行太空电梯的建设。在其计划中，太空电梯的造价是十分昂贵的，如何使太空电梯的总长度最小也是亟需解决的问题。 太空电梯是指从地球表面连接到空间站的一条通道，通过这条通道可以将地球上的资源运送到空间站进行处理。太空电梯的使用可以大大降低从地球表面向太空运送物资的价格，据估计，单位质量的有效载荷被运送到GEO轨道仅需要500美元，这与传统运载火箭相比要降低两个数量级。另外，太空电梯还可以更加高效的利用太阳能，并以此减少太空电梯在运行过程中所消耗的能源，这样又降低了传统运载火箭在爆炸喷射时所带来的危险。太空电梯在无特殊情况时可以随时向太空运输载荷，减少了运载火箭等待发射窗口所需要的时间 [ 9 ] [ 10 ] 。 太空电梯的设计是一个具有挑战性的项目，但其中也蕴含着巨大的机遇。太空电梯的建成，将会对人类太空探索、能源利用以及旅游业等领域产生革命性的影响。通过太空电梯，我们不仅可以低成本地在地球与太空站之间运输补给资源，还可以更便捷地从地球向太空站输送航天器以及燃料，并在太空站完成航天器的发射。与地面直接发射运载火箭相比，从太空站发射航天器可以节省很大一部分的发射燃料，这对我们进行深空探测以及将来的太空旅游大有助益。 地球的自转与引力的作用对太空站的选址以及电梯骨架的力学性能都提出了新的要求，一方面，要保持太空电梯与空间站与地球表面的相对静止；另一方面，要考虑通过骨架在太空中随地球自转而旋转时所受到的拉力。空间站位置的选取与电梯骨架的受力是息息相关的，本文将讨论空间站设置在不同位置时太空电梯为保持稳定所需要的条件，计算空间站的位置与最终电梯长度之间的关系，并给出几种典型方案下电梯的应力分布情况，讨论了电梯舱在运行过程中所需要的控制条件以及最低的能量，为太空电梯的发展提供一些理论上的讨论。
system: [SYSTEM]

user: 2. 太空站位置与电梯长度的分析 2.1. 太空站在地球同步轨道上 为了保持空间站与地球的相对位置不变，最直接的想法是将太空站设置在地球的同步轨道上。此时太空站受到地球的引力与惯性离心力相互抵消，与地球表面的相对位置保持不变并且对太空电梯的骨架没有额外的作用力，因此在分析太空电梯骨架受力时就不需考虑太空站的作用。 太空电梯骨架连接地球表面与太空站，受到地球引力与惯性离心力的作用。为了尽量保证地球表面与太空电梯连接的基站的安全，可以设计太空电梯的长度来使得地球引力与惯性离心力相互平衡，从而使得太空电梯对地球表面也不存在作用力。下面将计算在上述情形下太空电梯所需要的长度。 如图1，R e 为地球半径， ω 为地球自转角速度，R 0 为太空站到地心的距离，L为太空电梯的配重部分(否则，地球引力要大于惯性离心力，造成地球表面受到的压力过大)。地球对太空电梯的引力F 1 为： F 1 = ∫ R e R 0 + L G M λ d r r 2 (1) 其中G为引力常数、M为地球质量、 λ 为太空电梯的线密度。 太空电梯所受到的惯性离心力F 2 为： F 2 = ∫ R e R 0 + L ω 2 r λ d r (2) 由于空间站处于地球同步轨道上，所以满足如下约束： ω 2 R 0 = G M R 0 2 (3) 所以，根据太空电梯在F 1 和F 2 的作用下平衡，可以计算得到太空电梯配重部分的长度： L = 2 R 0 3 R e + 1 4 R e 2 − 1 2 R e − R 0 (4) 代入数据可以得到 L = 16.93 R e = 1.08 × 10 5   km 。与同步轨道到地心的距离 R 0 = 6.61 R e 相比，太空电梯配重段的距离明显要长的多。但是太空电梯配重段的距离越短越好，这样可以尽量降低空间碎片击中太空电梯的风险。下面讨论了通过将太空电梯配重段改用不同的材料来减少配重段长度的方法。 设 λ 1 为太空电梯从地面到太空站区间的线密度， λ 2 为太空电梯配重段的线密度，令 k = λ 2 / λ 1 。地球对太空电梯的引力F 1 为： F 1 = ∫ R e R 0 G M λ 1 d r r 2 + ∫ R 0 R 0 + L G M λ 2 d r r 2 (5) 太空电梯所受到的惯性离心力F 2 为： F 2 = ∫ R e R 0 ω 2 r λ 1 d r + ∫ R 0 R 0 + L ω 2 r λ 2 d r (6) 图1. 太空电梯示意图 根据公式(3) (5) (6)以及 F 1 = F 2 可以得到如下关于L的约束方程： (7) 从图2(a)中可以看到，随着电梯材料线密度比k的增加，电梯配重段的长度在逐渐的减小。这从物理意义上是不难理解的，k的增加表示电梯配重段的线密度在变大，因此使用更短的配重电梯长度就可以实现最终的配平。 2.2. 太空站不在地球同步轨道上 为了进一步减少电梯配重段的长度以及电梯的总长度，可以将太空站设置在比地球同步轨道高的轨道上。这时太空站仍按照地球自转的角速度运行，其受到向外的惯性离心力势必要大于指向地心的地球引力，进而对太空电梯产生一个沿径向向外的作用力，起到了电梯配重段的作用，因而可以减小电梯配重段的长度。 在这里仍然采用两端电梯材料不同的方案，所以公式(5) (6)仍然是成立的，但是由于此时太空站没有在地球同步轨道上，所以公式(3)就不再成立了。与2.1节中的讨论相比，太空电梯不再是仅仅受到F 1 和F 2 的作用，还会受到太空站对太空电梯向外的拉力F 3 ： F 3 = m ( ω 2 R 0 − G M R 0 2 ) (8) 由 可以得到一下关于电梯配重段长度L的约束： 1 2 k L 3 + 3 2 k R 0 L 2 + [ k R 0 2 + 1 2 ( R 0 2 − R e 2 ) + R s ( R 0 − R G 3 R 0 2 ) − R G 3 R e − k R G R 0 + R G 3 R 0 ] L + 1 2 ( R 0 2 − R e 2 ) R 0 + R s ( R 0 − R G 3 R 0 2 ) R 0 + R G 3 − R G 3 R 0 R e = 0 (9) 其中 表示地球同步轨道的高度、 表示太空站质量与电梯骨架线密度之比(是表征太空站质量的等效高度)。目前国际太空站的质量约为400t，所以下面的计算中m取为400t；从地球表面到太空站之间的电梯段理想的材料为碳纳米管材料 [ 11 ] ，其密度约为 ，所以估测其线密度约为16 kg/m，这样，可以得到 R s ≈ 3.92 R e 。 根据公式(9)，可以计算得到k、R 0 取不同值时，电梯配重段长度L的大小，据此将计算结果展示在图2中。从图2(a)中可以发现，随着太空站布置在更高的轨道上，需要的配重电梯的长度就会减小；图2(b)中显示在低电梯材料线密度比(k < 1.5)的情况下，可以通过将太空站布置到更高的轨道的方法实现电梯总长度的减小，但是对于高电梯材料线密度比(k > 3)的情况，太空站布置在更高的轨道会得到适得其反的效果。这是因为，在低电梯材料线密度比的情况下，如两端电梯密度相同时，太空站会对电梯有沿径向向外的作用力，确实可以减少对配重电梯的需求；但是在高电梯材料线密度比的情况下，向更高轨道 图2. 电梯总长度、配重段长度与太空站位置、电梯材料线密度比之间的关系 布置太空站，会使得从地球表面到太空站之间的低密度电梯长度增加，增加的低密度电梯的长度要大于减小的高密度电梯的长度，因而电梯的总长度会反常增加。 从地球表面到太空站之间的电梯段的材料选为为碳纳米管材料，其密度 ρ 1 约为1.6 × 10 3 kg/m 3 ；配重电梯段的材料选为钛合金，其密度 ρ 2 约为4.51 × 10 3 kg/m 3 ；在这种情况下电梯材料线密度比k为2.82。图3显示了k = 2.82时，太空站位置对太空电梯总长度的影响，可以看出，当 R 0 = 8.36 R e 时，太空电梯的总长度达到最小值，约为14.69R e 。我们可以根据这一规律来选择太空站的位置，当电梯材料线密度比选定之后，将太空站布置到适当的位置，使得太空电梯的总体长度最小。
system: [SYSTEM]

user: 3. 太空电梯径向方向应力分布 对于太空电梯的建设，除了需要计算使其平衡所需的长度外，还需要分析电梯各处的应力分布情况，这对我们判断电梯的骨架材料是否合格十分重要。下面采用第2节中所述的一般的电梯模型，即采用两段材料不同的电梯、太空站的位置未定，以此来推导一般性结论。 下面分析在距离地心位置为R处的电梯微元的受力情况。从地球表面到距离地心位置为R处之间的电梯作为一个整体，其主要受到三种作用力：地球对其的引力、旋转坐标系下的惯性离心力以及外侧电梯沿径向向外的作用力。若R > R 0 ，还会受到太空站向外的拉力。计算电梯微元的受力情况，就是计算电梯之间的相互作用力，也就是计算上述所说的外侧电梯沿径向向外的作用力，因此该作用力可以得到下述表达式： F ( R ) = { ∫ R e R ( G M r 2 − ω 2 r ) λ 1 d r ，                                                                                                                             ( R < R 0 ) ∫ R e R 0 ( G M r 2 − ω 2 r ) λ 1 d r + ∫ R 0 R ( G M r 2 − ω 2 r ) λ 2 d r + m ( G M R 0 2 − ω 2 R 0 ) ，     ( R > R 0 ) (10) 再由正应力公式 σ = F / S 得到应力的最终表达式： σ ( R ) = { ρ 1 ω 2 [ R G 3 R e − R G 3 R − 1 2 ( R 2 − R e 2 ) ] ，                                                                                                                                           ( R < R 0 ) ρ 1 ω 2 { [ R G 3 R e − R G 3 R 0 − 1 2 ( R 0 2 − R e 2 ) ] + k [ R G 3 R 0 − R G 3 R − 1 2 ( R 2 − R 0 2 ) ] + R s ( R G 3 R 0 2 − R 0 ) } ，     ( R > R 0 ) (11) 我们对下述四种方案的应力分布情况给出了计算： 1) 太空站布置在地球同步轨道上，两端电梯采用相同材料( R 0 = R G ， k = 1 )； 2) 太空站布置在地球同步轨道上，两端电梯采用不同材料( R 0 = R G ， k = 2.82 )； 3) 太空站布置在8.36R e 上，两端电梯采用相同材料( R 0 = 8.36 R e ， k = 1 )； 4) 太空站布置在8.36R e 上，两端电梯采用不同材料( R 0 = 8.36 R e ， k = 2.82 )。 图4比较了四种方案的应力分布情况，从图中可以看出，当 R < R G = 6.61 R 时，各个方案的应力分布是相同的，这是因为在在地球同步轨道高度以下的电梯部分，各方案所用的电梯材料都是相同的，为碳纳米管材料；当 时，正应力达到最大值，约为77.5 GPa，也就是说，不管是何种方案，在地球同步轨道高度处的太空电梯都会受到最大拉应力的作用，对于碳纳米管材料，该处受到的拉应力约为77.5 GPa。对于理想结构的碳纳米管材料，其抗拉强度可到达800 GPa，可见由碳纳米管材料建造的太空电梯，从应力的角度看是满足要求的。从图4中看到，对于太空站布置在8.36R e 上的两种方案，应力在8.36R e 处会存在不连续的情况，这是由于太空站在8.36R e 的位置会对太空电梯产生一个集中力的作用，因而该处的应力不连续。 图3. 太空电梯总长度与太空站位置的关系 图4. 太空电梯应力分布图
system: [SYSTEM]

user: 4. 电梯运送载荷的特性分析 4.1. 单位质量载荷运送至太空站所需能量的计算 载荷在太空电梯中运行，沿径向受到三种力的作用：地球对电梯舱的引力f 1 、旋转坐标系下产生的惯性离心力f 2 、太空电梯对单位质量载荷的作用力f 3 。其中f 1 和f 2 为有势力，可以计算得到单位质量载荷从地面被运送至太空站，其势能的增量为： Δ φ 1 + Δ φ 2 = G M R e − G M R 0 − 1 2 ω 2 ( R 0 2 − R e 2 ) (12) 所以太空电梯将单位质量载荷送至太空所需要的最小能量为： W min = G M R e − G M R 0 − 1 2 ω 2 ( R 0 2 − R e 2 ) (13) 分析公式(13)可以得到，当太空站处于地球同步轨道的位置时，将单位质量的载荷从地球表面运送到太空站所需要的最小能量是最大的；随着太空站布置到更高的轨道上，将单位质量载荷运送到太空站所需要的最小能量会逐渐变小。 4.2. 电梯运送载荷时太空站控制所需冲量 载荷从地面运送至太空站时，除了电梯需要克服载荷的重力势能与离心势能外，还需要对太空站进行一定的控制。在地球自转旋转坐标系中，运行中的载荷除了受到径向的地球引力、离心力和电梯的牵引力外，还会受到侧向的科里奥利力。这一侧向的科里奥利力需要太空站与电梯地面之间的基站共同抵消。太空站在单位载荷从地面运送至太空站的整个过程中，需要的提供的侧向总冲量为： I = ∫ t ( R e ) t ( R 0 ) r − R e R 0 − R e ⋅ 2 ω v d t = 2 ω ∫ R e R 0 r − R e R 0 − R e d r = ω ( R 0 − R e ) (14) 从公式(14)中可以看出，太空站所需要提供的侧向总冲量仅与太空站到地球表面的距离有关，因此，太空站距离地球表面越近，载荷运送至太空站时，太空站所需提供的侧向总冲量就越小。当太空站设立在同步轨道高度( )时，可以得到将单位载荷运送至太空站所需提供的侧向冲量约为2614 N∙s/kg。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 本文分析了太空电梯的基础力学特性，对太空站位置的选取以及太空站的长度进行了讨论，并对几种典型方案分析了应力分布情况，明确了载荷运送至太空站所需的最小能量以及此过程中太空站的控制冲量，研究结果表明： 1) 通过增加太空电梯配重段的线密度，可以减小电梯的总长度； 2) 对于一定的电梯材料线密度比，在比地球同步轨道更高的轨道上，存在一个太空站的位置，使得电梯总长度最小； 3) 在地球同步轨道高度的位置，太空电梯所受到的拉力最大；对于碳纳米管材料，该处的应力约为77.5 GPa； 4) 载荷运送至太空站所需能量以及运送过程中太空站所需要的控制冲量，仅与太空站的位置有关，且太空站轨道高度越低，所需的控制冲量越小。 太空电梯可以满足低成本、高效率、常态化的太空任务需求，对人类未来进一步探索宇宙世界有着重要的意义。太空电梯的发展必将引起航天领域的巨大变革。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文依据油水密度不同的原理，设计研发了一套切削废液处理设备，包括缓流装置、油水分离装置等。并针对该套系统，根据浅池原理和斯托克斯定律，对此设备的箱体结构做了合理的设计，一台设备可以达到17 L/min的处理效率。此套设备具有结构简小，方便安装、搬运等特点，主要适用于中小型企业。 关键词 :切削废液，油水密度，小型 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 切削液是机械制造相关领域必要的基础耗材之一。切削液在使用的过程中会带走大量机床内的导轨油以及工件上的润滑油，最后流回到机床的切削液箱中。然而，随着这些混合了各种油的切削液长时间的放置以后，油自然会浮在切削液的表面，使得液体中容易产生好氧菌和厌氧菌，从而造成切削液变质，粘稠，直接导致刀具磨损加剧，以及工件表面精度降低；并造成夏天工厂异味严重，工人工作环境恶劣，会使许多长期操作工人产生皮肤发红、发痒等过敏症状，有的对眼睛有较大的刺激作用，引起眼睛发炎，还有的甚至使人患上癌症。所以切削废液必须经处理后才能排放 [ 1 ] 。 现在我国的高端机械加工厂都有大型的切削废液处理器，废液经过处理后达到排放标准再倒进企业的排水沟。但是此种设备价格高昂，不是一般中小型企业能够引进的。若这些小型企业把切削废液打包交给污水公司处理，可能会因为污水量过少被拒绝，又或者是被收取高额的费用，这是会大大减少公司盈利的。本文针对上述问题，设计研发了一套小型且经济的切削废液处理装置。
system: [SYSTEM]

user: 2. 切削废液处理设备的结构设计 2.1. 切削废液处理器的设计要求 本文主要根据油水分离的原理，设计出一台切削废液处理装置。要求此设备的缓流装置具有良好的减慢水流速度的性能，让污水有充足的时间进行油水分离。此设备主要是针对中小型企业设计研发出来的，所以还应具有价格适中、机身小巧、方便安装等特点。 2.2. 工作原理 如图1所示，此设备主要由吸油装置、隔膜泵、缓流装置和集油箱、集水箱这几部分组成。通过导管连接隔膜泵和吸油器，工作时，我们将吸油器放在切削废液中，由隔膜泵提供动力使废液被吸入吸油器，通过导管输送到过滤器，过滤器能过滤掉较大的杂质，然后废水进入缓流装置，缓流装置是整个设备的核心部件，它能使液体的流速减慢，让混合在一块的水和油有充分的时间进行分层。流入沉淀池的切削废液基本上已完全处于油水分离状态，当浮在上层的油(主要成分是废弃的导轨油以及润滑油)达到一定的高度，会自动流进集油箱，此时调节升降管的高度可使底部的切削液浸入集水箱，完成油水分离。 2.3. 主要部件 2.3.1. 缓流装置的设计 废液通过隔膜泵被抽入设备时具有很大的能量，以至于流水的速度很快，使油和水混合在一起。如果此时废液直接进入沉淀池，将会耗费很长的时间进行油水分离这一过程，不能达到高效处理废液的目的。在切削废液处理装置中加入缓流器，能够有效的解决这一问题，提高设备的工作效率。 图1. 切削废液处理器的结构示意图 本文中的缓流装置，箱体顶部是一个导管接口，废液通过此接口进入缓流装置。箱体内部有6块挡板，废液流经这6块挡板，它自身的速度在慢慢减小。当废水到达箱体底部的漏水孔(漏水孔截面积为8 cm 3 )时，废水大体上已经完成了油水分离。 2.3.2. 箱体的设计 在缓流器中油水分离之后的废液，不能直接进入集油箱或集水箱。所以，箱体内部安装集油箱和集水箱空余的部分，就是一个沉淀池。沉淀池能够存储一部分废液，废液进入沉淀池后就有了更充足的时间进行分层，即油水分离效果更好。当沉淀池中的液面达到一定高度时，浮在上层的油会自动进入集油箱，此时，我们可以通过调节集水箱中的螺纹管，使在下层的切削液从集水箱的底部进入。 2.3.3. 螺纹管的设计 螺纹管的内部是一个通孔。此台切削废液处理器刚开始工作时，螺纹管与箱体底部是相接触的，此时废液不会进入集水箱。只有当沉淀池的液面达到一定的高度时，集油箱开始收集油时，才能够调节螺纹管，使切削液从螺纹管的内部通孔进入集水箱。
system: [SYSTEM]

user: 3. 沉淀池的设计 3.1. 粘度 流体除流动性外，还有带动或阻止邻近流体运动的特性，被称为流体的粘性。按牛顿的假设，通过 研究发现粘性切应力与两层流体间的速度成正比，公式如下： τ y x = μ d u d y 。其中， τ y x 为粘性切应力，单位为：Pa。 d u d y 为速度梯度，表示单位间距的两层流体之间的相对速度，单位为：1/s。 μ 称为动力粘度， 简称粘度，由液体性质决定，单位为：Pa∙s [ 2 ] 运动粘度是粘度与密度的比值，用v表示， v = μ p ，单位为：m 2 /s。在常温(15℃~20℃)和常压下，水的运动粘度为 v 水 = 1 × 10 − 6   m 2 / s = 0.01   cm 2 / s 。切削废液里的油主要是机床上的导轨油，所以本文里的运 动粘度主要是导轨油的粘度。 由表1可知，本文中导轨油的运动粘度为32.1 mm 2 /s (40℃)，导轨油比重为0.88。由2.1中的公式 v = μ ρ 可以得出 μ 导 轨 油 = v ρ = 32.1   mm 2 / s × 0.88   g / cm 3 = 28.248 × 10 − 3   Pa ⋅ s [ 3 ] 。 3.2. 切削废液受力分析 在等速运动中，颗粒相对于流体的运动速度，被称为沉降速度。单个球形颗粒重力沉降过程中受三个力的作用：重力、浮力和阻力。 重力： G = π 6 d 3 ρ s g ，浮力： F b = π 6 d 3 ρ g 力，阻力： F f = ξ ⋅ π 4 ⋅ d 2 ⋅ ρ v 2 2 ( ρ s 为颗粒密度，d为颗粒直径， ρ 为流体密度)因为 G − F b − F f = m a ，所以 π 6 d 3 ρ s g − π 6 d 3 ρ g − ξ ⋅ π 4 d 2 ⋅ ρ v 2 2 = π 6 d 3 ρ s a ( ξ 为阻力系数)。 颗粒开始沉降的瞬间，颗粒速度 v = 0 ，不存在浮力，即 F b = 0 ，此时加速度a趋向于无穷大。 颗粒开始沉降后，速度v增大，阻力 F f 减小，加速度a也减小了。 当颗粒处于匀速阶段时，速度v趋近于沉降速度，此时加速度 ，可带入上述公式，得： π 6 d 3 ρ s g − π 6 d 3 ρ g − ξ ⋅ π 4 d 2 ⋅ ρ v 2 2 = 0 所以可以得出沉降速度公式： v 沉 降 = 4 d g ( ρ s − ρ ) 3 ρ ξ 沉降速度与流体的粘度，颗粒直径，颗粒形状，颗粒的体积浓度，器壁效应有关。流体的粘度越小，颗粒的直径越大，沉降速度就越大。同种物质，形状越接近球形，沉降速度越快。沉降速度公式只适用于颗粒浓度小于0.2%的环境。颗粒越靠近器壁，沉降速度越小。 3.3. 斯托克斯定律 斯托克斯定律是颗粒半径与颗粒在静水中自由沉降速率的关系式。球形物体在液体中所受到的阻力，是该球形物体的半径，运动的速度，流体的粘度与6π的乘积。如果球形物体在液体中是因为自身的重量而坠落，那么按照上面的关系式，则为最终速度。 Table 1 The guide rail oil specification 项目 质量指标 试验方法 牌号(GB3134) 32 68 100 150 运动粘度(40℃)，mm 2 /s 28.8~35.2 61.2~74.8 90~110 135~165 GB/T265 粘度指数不小于 70 70 70 70 GB/T2541 闪点(开口)，℃不低于 170 190 190 190 GB/T267 凝点，℃不低于 −10 −10 −10 −5 GB/T510 最大无卡咬负荷(Pb)，N不小于 588 686 784 882 GB/T3142 表1. 导轨油规格 斯托克斯定律公式： f = 6 π η v r ( η 为粘滞系数，v为球形物体速度，r为球形物体半径) 由上述公式可以推出斯托克斯沉速公式 w = 2 g ( ρ s − ρ ) g r 2 9 μ ，其中 为颗粒密度， ρ 为介质的密度， μ 为流体粘度，r为颗粒半径，g为重力加速度。该方程可用于解释沉积在盆地的颗粒粒度分布，以及不同形状，密度和半径的颗粒混合在一起的情况。 3.4. 浅池原理 20世纪初，哈真提出了浅池理论：设斜管沉淀池长度为L，颗粒沉速为 u 0 ，在理想状态下 。可以得出L与V的值不变时，沉淀池池身越浅，可被去除的悬浮物颗粒就越小。若用水平隔板将H分成3层，每层层深为 H 3 ，在 u 0 与V不变的情况下，只需 H 3 就可以将沉速为 u 0 的颗粒去除。即沉淀池的总容积可以减少到原来的 1 3 。反的来说，如果L不变，池深为 H 3 ，那么水流速度可增加到3V，也可以将沉速为 u 0 的颗粒去除。由此可以得出：将沉淀池池身分成n层，那么处理效率就能提高n倍。 3.5. 数值计算 通过实验可知，本文适用斯托克斯沉速公式 。此公式中，目前只有颗粒半径r未 知。我们可以用胶头滴管滴出一滴切削废液，体积为0.05ml，由此研究的颗粒半径。 因为 V = 4 3 π r 3 = 0.05   cm 3 ，所以可以得出 在上文中选用的导轨油粘度为 μ = 28.248 × 10 − 3   Pa ⋅ s ，所以可以得出油水分离时油的上浮速度： w 油 = 2 × 9.8 × ( 1.0 − 0.88 ) × 9.8 × ( 2.28 × 10 − 3 ) 2 9 × 28.248 × 10 − 3 = 4.71 × 10 − 2   m / s 因为流量 ，由前文可知 A = 8.0   cm 3 ;   Q = 17   L / min ，所以 V = Q A = 17   L / min 8.0   cm 3 = 2.125 × 10 − 2   m / s 由浅池原理可知 L H = V u 0 = 2.125 × 10 − 2   m / s 4.71 × 10 − 3   m / s = 0.45 ，即 。 如图2所示，虽然整个箱体较大，但加入集水箱和集油箱之后，仅剩图中红色部分为沉淀池。所以本文中沉淀池的实际长度为11.25 cm，深度为25 cm，是合理的。
system: [SYSTEM]

user: 4. 效率计算 4.1. 流体的连续性方程 ∂ ρ ∂ t + ∂ ( ρ u ) ∂ x + ∂ ( ρ v ) ∂ y + ∂ ( ρ w ) ∂ z = 0 ，这个方程研究的是控制体，称为流体力学中的连续性方程。在本 文中，此方程中的 ∂ x ， ∂ y ， ∂ z 表示缓流器或箱体的边长 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。 流体运动遵循质量守恒定律。按拉格朗日的观点，一个流体系统所包含的物质(质量)在运动过程中始终保持不变；按欧拉的观点，如果流体的密度不变(不可压缩流体)，流进控制体的流体物质(质量)应等于流出控制体的流体物质(质量)。 图2. 箱体内部结构 图3. 处理前 图4. 处理后 对于稳定流动的流体，遵循流体运动的连续性原理，也就是欧拉的观点。本文中的切削废液在缓流器和箱体中都是稳定流动的。在缓流器中，如图2所示， Q r = Q c ， r表示入口的流量，c表示出口的流量。对于箱体，如图2所示(图中黑色箭头代表液体的流入，蓝色箭头代表液体的流出)，废液从缓流器流入，从集油箱和集水箱流出，则 。 4.2. 工作效率 本文中的此台设备选用的是最大自由流量为17 L/min的隔膜泵，由流体的连续性方程可知，此台设备的工作效率为17 L/min。
system: [SYSTEM]

user: 5. 处理效果 如图3所示，这是未经处理的切削废液，给人带来的直观感受不太好，而且它散发出来的味道更是让人难以适应。如图4所示，这是经过此台设备处理之后的切削废液，液体呈乳白色，不会让人看见了感到不适，异味也没有了，工人们能有一个良好的工作环境 [ 7 ] 。
system: [SYSTEM]

user: 6. 结论 本文所设计的切削废液处理器结构合理、设计简洁、实用性高。主要利用油水分离的原理对废液进行处理，缓流装置在此设备中起着至关重要的作用，它能够使废液有充足的时间进行油水分离，从而使此设备的工作效率大大提高。此台设备的工作效率高达17 L/min，可以高效的处理切削废液，改善工厂环境。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 以膜下滴灌为主模式的灌溉技术在干旱新疆灌区大面积应用，针对滴灌区多种作物灌溉制度尚未系统建立应用问题，该文基于先进的地下廊道式测坑防雨棚测验设施，采用灌水定额单因素4水平，随机区组田间灌溉试验方案，系统性同步实施滴灌12种作物需水量及灌溉制度试验，结果表明：春麦需水量和灌溉用水定额为412 mm、390 mm；旱稻为829 mm、933 mm；谷子为539 mm、573 mm；土豆为560 mm、510 mm：大豆为559 mm、557 mm；油菜为469 mm、533 mm；葵花为515 mm、530 mm；甜菜为492 mm、515 mm；打瓜为510 mm、467 mm；蕃茄为533 mm、519 mm；胡萝卜为468 mm、486 mm；苜蓿为608 mm、570 mm，试验分析结果为灌区节水灌溉定额管理提供技术支撑。 关键词 :干旱区滴灌，12种作物，需水量，灌溉制度，试验 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 截止2016年新疆地方系统膜下滴灌229万hm 2 ，占总灌溉面积46% [ 1 ] ，膜下滴灌成为干旱区农业高效用水主模式，在农业灌区滴灌水肥调控、节水增产、水资源总量与定额管理，社会经济生态协调发展方面发挥着重要作用。灌区种植作物约30种，但主要种植小麦、水稻、玉米、棉花、豆类、谷子、薯类、葵花、油菜、甜菜、瓜类、蔬菜、苜蓿13种作物，其中棉花、小麦、玉米、蔬菜4类占播种面积的85%以上 [ 2 ] 。目前，滴灌技术已广泛应用于灌区大田几乎所有作物，近年来，除滴灌棉花、玉米以外，灌区大尺度范围5种粮作(春麦、旱作水稻、土豆、谷子、大豆)；4种经作(油菜、葵花、甜菜、打瓜)；2种蔬作(工业番茄、胡萝卜)；饲草苜蓿12种大宗作物高效节水灌溉制度尚未建立，加快滴灌多作物灌溉制度试验应用尤显重要。 天山北坡准噶尔盆地南缘区膜下滴灌玉米灌溉水量试验 [ 3 ] 结果3570~6370 m 3 /hm 2 ，产量达13，061~14，929 kg/hm 2 。魏永霞等 [ 4 ] 进行玉米滴灌调亏、充分灌溉试验表明，苗期轻度调亏，产量比对照降低7.89%、节水8.26%、水分利用效率提高33%；苗期中度调亏，产量比对照增加5.20%、节水16.71%、水分利用效率提高26.25%，玉米苗期适宜水分亏缺是一种有效的灌溉制度 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。基于滴灌条件以玉米试验，进行有关产量、耗水量及灌水量试验，分析灌溉水生产效率及灌溉制度 [ 8 ] 。连续3年新疆准噶尔盆地南缘区膜下滴灌棉花试验表明，棉花生育期耗水量450~625 mm，不同年份气温对棉花生育阶段需水量影响较大，水分生产率随着灌水量呈现先增后降变化。赵自明 [ 9 ] 对春小麦、玉米间作进行试验，建立了滴灌次数、滴灌定额与作物产量及灌溉水分生产率函数，试验分析得出间作种植的小麦和玉米滴灌优化灌溉制度。水稻是一种喜水性作物，传统灌溉用水量达1800 mm，采用农业节水具有较大潜力，通辽市灌区经试验数据分析水稻膜下滴灌最优灌溉制度 [ 10 ] ，新疆干旱区膜下滴灌水稻种植，在滴灌穴播机技术 [ 11 ] 、水稻苗期生长黄枯病害发生机理 [ 12 ] 、膜下滴灌水稻除草剂效果 [ 13 ] 等方面，多有试验研究报道。近年新疆博州灌区对谷子滴灌播前准备、适期播种、田间管理、病虫害防治等栽培技术方面进行了研究 [ 14 ] ，内蒙阿拉善绿洲灌区膜下滴灌谷子水氮肥试验表明，拔节期需水量最大，适宜灌溉定额504 mm，水分生产率0.91 kg/m 3 ，膜下滴灌谷子氮肥最佳施用量180 kg/hm 3 [ 15 ] [ 16 ] 。张恒嘉等 [ 17 ] 对膜下滴灌马铃薯进行灌溉试验表明，马铃薯块茎形成期水分轻度调亏水分利用效率最高，比块茎膨大期中度调亏、淀粉积累期轻度调亏和全生育期充分供水分别提高36%、32%和14%，块茎形成期轻度调亏不会降低马铃薯产量，但尚未对滴灌马铃薯灌溉制度分析。黑龙江西部半干旱区滴灌大豆不同水分处理试验表明，滴灌大豆适宜灌水量109 mm [ 18 ] ，复播大豆高产节水适宜膜下滴灌水量336 mm [ 19 ] ，彭辉等 [ 20 ] 介绍了新大豆8号品种的膜下滴灌高产栽培技术栽培管理技术，洪明等 [ 21 ] 经大田小区试验对核桃间作滴灌大豆耗水规律进行研究表明，间作滴灌大豆生育期耗水量277 mm，较非间作滴灌大豆耗水量减小26.5%，尚未分析灌溉定额。西宁市北郊川水地滴灌春油菜水肥试验表明 [ 22 ] ，滴灌油菜最佳施肥量N量74.2 kg/hm 2 、P 2 O 5 为65.0 kg/hm 2 、K 2 O为31.2 kg/hm 2 ，最高产量2863 kg/hm 2 ，尚未见滴灌油菜灌溉制度试验。郑凤杰等 [ 23 ] 以盆栽探讨不同微咸水滴灌对食用葵花生长影响，当微咸水矿化度较低水平(≤3.5 g/L)时，对葵花产量影响较小的同时，微咸水可提高改善作物籽实营养品质，滴灌葵花水肥灌溉试验尚未见报道。樊福义等 [ 24 ] 进行高寒干旱区膜下滴灌甜菜灌溉制度试验，生育期有效降雨量350 mm正常年份情况下，膜下滴灌甜菜灌水四次，灌溉定额180 mm。新疆阿勒泰地区打瓜滴灌耗水量进行田间试验表明，开花坐果期耗水大于中期、后期 [ 25 ] ，滴灌条件下打瓜、蕃茄 [ 26 ] 、胡萝卜多见于农业栽培及生物量技术研究，需水量及灌溉制度试验国内文献尚未见报道。浅埋式滴灌苜蓿需水及灌溉制度近年有所研究， [ 27 ] 试区浅埋式滴灌苜蓿适宜灌水定额45 mm、灌水周期7~10 d， [ 28 ] 地埋滴灌紫花苜蓿灌水量和滴灌带埋深试验结果表明，滴灌带埋深20 cm，灌水定额22~30 mm，灌水周期5~7 d。 综上，国内滴灌棉花、玉米等作物水肥灌溉试验较多，其他作物需水量及灌溉制度试验分析较少，甚至有些作物尚未见有相关研究报道，本研究基于先进的地下廊道式测坑灌溉试验设施，采用统一的灌溉试验设计方案，系统性同步开展滴灌12种作物需水量及灌溉制度试验，以期减少试验周期、节时省费、提升试验效率 [ 29 ] ，为干旱新疆灌区多作物滴灌节水灌溉制度提供支撑。
system: [SYSTEM]

user: 2. 材料与方法 2.1. 试区概况 试区位于新疆灌溉中心试验站(昌吉滨湖镇13户村)占地面积6.67 hm 2 ，87˚18'E、44˚01'N，海拔600 m。地处天山北坡带头屯河流域冲积、洪积南缘，多年平均降水181.7 mm、蒸发1739.1 mm、日照7.8 h，气温13.1℃，≥0℃积温3834.3℃以上，属典型内陆干旱气候。试区分布棕漠土，质地为中、轻壤土，0~120 cm土壤干容重1.46~1.65 g/cm 3 ，耕作层1.50~1.60 g/cm 3 ，0~120 cm田间持水量(干土重) 18.8%~23.9%，耕作层20.1%~23.4%。地下水埋深3.0~4.5 m，供水井1眼单井出流量126 m 3 /h，地表与地下水矿化度分别为0.2、0.6 g/L，耕层土壤全盐0.12%无盐渍化，土壤pH值8.7碱性。耕作层土壤有机质1.51%，土壤全氮、全磷、全钾分别为0.09%、0.07%、1.51%，有效氮、磷、钾，分别为0.0054%、0.0069%、0.0479%，肥力中偏下，表现缺氮少磷钾富特点。试区自动气象观测站1处，图1为地下廊道防雨棚式灌溉试验测坑设施，试区共有2组试验测坑，其中1组可进行土壤水分、温度、盐分(电导率)自动采集，测坑总面积6 04 m 2 ，48个测坑小区面积6.67 m 2 。 2.2. 试验设计 2016至2017年进行12种作物滴灌试验，以灌水定额单因素 [ 30 ] 安排4种不同处理水平，以随机区组法进行田间试验(表1)，作物品种、每次灌水时间、施肥种类、方法和施肥量等农业技术参照当地灌区种植管理。试验用滴灌系统灌溉方式，毛管间距0.6 m，滴头间距0.20 m，滴头流量2.1 L/h，额定工作压力0.1 Mpa。采用地下廊道防雨棚式灌溉试验测坑设施，每个测坑试验小区可控制地下水、土壤水侧渗和降 图1. 地下廊道防雨棚式试验测坑设施 Table 1 Level design of crop irrigation test factor 试验区号 灌水定额/mm 1 30.0 2 37.5 3 45.0 4 52.5 表1. 作物灌溉试验因素水平设计 水影响，每个测坑试验小区面积6.67 m 2 ，测坑试验小区内滴灌带铺设与大田一致。 2.3. 试验过程 供试春小麦(新春6号)，水稻(新稻11号)，土豆(费乌瑞它)，谷子(SF黄金谷)，大豆(95-33)，油菜(塔油2号)，葵花(高油王DK567)，甜菜(丰甜2号)，打瓜(SWBB-01)，蕃茄(利丰早熟)，胡萝卜(驰诚黄)，苜蓿(紫花)。作物播时播量、栽培方式、施肥(药)种类数量等农业技术，均按当地大田作物生产管理，12种作物主要施尿素和速溶性二铵滴灌肥，施肥3次分别在作物前期(5月上旬)、中期(6月中旬)及中后期(7月上旬)实施，施肥量375~450 kg/hm 2 。12种作物滴灌试验，均以1条滴灌带(毛管) 2行作物播种，春麦、水稻、土豆、油菜、胡萝卜、苜蓿6种作物，均无地膜滴灌，其他6种作物均为膜下滴灌方式。试验观测气象数据由田间自动气象站采集，试验处理小区灌溉水量由水表控制计量，每个处理小区固定埋设2处土壤含水率测管，用PR2水分仪结合取土样烘干法对0~100 cm土层(每层20 cm)，每3 d进行土壤含水率观测，灌水前、后加测。12种作物不同生育阶段，采用小区1 m 2 样点3处取均值观测生育期(作物生育期以不同作物生育生理有50%变化量发生的时间)、群体密度、株高、叶面积动态，作物成熟后每区人工收割脱粒晾晒干净后进行千粒重、产量考种。为了解收获前后土壤理化状态，进行容重、田间持水量、小区耕层土壤有机质、有效N、P、K取样分析。 2.4. 分析方法 作物需水量利用试验小区实测土壤含水率，按下式分析： E T = 10 ∑ i = 1 n γ i H i ( W i 1 − W i 2 ) + M + P + K − C (1) 式中ET为作物生长阶段需水量，mm；i为土壤层次号数；n为土壤层次总数目；γ i 为第i层土壤干容重，g/cm 3 ； H i 为第i层土壤厚度，cm；W i 1 为第i层土壤在时段始含水率，% (干土重)；W i 2 为第i层土壤在时段末含水率，% (干土重)；M为时段内的灌水量，mm；P为时段内的降水量，mm；K为时段内的地下水补给量，mm，在有底坑或地下水位 ≥ 3 m条件下，K = 0；C为时段内的排水量，mm，地表排水与下层排水之合。 作物需水强度按下式分析： F = ∑ i = 1 n m i / N i (2) 式中F为作物需水强度，mm/d；i为作物生长的第i阶段；n为作物生长划分的阶段数目；m i 为作物生长的第i阶段需水量，mm；N i 为作物生长的第i阶段天数，d。 有效雨量以实际观测，按下式分析： P 0 = 1 0 γ H ( W 2 − W 1 ) + ( E T d − K d ) t (3) 式中P 0 为有效雨量，mm；γ为土壤干容重，g/cm 3 ；H为根系吸水层深度，cm；t为前后两次测定土壤含水率相隔时间，d；ET d 为时段内日平均蒸发蒸腾量，mm/d；K d 为t时段内旱田日平均地下水有效补给量，mm/d；W 1 、W 2 为降雨前、后测得土壤含水率，% (占干土重)。 本文有效雨量 [ 31 ] 范围0.35~0.52取值0.41。 试验相关要素与目标关系分析，采用多元线性模型以最小二乘法拟合： y = k 0 + k 1 x 1 + k 2 x 2 + ⋯ + k n x n (4) 式中y为分析目标；k n 为回归系数。 灌溉制度优化分析按下式： y = a + b x i + c x i 2 (5) 式中y为作物产量，kg/hm 2 ；x i 为对试验产量有影响的观测参数；a、b、c为经验系数。 对式(5)一阶导数并令其等于0： d y / d x i = b + 2 c = 0 ( c < 0 ) (6) 用SPSS19.0对试验数据进行方差F显著性检验，采用Excel 2007绘制图表。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论与讨论 4.1. 结论 经2016至2017年滴灌田间试验分析，初步获得12种滴灌作物与灌溉制度相关的需水量、灌溉定额参数：春小麦为412 mm、390 mm；旱稻为829 mm、933 mm；谷子为539 mm、573 mm；土豆为560 mm、510 mm：大豆为559 mm、557 mm；油菜为469 mm、533 mm；葵花为515 mm、530 mm；甜菜为492 mm、515 mm；打瓜为510 mm、467 mm；蕃茄为533 mm、519 mm；胡萝卜为468 mm、486 mm；苜蓿为608 mm、570 mm，为灌区滴灌多种作物实施农业节水定额管理制度提供了参考依据。 4.2. 讨论 本试验取得了初步效果但尚需进一步研究：1) 鉴于灌溉农业气候年际变化差异性，尚需对12种作物进行周期性连续试验，以期获得较长系列成果。2) 为发挥区域试验对灌区指导应用，尚需从定额管理、总量控制层面综合考虑，充分利用试验基础信息，采用地学等数理统计分析检验，进一步拓展研究应用。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 相控阵雷达通常采用子阵结构；子阵结构对系统性能有显著影响，最优子阵划分是具有重要应用意义的课题。本文利用遗传算法对子阵进行优化，以得到最优的旁瓣性能。给出遗传算法的目标函数及子阵结构的编解码方法。提出基于自适应交叉算子的改进遗传算法，使遗传算法具有自适应交叉组合的特点，使子代种群更为优化，较大提高了收敛速度和运算效率。仿真结果证明了所提出方法的有效性。 关键词 :平面相控阵雷达，子阵优化，遗传算法，自适应交叉算子 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 在现代相控阵雷达特别是多功能相控阵雷达中，阵元数一般为数千；此时无法采用同等数量的接收通道，只能采用子阵结构，即在每个子阵后接一个接收通道并进行数字化，为此只能得到子阵的数字化输出 [ 1 ] 。将阵列划分为子阵后，有效降低了系统成本并信号处理的维数；实际应用中，从成本和运算量考虑，子阵数一般取为几十。 对于子阵级相控阵，根据其阵列结构和组成特点，通常在阵元级采用幅度锥削加权抑制和方向图的旁瓣；而其它处理(如超分辨测向、干扰抑制等)均在子阵级进行 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。 相控阵雷达中，子阵结构对系统性能有十分显著的影响。对相控阵雷达进行最优子阵划分是具有重要理论与实际应用意义的课题。但是，在阵列复杂度一定(阵元和子阵数固定)的情况下，寻找一组最优的子阵划分是一个难度很大的问题。它包含了极其广泛的搜索空间，导致运算量十分庞大。如即使将只有64个阵元的 8 × 8 矩形阵划分为8个子阵，就有约 6.3 × 10 57 种可能；更不用说包含几千个阵元的阵列。而且，阵列优化过程中还要满足众多的约束条件，这又大大增加了运算代价。对于子阵优化问题，传统的优化搜索算法难以胜任。 遗传算法是子阵优化的一种可行方案。遗传算法在解决大空间、非线性、全局寻优等复杂问题上具有很多优势，且有鲁棒性，对不规律的函数很有效且比其它优化方法具有更高的效率；具有既扩大搜索空间、又兼顾优化效率的优点 [ 5 ] 。 国内外对基于遗传算法的子阵划分问题进行了一定研究。文献 [ 6 ] 针对地震应用，对于阵元数20、阵元间距2.5 km的阵列，利用遗传算法优化子阵结构，使SNR提高了26%，但需要关闭一定数目的中心阵元；文献 [ 7 ] 对子阵结构和阵元加权同时优化，以抑制阵列方向图的旁瓣；但未考虑子阵级加权的情况，且对子阵结构和阵元加权同时优化会显著增加运算代价。文献 [ 8 ] 研究了差波束方向图的旁瓣抑制问题，给出了子阵结构和子阵加权的联合优化方案；但仅适用于线阵及对称划分的阵列，且只以阵元数100、子阵数4为例说明性能，阵列规模与实际情况有较大差距。 雷达系统中，抑制阵列方向图的旁瓣是一个基本问题；本文研究用于抑制方向图旁瓣的最优子阵划分方法。与文献 [ 7 ] 不同，本文阵元级采用Taylor加权，仅对子阵结构优化；且考虑了子阵级数字加权的情况。与子阵结构与阵元加权的联合优化相比，这种方案可降低运算代价和复杂度；且在不采用子阵级加权的情况下，可得到Taylor加权的旁瓣电平。 本文研究任意平面相控阵，并以阵元数1千左右、子阵数几十为例来说明优化结果，这与实际阵列规模比较接近。 子阵优化的运算量十分庞大，而且我们要求优化后的阵列为满布阵、各子阵均为非重叠子阵等，又大大增加了运算代价。如何提高遗传算法的收敛速度及运算效率，也是本文所要研究的一个重要问题。