直动式机载2D电液压力伺服阀特性

设计了一种直动式二维(Two Dimensional,2D)电液压力伺服阀,采用2D伺服活塞机构产生液压力来驱动主阀芯运动,输出需要的负载压力。设计的2D伺服活塞机构采用直线位移传感器(Linear Variable Differential Transformer,LVDT)进行检测从而形成闭环位置反馈,精确控制2D活塞位移;主阀芯与2D伺服活塞通过弹簧连接,2D活塞在两侧压力差作用下运动,通过弹簧来对主阀芯施加作用,控制主阀阀口的开度,来精确控制输出的负载压力;为提高压力伺服阀的稳定性和可靠性,主阀阀芯根据挤压油膜缓冲理论进行了圆盘结构设计,以增大系统黏性阻尼。在建立该阀的数学模型的基础上,仿真分析了该阀的静动态特性,并通过设计样阀及实验研究,验证了该阀设计的可行性,实验结果表明:在系统压力28 MPa下,该阀的阶跃响应时间在30ms,其滞环3%,线性度2%,压力跟随特性和输出稳定性好;相较于传统直动式比例伺服压力阀,该阀的结构特点决定了其抗污染能力强,可靠性高,且质量和体积分别仅为同类伺服阀的1/5和1/7左右,非常适用于机载液压刹车系统。     

插装式二维(2D)伺服阀的理论分析与实验研究

针对传统伺服阀导控级和功率级平行放置而无法实现插装的问题，研究了一种新型的插装式二维（2D）伺服阀，其特点在于：先导级和功率级集成在单个具有双自由度的阀芯上；力矩马达与阀芯同轴连接，并安装在阀芯末端。通过力矩马达直接驱动阀芯转动，然后利用伺服螺旋机构放大功率并驱动阀芯直线运动，从而控制输出流量。同时可以采用直线位移传感器（LVDT）进行检测阀芯位移，实现位置闭环控制以提高阀的控制性能。为了探究其开环特性，首先建立力矩马达和2D阀的数学模型，求得其开环传递函数；然后，通过仿真了解关键参数对系统动态响应的影响；最后，进行实验研究，验证该阀设计的可行性。实验表明，在满量程输入的情况下，该阀开环时滞环为5%，分辨率≤ 1%，响应时间为10 ms，动态频响为35 Hz；闭环下性能显著提高。插装式2D伺服阀结构简单，尺寸小，质量轻，响应快和控制精度高，在航空航天及军工领域有广阔的应用前景。     

航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法

作为飞控系统的关键部件之一，电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。直驱阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势成为近年来的研究热点。针对一种新型双系统直驱伺服阀的阀芯振荡问题，认为阀口空化引起阀腔凸肩面压力脉动是阀芯振荡的主导因素。基于气液两相数值模拟研究了近阀口空化与压力分布特征，揭示了空化与阀芯振荡的机理；建立了双阀芯的动力学模型，典型工况下阀芯所受流体力和位移振荡仿真结果与实验数据基本吻合，验证了所提方法的可靠性。结果表明，阀杆长径比与阀口节流级数对阀芯振荡有较大影响。回油腔阀杆长径比减小18%，可使振荡幅值削减约67%，为抑制双系统直驱伺服阀振荡提供了理论参考。     

利用校正环节提高三级电液伺服阀动态响应的探讨

论述了通过三级电液伺服阀控制器的改进，利用校正环节提高三级电液伺服阀的阻尼，降低谐振峰值，进而提高三级电液阀的动态响应．     

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器（ADRC）和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分（PID）控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。     

气动阀门自激振动机理及动态稳定性

基于弹簧振子的扰动响应特性,提出了气动阀门气固耦合自激振动的稳定性机理.以单向阀为例,根据小扰动原理,构建系统的气固耦合动力学模型及稳定性模型,通过求解线性方程组的特征根,得到了单向阀系统的稳定工作区间及参数影响特性,稳定性分析模型的有效性由单向阀气动试验验证.对于单向阀,存在压力-流量的临界稳定性曲线.工作压力一定时,当单向阀工作流量小于相应压力下的临界稳定流量,单向阀处于不稳定状态,一个微小的扰动都将会导致阀芯周期性振荡;反之,单向阀工作稳定,阀芯将处于稳定开度.增加单向阀阀芯阻尼、弹簧刚度及减小阀门进口直径在一定程度上将有助于提高单向阀的工作稳定性.     

小球式旋转直驱压力伺服阀动态特性分析优化

针对在研的小球式旋转直驱压力伺服阀（Ball-type Rotary Direct Drive Pressure Servo Valve,BRDDPSV）阶跃响应超调量大、调整时间长等不稳定现象,建立了数学模型,分析了结构参数和电控方法对整阀动态特性的影响。理论分析表明：结构参数方面,减小阀芯直径、减小滑阀负遮盖量或将小球-柱形孔运动副改为小过盈配合均可提高整阀响应的稳定性;控制方法方面,在原有PI控制的基础上,采用积分分离可有效抑制控制压力动态响应的超调量,增加动压反馈校正可有效缩短控制压力动态响应的调整时间。优化选取结构参数和电控方法后,进行样机试验,整阀控制压力阶跃响应的超调量小于0.5 MPa（系统压力21 MPa）,调整时间约30 ms,能够满足飞机刹车压力伺服阀的使用需求。     

基于新型电涡流阻尼器的大飞机垂尾装配界面精加工振动抑制

大飞机垂尾装配界面是由钛合金制成的大型结构件，由于结构刚度低，在精加工时易产生振动、回弹变形和让刀等现象，对其精加工质量造成严重影响。为此，基于电磁感应原理设计了一款新型电涡流阻尼器用于抑制装配界面精加工中的多模态振动。首先，介绍了阻尼器的结构，并建立了其阻尼特性的理论模型。然后，基于该模型分别研究了不同磁极厚度、导体厚度和磁极数等对阻尼器阻尼特性的影响，并确定了阻尼器关键零组件的材料及几何参数。基于此，建立了装配界面抑制系统的动力学模型，并通过数值分析和有限元仿真方法得到了装配界面振动速度与阻尼器阻尼特性的变化规律。最后，通过动力学测试和切削实验对阻尼器的抑振性能进行了验证。锤击测试结果表明该阻尼器能明显提高装配界面抑振系统的阻尼比和等效刚度，阻尼比最大能提高2.17倍，等效刚度最大能提高1.65倍，能大幅衰减装配界面在冲击激励下产生的自由振动。切削实验结果表明该阻尼器能显著提升装配界面精加工过程的稳定性，装配界面时域信号的振动幅值最大能降低64.4%。通过对比实验结果得知双阻尼器配置对装配界面的抑振效果更好，能明显提高其动态可加工性，工艺参数轴向切深能提高至2.0 mm，主轴转速可提升至500 r/min，这为保证和提高装配界面的精加工质量提供了一种简单可行的解决方案。     

系统油液污染对伺服阀工作可靠性的影响

通过对ＹＳ１１０Ａ电液压力伺阀装飞机使用，因故障返回后，经复测、分解、清理、试验分析，证明了系统油液污染是导致伺服阀工作可靠性降低的主要原因．本文根据试验、装机使用的结果，对系统油液污染，影响伺服阀工作可靠性进行了讨论．     

潜入式喷管对固体火箭发动机工作稳定性影响

为了揭示潜入式喷管对固体火箭发动机工作稳定性的影响,基于VKI(Von Karman Institute for Fluid Dynamics)模型发动机,利用大涡模拟数值方法与脉冲衰减法,计算分析了潜入式喷管对涡声耦合特性及喷管阻尼的影响。结果表明:在存在障碍物旋涡脱落的条件下,潜入式空腔能够加剧涡声耦合强度,继而诱发明显的压力振荡,含有潜入式空腔模型内的压力振幅是不含潜入式空腔模型下的4倍左右;潜入式喷管削弱了发动机的阻尼特性,无潜入式空腔的喷管阻尼比含潜入式空腔的喷管阻尼提高了8.6%左右,而且喷管阻尼随着潜入式空腔体积的增大基本呈线性减小趋势。潜入式喷管一般而言不利于发动机工作稳定性。     

Theoretical and experimental investigation on novel 2D maglev servo proportional valve

This paper presents a novel two-dimensional maglev servo proportional cartridge valve (2D maglev valve), where a contactless maglev coupling is introduced between electro-mechanical converter and valve body to realize functions of force transmission, spool position feedback and linear-rotary motion conversion. Such configuration can effectively reduce cost of both valve manufacturing and electro-mechanical converter, while still maintain features of 2D valve such as null pilot leakage, high power-to- weight ratio and excellent anti-pollution capacity. Firstly, the characteristic equation of the valve is derived using linear theory, and the stability criterion is established for parameter determination. The influences of crucial structural parameters such as initial height of overlapping area, width of high-pressure and low-pressure holes, acting radius of magnetic force, pitch angle of maglev coupling, length of sensitive chamber and system pressure on the dynamic response are investigated based on AMESim numerical simulation. The prototype valve is then designed and manufactured and a special test rig is built. The no-load flow characteristic, load flow characteristic, leakage characteristic, amplitude and phase frequency characteristics and step response under different system pressures are measured. The experimental results are in a good agreement with the simulated analysis. As an over-damped system, the prototype valve has excellent working stability, which can reach a no-load flow rate of 105.9 L/min with hysteresis of 3.51%, amplitude bandwidth of 28.7 Hz and phase bandwidth of 42.8 Hz under 21 MPa. The research indicates that the 2D maglev valve can be a potential solution of flow rate control valve for flight control surface system of civil aircraft with high pressure and large flow rate application.     

外激振动条件下气体减压器工作稳定性仿真研究

为研究运载火箭增压系统中减压器在外激振动条件下的工作稳定性,在减压器模型中通过壳体位移坐标引入振动激励源,建立了可模拟减压器在外激振动条件下工作过程的计算模型,对外激随机振动条件下增压系统动态工作过程进行了仿真.针对仿真发现的减压器下游压力振荡的不稳定现象,对减压器下游不同管路尺寸和减压器不同参数下的系统工作过程进行了对比计算.计算结果显示:增大减压器下游管路尺寸，减小减压器阀芯组件质量与减小阀芯组件与壳体间滑动摩擦力,都可以使压力振荡过程减弱,有利于改善减压器在外激振动过程下的工作稳定性.计算结果为减压器及增压系统的设计和优化提供了参考.      

涨圈密封挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性

为研究两端密封型挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性,建立了涨圈密封挤压油膜阻尼器三维非定常流场数值仿真模型。基于Fluent软件中的Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型数值模拟得到动态油膜压力与气相体积分数的周向分布规律。将计算得到的阻尼器油膜压力与文献中的试验数据对比,结果显示:两者具有较高的一致性。由动态油膜力导出的平均等效阻尼系数与试验采用阻抗法识别的结果相比仅有0.6%的偏差,从而验证了该数值模型与预测方法的有效性。进一步的数值计算表明增大进动半径、进动频率、涨圈密封的狭缝宽度均会使挤压油膜阻尼器流场中的空化现象加重,同时等效阻尼系数降低。      

定压活门稳定性定量分析

提出了一种定压活门(CPV)稳定性的定量分析方法.首先通过稳态分析,得到影响定压活门稳态性能的主要参数.通过小偏差动态分析,获得定压活门闭环极点根轨迹图.提出临界进口压力概念,得到5个主要结构参数对定压活门稳定裕度的定量影响:弹簧刚度对稳定裕度影响很小;而增大阀芯直径,提高阻尼系数,增加负载,减小定压腔容积都分别能够明显提高定压活门的稳定裕度,计算结果与实际工程经验及AMESim仿真结果基本一致.最终,得出增强定压活门稳定裕度的改进措施和设计方法:①定压活门改进问题,最有效的方法为改动出口流通面积;②定压活门设计时,首先应根据其工作进口压力要求及最小负载,确定临界进口压力,然后通过动态分析,以阀芯面积和定压腔容积作为主要的设计参数.      

A novel low pressure-difference fluctuation electro-hydraulic large flowrate control valve for fuel flowrate control of aeroengine afterburner system

To address the control accuracy of large fuel flowrate during pressure fluctuation, a novel electro-hydraulic fuel metering unit (FMU) is constructed for afterburner fuel system of military aeroengine. Different from the previous FMU, the proposed FMU can achieve the higher precision opening control by a new metering valve with double control chambers (MVDCC), and realize the lower pressure difference fluctuation regulating by a novel two-stage constant pressure difference compensated valve (CPDCV) with dynamic damping orifice and damping piston. The experimental and AMESim simulation results verify the validity and superiority of the novel FMU. Since the temperature-induced variation in fuel properties and device capabilities may degrade or even impair the properties of novel FMU, the discharge flowrate is analyzed by global sensitivity analysis to research the effect proportion of each factor, the temperature effect is explored to ensure the working reliability in long-span temperature variation. Finally, the optimization of structure parameters for novel CPDCV can further reduce pressure difference fluctuation during pressure regulation, and the overshoot, adjust time and the integral of time multiplied by absolute value of error (ITAE) can be reduced by 24%, 30% and 26%, respectively. This paper provides a reference for improving the stability of large flowrate during pressure fluctuation.     

使用BP神经网络模型研究逆向卸荷膜片式减压器的稳定性能

采用数据挖掘中BP(back propagation)神经网络模型来研究逆向卸荷膜片式减压器的结构参数与稳定性能之间的依赖关系,得到结构参数变化,尤其是多结构参数耦合变化下减压器的稳定性结果.其中稳定性对阻尼孔直径、膜片刚度非常敏感,对弹性元件材料的阻尼系数、低压腔有效长度较为灵敏.由此提出减弱振荡的各种措施:增大阻尼孔直径、增大膜片刚度、在一定范围(标准值的6.5倍)内增大弹性元件材料的阻尼系数、增大低压腔有效长度、减小阀芯质量.数值实验误差分析表明:该模型不存在过拟合、局部最优的情况,其预测结果是可靠的,可为减压器的设计和系统分析提供决策支持.而且,该模型对不同类型的数据集具有通用性,可以用来研究其他部件的结构参数与性能指标的依赖关系.      

震荡磨削在伺服阀阀套内环槽工作边加工中的应用

滑阀副是通过阀芯、阀套重叠处阀口控制流体流动方向及流量大小的，阀套工作边棱边质量对伺服阀工作性能有决定性影响。阀套内环槽全开口工作边常常利用硬车后研磨的工艺方法加工，存在加工质量不稳定而返工的问题。分析了阀套工作边震荡磨削加工的磨削原理，采用震荡磨削开展了阀套内环槽全开口工作边的加工研究。基于正交实验设计，构建了震荡磨削实验，研究了震荡速率和轴向进刀速度对表面质量、毛刺高度和锐边完整性的影响。经数学分析表明，Z轴和X轴进给速度对表面粗糙度和毛刺高度的影响相对一致，va越大、vf越小，对应的表面粗糙度越低、毛刺越小。实验结果表明，震荡磨削是伺服阀全开口阀套工作边精密加工的一种可行方法，可以广泛应用于起阀口作用的内外环槽结构的加工中。     

Thermodynamic Characteristic Study of a High-temperature Flow-rate Control Valve for Fuel Supply of Scramjet Engines

Thermodynamic characteristics are of great importance for the performance of a high-temperature flow-rate control valve,as high-temperature environment may bring problems,such as blocking of spool and increasing of leakage,to the valve.In this paper,a high-temperature flow-rate control valve,pilot-controlled by a pneumatic servo system is developed to control the fuel supply for scramjet engines.After introducing the construction and working principle,the thermodynamic mathematical models of the valve are built based on the heat transfer methods inside the valve.By using different boundary conditions,different methods of simulations are carried out and compared.The steady-state and transient temperature field distribution inside the valve body are predicted and temperatures at five interested points are measured.By comparing the simulation and experimental results,a reasonable 3D finite element analysis method is suggested to predict the thermodynamic characteristics of the high-temperature flow-rate control valve.