偏轉板射流伺服閥和射流管伺服閥的基礎理論研究中文摘要

針對多年來困擾航空航天和艦船射流伺服閥基礎理論欠缺的問題，以偏轉板伺服閥和射流管伺服閥的基礎研究作為突破口，通過熱力學、動力學、振蕩流體力學和計算流體力學的深入分析，闡明不同介質時射流負壓現象機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換過程的射流伺服閥數學模型，探索射流伺服閥復雜結構零件微米級幾何參數、制造工藝和服役性能之間的映射關系，從試驗和理論的兩方面，取得射流伺服閥的設計準則和關鍵技術。探索偏轉板伺服閥卡門渦現象產生的特定條件、導流管諧振條件、熱固液耦合關系等基礎表達式，進而闡明射流伺服閥振動、嘯叫、零位偏移、零位漂移的產生機理，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，解決如何實現穩(wěn)定和精確的射流伺服控制的根本問題。打破國外技術封鎖，為我國研制高可靠性與高適應性的航空航天及艦船射流伺服閥提供基礎理論和關鍵技術。

針對多年來航空航天和艦船射流控制基礎理論欠缺的問題，以偏轉板伺服閥和射流管伺服閥作為突破口，通過熱力學、動力學、振蕩流體力學和計算流體力學的深入分析，理論與實踐緊密結合，研究射流負壓現象、卡門渦街現象和零偏零漂的產生機理與條件，以及沖蝕磨損、三維離心環(huán)境和寬溫域下的分析方法和理論等基礎科學問題。項目主要成果包括：（1）揭示了射流負壓現象（即流體在高速射流出口處或某幾處出現環(huán)狀負壓區(qū)域的現象）和卡門渦街現象（即射流流體受到偏轉板阻礙時，下方會出現不穩(wěn)定的邊界層分離而產生兩排非對稱交錯漩渦的現象，一側順時針方向而另一側反時針方向）的機理和產生的特定條件，建立考慮射流能量交換過程的射流伺服閥數學模型，得到了復雜零件微米級幾何參數、制造工藝和服役性能之間的映射關系，從試驗和理論的兩方面，取得了射流伺服閥的設計準則和關鍵技術。為打破國外技術封鎖和限制，研制高可靠性與高適應性的航空航天及艦船射流伺服閥提供了基礎理論和關鍵技術。（2）建立了三維離心環(huán)境下基于牽連運動學的電液伺服閥數學模型。建立了射流伺服閥的沖蝕磨損理論與數值模擬方法。建立了寬溫域下考慮殘余應力的精密偶件軸向/徑向尺寸鏈計算模型。闡釋了射流前置級和整閥的零偏零漂產生機理，得到了包含七類24種要素的零偏零漂值綜合計算模型，并提出了耐極端環(huán)境的零偏零漂的抑制方法與措施、減振制振措施，解決了多年來困擾高端液壓元件的零偏零漂、特性不規(guī)則與不重復現象的難題，直接為國家型號研制提供了基礎保障。（3）在《機械工程學報》《航空學報》《WEAR》等發(fā)表期刊論文27篇（其中，SCI2篇、EI16篇），發(fā)表會議論文14篇，獲得國際會議最優(yōu)秀論文獎2篇。獲得授權發(fā)明專利3項，申報發(fā)明專利9項。出版專著2部137萬字，參與制定行業(yè)標準1項。（4）形成了一支精通射流伺服控制的青年學者隊伍，指導畢業(yè)碩士生9名。正在培養(yǎng)博士生5名，正在培養(yǎng)碩士生2名。

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

射流管式伺服閥，該機構中采用干式橋形永磁力矩馬達,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入射流管。從射流管噴嘴射出的液壓油進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,閥芯移動推動反饋彈簧絲,構成對力矩馬達的力反饋。

力矩馬達借助薄壁彈簧片實現對液壓部分的密封隔離。該射流管式伺服閥的優(yōu)點是結構簡單,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,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;力矩馬達帶動射流管,負載慣量大,工作性能差,響應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，但由于射流管轉動慣量大，因而射流管伺服閥固有頻率低，響應速度慢，此外，射流管供油管柔性大，管內流動引起的振動對射流管的動作特性將產生不利的影響，這些因素使射流管伺服閥的應用受到了限制。磁流體由于在外加磁場作用下能夠產生較強的磁化強度，當流體發(fā)生彈性變形或流體層之間有相對運動趨勢時，流體內部將產生較強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的固有頻率，抑制射流管振動。本項目將著重研究驅動射流管轉動的力矩馬達工作氣隙中添加磁流體后，提高射流管式伺服閥響應速度和工作特性的機理，給出采用磁流體的射流管伺服閥的數學模型，進行相應的理論分析和試驗研究，為該方法的應用奠定理論基礎。射流管伺服閥性能的改善，必將大大拓寬該類伺服閥的應用范圍，使應用該閥的伺服系統(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。