偏轉(zhuǎn)板射流伺服閥和射流管伺服閥的基礎(chǔ)理論研究結(jié)題摘要

針對多年來困擾航空航天和艦船射流伺服閥基礎(chǔ)理論欠缺的問題，以偏轉(zhuǎn)板伺服閥和射流管伺服閥的基礎(chǔ)研究作為突破口，通過熱力學(xué)、動力學(xué)、振蕩流體力學(xué)和計算流體力學(xué)的深入分析，闡明不同介質(zhì)時射流負(fù)壓現(xiàn)象機(jī)理和射流玻璃柱長度的影響因素，分析射流伺服閥流場分布規(guī)律及其影響因素。建立考慮射流放大級能量轉(zhuǎn)換過程的射流伺服閥數(shù)學(xué)模型，探索射流伺服閥復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件微米級幾何參數(shù)、制造工藝和服役性能之間的映射關(guān)系，從試驗和理論的兩方面，取得射流伺服閥的設(shè)計準(zhǔn)則和關(guān)鍵技術(shù)。探索偏轉(zhuǎn)板伺服閥卡門渦現(xiàn)象產(chǎn)生的特定條件、導(dǎo)流管諧振條件、熱固液耦合關(guān)系等基礎(chǔ)表達(dá)式，進(jìn)而闡明射流伺服閥振動、嘯叫、零位偏移、零位漂移的產(chǎn)生機(jī)理，最終取得射流伺服閥減振制振和消聲的措施、零位漂移的抑制方法，解決如何實現(xiàn)穩(wěn)定和精確的射流伺服控制的根本問題。打破國外技術(shù)封鎖，為我國研制高可靠性與高適應(yīng)性的航空航天及艦船射流伺服閥提供基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)。

《射流管電液伺服閥(GB/T 13854-2008)》由中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。

射流管式伺服閥，該機(jī)構(gòu)中采用干式橋形永磁力矩馬達(dá),射流管焊接于銜鐵上，并由薄壁彈簧片支承。液壓油通過柔性的供壓管進(jìn)入射流管。從射流管噴嘴射出的液壓油進(jìn)入與滑閥閥芯兩端容腔分別相通的兩個接收孔中，推動滑閥閥芯移動,其位移與主閥兩端壓力差成比例。射流管的側(cè)面裝有彈簧板及反饋彈簧絲,其末端插人閥芯中間的小槽內(nèi),閥芯移動推動反饋彈簧絲,構(gòu)成對力矩馬達(dá)的力反饋。

力矩馬達(dá)借助薄壁彈簧片實現(xiàn)對液壓部分的密封隔離。該射流管式伺服閥的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,因為射流管式伺服閥最小通流尺寸(射流管口尺寸)比噴嘴擋板的工作間隙大4~ 10 倍,抗污染能力強(qiáng),對油液的清潔度要求不高,動作可靠性較好。其缺點是射流能量損耗大,效率較低;受油液粘度變化影響明顯,低溫特性差;力矩馬達(dá)帶動射流管,負(fù)載慣量大,工作性能差,響應(yīng)速度沒有噴嘴擋板閥高，適用于低壓小功率場合。

射流管伺服閥在抗污染能力方面與噴嘴擋板閥相比具有明顯的優(yōu)勢，但由于射流管轉(zhuǎn)動慣量大，因而射流管伺服閥固有頻率低，響應(yīng)速度慢，此外，射流管供油管柔性大，管內(nèi)流動引起的振動對射流管的動作特性將產(chǎn)生不利的影響，這些因素使射流管伺服閥的應(yīng)用受到了限制。磁流體由于在外加磁場作用下能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的磁化強(qiáng)度，當(dāng)流體發(fā)生彈性變形或流體層之間有相對運動趨勢時，流體內(nèi)部將產(chǎn)生較強(qiáng)的抵抗變形和相對運動的力，利用這一特性，磁流體可用于提高射流管力矩馬達(dá)的固有頻率，抑制射流管振動。本項目將著重研究驅(qū)動射流管轉(zhuǎn)動的力矩馬達(dá)工作氣隙中添加磁流體后，提高射流管式伺服閥響應(yīng)速度和工作特性的機(jī)理，給出采用磁流體的射流管伺服閥的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行相應(yīng)的理論分析和試驗研究，為該方法的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。射流管伺服閥性能的改善，必將大大拓寬該類伺服閥的應(yīng)用范圍，使應(yīng)用該閥的伺服系統(tǒng)的性能得到提高，該方法還可推廣用于所有射流管伺服元件中。