射流伺服阀前置级颗粒物空间分布数值研究

为了研究油液中所携带的颗粒物在伺服阀前置级中的停留率和停留位置,本研究通过数值模拟研究了在不同工作状态下,不同尺寸的固体颗粒在射流伺服阀前置级流场中的速度空间分布。结果表明:(1)颗粒会在伺服阀前置级中展现出倾向性的聚集行为,且长时间驻留在伺服阀内,特别是接收口及以下区域;(2)控制腔C1、C2端面边界条件为正弦流率相比其为固定壁面时,颗粒相的停留率更低;(3)控制腔端面C1、C2边界条件为正弦流率时,伺服阀前置级内颗粒停留率展现出随时间延长而降低的趋势。

超磁致伸缩执行器驱动的新型射流伺服阀

论述了超磁致伸缩材料在电液控制元件中的应用研究现状,基于超磁致伸缩材料的特点和未来航空航天领域对高频大流量伺服阀的迫切需求,提出了一种由超磁致伸缩执行器驱动的新型射流伺服阀的结构,分析了其工作原理与特点,同时对该新结构伺服阀涉及的温度控制、热补偿、预压力施加与零位调节与驱动磁场均匀化等关键技术进行了详细分析并给出了具体实施方法。

偏转板射流伺服阀的射流级优化设计方法

偏转板射流伺服阀是射流伺服阀的一种,相对于传统的喷嘴挡板式电液伺服阀,偏转板射流伺服阀具有更好的抗污染性能和可靠性,已经在大型运输机、客机等领域用于替代喷嘴挡板式伺服阀。射流级是偏转版射流伺服阀的核心组件,其性能决定着偏转板射流伺服阀产品的内漏、滞环、动态相应等多种性能指标。为了提高偏转板射流伺服阀的射流级压力增益,该文首先对其射流场进行解析建模,以实现射流级压力增益的计算;然后,根据内漏指标要求、工艺能力限制等因素建立射流级的设计约束;最后,结合优化算法,建立偏转板射流伺服阀的射流级优化方法,实现射流级压力的优化设计,提高伺服阀产品的性能。

基于Fluent的偏转板射流伺服阀的前置级仿真

偏转板射流伺服阀作为伺服阀中比较常见的一种,已经广泛应用于包括军用和民用在内的各类舵机和操作系统上。在分析偏转板射流伺服阀结构及其工作原理的基础上,运用Pro/E三维软件建立了简化的前置级三维立体模型,结合ICEM前处理网格划分软件与Fluent流体仿真软件,共同构建了偏转板射流伺服阀的前置级流场分析模型。通过流场压力云图和速度云图,对偏转板射流伺服阀的前置级射流理论进行了分析;分析了不同喷嘴宽度、偏转板导流槽角度以及劈尖宽度随偏转板位移变化时对两接收孔恢复压力和压差的影响,为伺服阀的结构和参数优化提供了一定的参考依据。

面向偏转板射流伺服阀设计的多学科集成仿真工具

电液伺服阀是飞控系统的核心元件,其设计过程中涉及到多种建模、仿真工具的使用,包括UG,ANSYS、CFD、AMESim、Simulink等,同时存在大量的数据和命令的交互。在传统设计过程中,需要对这些仿真流程进行分别独立分析,同时不断修改模型、切换软件,存在大量的重复操作,严重浪费时间。该文建立了一种多学科集成仿真平台,对偏转板伺服阀设计过程中常用的仿真模型进行集成,将偏转板伺服阀的设计过程简化为操作方便、流程固化的基本过程,降低仿真工具的使用难度,实现偏转板伺服阀设计中典型仿真过程的模块化,减少相似仿真过程的建模时间,避免了重复工作,有利于提高仿真工作的效率。

不同湍流模型下偏导射流伺服阀前置级流场特性仿真

利用常用的k-ε湍流模型对偏导射流阀前置级流场进行数值模拟,探讨不同湍流模型对偏导射流伺服阀流场信息的影响.在相同初始条件下,对偏导射流阀前置级流场进行两相流二维数值计算,获得不同湍流模型下,压力、速度场信息及气穴分布特点.针对两接收腔压力仿真值比实测值要小的情况,主要是由于将流场边界层流动视为高雷诺数流动与实际情况不符造成,引入低雷诺数模型对边界层进行处理.在此模型的基础上继续深入研究单向流和两相流模型及不同背压和湍流强度对流场特性的影响.仿真结果表明:接收腔压力提高并与实测值相一致.采用两相流模型获得的结果更为真实,并且提高背压和增大湍流强度都会使两接收腔压力升高,对空化现象有一定的抑制作用.

偏导射流伺服阀前置级流场特性研究

建立偏导射流伺服阀前置级流场精确且完整的数学模型,对伺服阀先导级设计和研究有着重要作用。将射流过程分为初次射流、偏导板压力恢复、二次射流、接收口压力恢复4个阶段,在前置级二次射流过程中分别采用不同理论模型来构建前置级流场完整的数学模型,对射流形态的演变过程进行了描述。分析发现,油液射流进入前置级流场与偏导板侧壁发生撞击,流动形态发生改变,一部分油液沿侧壁反向流出偏导板,另一部分油液流速降低在下游形成高压区。油液流出偏导板时受到分流器的作用,分别流入不同通道。根据节流模型流量和压力特性公式求得了压力增益,并建立起负载压力与偏导板偏移量之间的数学关系。数值模拟过程中,采用不同湍流模型对前置级流场压力分布进行了分析。通过数值模拟仿真结果、外特性实验结果与射流模型计算结果的比较和分析,验证了该模型描述射流特性的有效性和合理性。

高压力增益偏转板射流伺服阀正交仿真试验研究

为提升偏转板射流伺服阀前置级的压力增益,采用正交试验设计与流场仿真相结合的方法,开展优化射流结构参数研究,综合考虑射流盘厚度、射流槽宽度、喷嘴宽度以及接收孔圆角半径4个结构参数对前置级压力特性的影响。结果表明,通过正交仿真试验得到的一组优化参数,相较于初始参数,其前置级的中位压力提高了15.9%,压力增益提高了19.1%,实现了前置级压力增益提升的目标,为偏转板射流伺服阀射流结构参数设计提供了依据。

机液反馈式偏转射流压力伺服阀机理及特性分析

电液压力伺服阀是飞机刹车压力伺服系统的重要控制元件。为满足压力伺服阀高动态和高可靠性的要求,设计了一种机液反馈式偏转射流压力伺服阀。为研究该压力伺服阀的工作机理和静动态特性,建立了其数学模型和Simulink仿真模型。通过仿真结果可知,压力伺服阀的死区电流为1 mA,最大输出压力为10 MPa,压力增益为1.15 MPa/mA,幅频宽为26 Hz,相频宽为36 Hz,动静态性能良好,满足系统要求。通过实验对理论、仿真模型的准确性进行了验证,验证结果表明,理论模型能较好地预测压力伺服阀的静态性能,为压力伺服阀的结构设计和优化提供理论支撑和仿真参考。

高温下射流管伺服阀流量特性分析

为分析射流管伺服阀的前置级能量转换特性,基于动量守恒和能量守恒定理,建立射流管伺服阀前置级数学模型,并对高温下射流管伺服阀流量特性与前置级结构参数之间的关系进行分析;分别对2种不同型号的射流管伺服阀进行试验研究,得到常温下射流放大器的恢复压力特性以及2种型号伺服阀在30℃和150℃下的小信号空载流量特性。研究结果表明:高温下油液黏度降低导致射流速度增大,恢复压力增加,空载流量变大;前置级结构参数会影响高温下射流碰撞面积的变化幅度,进而影响恢复压力和空载流量。当射流孔与接收孔直径之比在0.69附近时,高温下射流碰撞面积的变化幅度最大,碰撞损失的动量增加,此时空载流量的变化最小。在相同温差下,若空载流量的变化幅度未达到最大,则射流喷嘴的自由射流距离会影响射流碰撞面积的变化,进而影响空载流量的变化。2种伺服阀在120℃温差下空载流量的变化幅度分别为4%和16%,试验结果与理论计算结果一致,验证了所建立的前置级数学模型的正确性和有效性。

劈尖冲蚀变形对射流管伺服阀工作特性的影响

为研究射流管伺服阀前置级劈尖的冲蚀变形对伺服阀工作性能的影响,采用Fluent仿真软件,对射流管伺服阀的前置级进行冲蚀仿真,并将仿真结果与冲蚀实物进行对比分析,发现劈尖是前置级冲蚀最为严重的部位;根据劈尖冲蚀前后的前置级结构形状,构建前置级的数学模型,分析了劈尖冲蚀变形对前置级压力的影响。利用AMESim仿真软件,搭建射流管伺服阀的整阀仿真模型,研究了劈尖冲蚀变形对整阀工作性能的影响;通过实验验证了AMESim仿真结果的正确性。研究结果表明,劈尖冲蚀变形后,射流管伺服阀前置级的恢复压力和负载压差减小,导致整阀的阶跃上升时间延长,幅频带宽减小,但整阀的空载流量特性和压力特性几乎不受影响。

高温下应力不对称及热变形对射流管伺服阀零位的影响

高温环境下射流管伺服阀呈现出诸多如温漂、小信号曲线局部增益激增、小信号流量曲线锯齿状波动、全信号曲线不平滑等影响其工作性能的问题,且这些现象具有不规则性、不可重复性。基于系统级参数化仿真和元件级有限元数值模拟方法,针对射流管伺服阀存在应力不对称的情况下温度变化导致的零漂问题,推导了气隙长度、磁性材料物性和油液黏度关于温度的参数化模型,运用AMESim仿真分析并揭示等效应力不对称对伺服阀零位的影响规律;同时为解决高温下射流管伺服阀热变形改变整阀形位尺寸变化导致的零漂问题,综合考虑介质密度、黏度、比热容、导热系数等参数随温度、压力变化,运用热-流-固耦合仿真方法探究分析前置级热变形对零位的影响。对比两种结果表明:射流管伺服阀零位受应力不对称影响较小,造成过大零漂和零位特性不确定的原因是伺服阀热变形导致的形位误差。

射流盘伺服阀控电液位置系统的动态特性

与喷嘴挡板型伺服阀相比,偏转射流伺服阀具有可靠性高,抗污染性强,寿命长和零漂小等优点。在分析了偏转射流伺服阀结构原理的基础上,建立了偏转射流伺服阀及其位置伺服系统的动态数学模型,导出了偏转板流量方程的表达式,提出了偏转板线性化流量方程。研究了电液位置伺服系统的动态特性,构建了仿真模型并对其动态特性进行了仿真研究,仿真结果证明了动态数学模型的正确性,与实验结论基本吻合。

超磁致伸缩执行器驱动的射流伺服阀参数优化

为提高射流伺服阀的性能,提出了一种超磁致伸缩执行器驱动的直动式射流伺服阀。采用磁场有限元分析的方法,建立了超磁致伸缩执行器输出电流与输出位移的关系,分析了线圈结构对其输出位移的影响,并给出了所设计执行器的实验曲线。结合所设计的射流伺服阀的特点,以能量传递效率最大为优化目标,建立了射流结构与射流效率的关系方程,求出了所设计射流伺服阀的最佳射流结构参数,并利用流场分析软件分析了其静态特性,其零位无因次压力增益为1.7mm-1,零位无因次流量增益为1.9mm-1。

射流偏转板伺服阀小电流输出引发异响声问题及解决措施

针对射流偏转板伺服阀在液压马达速度闭环控制系统应用实例中伺服阀小电流工况下存在的异响声问题,通过对伺服阀射流口处流场进行仿真分析。确认异响声的原因为:射流偏转板伺服阀前置级供油压力高,在伺服阀射流前置级入射口形成气穴效应,引起小流量输出压力脉动增大,当压力脉动频率与产品结构固有频率接近时,谐振响应导致异响声。采用在射流偏转板型伺服阀前置级增加进油节流孔措施,在不损失伺服阀性能前提下,可抑制供油压力波动对控制级的影响,有效解决伺服阀小电流输出引起的异响声问题。

射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器建模及分析

为提高射流伺服阀的动态性能,设计了采用桥式微位移放大机构的射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器(AGMA)。建立了计输入位移损失的放大机构模型以及非线性位移输出理论模型,并采用有限元法对所建放大机构模型进行了对比验证,结果表明:放大机构的输入刚度模型最大误差<0.78N/μm,放大倍数模型最大误差<0.22,放大倍数受输入位移影响较小。最后,试验研究了AGMA的静动态特性,结果显示:控制电流在-0.5A到0.5A缓慢变化时,AGMA输出位移约为78μm;当控制电流从-0.5A跃变到0.5A时,其峰值位移约为71μm,峰值时间约为0.014s,调节时间小于0.1s;当控制电流幅值为0.5A时,其输出位移幅频宽>40Hz,谐振频率约为30Hz。

偏转板伺服阀射流放大器结构参数优化研究

介绍了偏转板射流伺服阀的结构和工作原理。射流放大器是阀中重要部位,而喷嘴、接收孔、导流口的参数对阀性能影响较大。当喷嘴和接收孔为矩形时,改变矩形导流口长度,利用Fluent分析阀压力特性并从中得到一组最佳参数,保持矩形导流口面积不变,改变导流口形状为圆形和方形,分析上述3种导流口下的压力及流量特性。通过MATLAB/Simulink进行建模与仿真,验证了Fluent分析的正确性,为该类型伺服阀的结构优化提供了参考。

射流管伺服阀前置级的动态流场分析

射流管电液伺服阀的喷嘴到接收孔间的流场较为复杂,尤其在射流管偏转及阀芯运动的动态情况下,会存在回流、漩涡等现象。以某型射流管电液伺服阀结构为模型,结合射流管偏转时的阀芯力平衡关系,得到阀芯的运动方程,应用雷诺平均方程和标准两方程模式的封闭方程,通过流体动力学软件FLUENT建立射流管伺服阀喷嘴到阀芯两腔的三维可视化模型,仿真分析了喷嘴到接收孔的前置级瞬态流场及阶跃响应。仿真结果表明:接收孔中的涡量强度会影响射流管电液伺服阀的阶跃响应,涡量强度越大、振荡越大、阶跃响应越慢,并通过试验测试阀芯位移验证了数值计算的正确性,同时对比了不同接收孔间夹角的同时刻涡量及阶跃响应,得到接收孔间夹角为45°的最优设计。研究方法和结果对于提高射流管电液伺服阀的动态响应有重要参考价值。

基于仿真离散数据的偏转板射流式伺服阀液动力计算方法研究

基于偏转射流式伺服阀工作机理,提出关于其动态特性分析及前置级液动力计算检测的问题。建立关于力矩马达、射流盘前置级以及功率滑阀三部分的完整伺服阀动态模型,确定前置级液动力的近似公式,并对整阀特性进行频率分析,验证了数学模型的正确性;建立伺服阀前置级内部的二维流场模型,并基于流场仿真所获得的离散数据,给出两种可用于计算稳态液动力的方法,即动量定理法和压差法,通过计算某型伺服阀的液动力,验证上述两种方法能够相互印证;设计并实现了一种双自由度的液动力测试平台,实现了对液动力的间接测试。结果表明,采用动量定理法和压差法计算得到的液动力值,与其近似计算公式以及试验结果一致,证明了提出的液动力计算方法与测试系统均具有可行性,为此类伺服阀的改进与优化提供了技术支撑。

偏转板射流式伺服阀前置级液动力计算方法研究

针对偏转板射流式伺服阀前置级液动力的计算与检测问题,提出了基于矩形喷口和接收器的前置级节流模型,推导得出了液动力简化计算公式。从射流角度出发,建立了伺服阀前置级的二维流场模型,提出了两种基于仿真离散数据的稳态液动力的计算方法,即动量定理法和压力差法,进行了某型伺服阀的液动力计算。设计了前置级液动力的自动化测试系统,实现了对液动力的测量。仿真与试验表明,理论公式、基于离散数据的数值计算以及试验结果基本一致,从而为此类伺服阀的开发与优化提供了可行的方法和技术。