一种航天器用先导级电磁阀的新型结构设计

提出了一种新型两位三通结构的先导级电磁阀设计方案,由2组永磁体和3组控制线圈构造3条永磁锁位磁路和2条电磁偏置磁路,不仅实现了阀门的小型化结构和无功耗位置保持,而且提高了阀门的密封可靠性.这种阀门可以作为大推力发动机推进剂主阀的先导级控制阀,能够满足在轨长期应用的需求.通过电磁场有限元分析和产品样机试验的方法,对设计方案的可行性进行验证,验证结果表明新型先导级电磁阀的各项性能指标均达到设计目标.     

基于永磁体偏置磁场的高速响应电磁阀设计

为了提高螺管式电磁阀的开关响应速度,将永磁体置于电磁阀的磁路中,提供偏置磁场,可以降低电磁阀的有效磁导率,减小磁路电感,提高响应能力.通过有限元仿真的方法对该设计方案进行了验证,结果表明:采用偏置磁场的电磁阀磁路结构简单,响应性能突出,有利于推力器的脉冲工作性能提升,能够满足未来卫星平台精确控制的要求.     

一种适应于大负载工况的高线性度数字化比例电磁阀

比例电磁阀是变推力流量调节系统的核心技术和难点,现有的比例电磁阀一方面无法应用于高压差的大负载工况,另一方面存在着严重的非线性迟滞问题,不能实现高精度的开环控制.针对该问题,本文通过优化磁路结构抑制电磁力在动作过程中的非线性快速增长,采用平衡腔结构消除了工作压差对于衔铁受力平衡的干扰,并且通过前馈控制器进行了电磁迟滞非线性现象的高精度补偿,实现数字化的高线性度比例流量控制.最后,通过对产品进行测试试验验证方案有效性.     

基于尺寸优化的霍尔推力器磁路设计方法研究

针对当前霍尔推力器磁路设计主要依靠经验进行人工调节的现状,本文建立了高效率高质量的磁路优化设计方法,解决逐次调节单个磁路尺寸效率低,无法满足日益精细化磁场需求的问题.通过调研经过飞行验证的推力器,明确磁场参数描述方式及范围,提炼出了霍尔推力器设计的磁场准则;在此基础上,采用基于有限元方法的尺寸优化,将磁场要求嵌入磁路优化的约束中;在多约束算法的自动寻优下完成磁路设计.选取具有双磁屏的典型磁路结构形式作为初始磁路,以1.35 kW级推力器进行验证,结果表明,优化后磁路质量减轻34.9%,励磁功率减小5.6%,磁倾角从最大超过20°减小到6°以内,对称性得以改善,最大磁场强度增加8.3%,磁场梯度提高6.4%.本文提出的基于尺寸优化的磁路设计方法适用于各功率级霍尔推力器,允许磁场需求参数在较宽范围内变化并支持同时调节数十个关键尺寸,优化磁路较好地满足了磁场设计需求.     

基于互锁双指令控制的电磁阀驱动电路设计

为满足体积及重量强约束条件下的动力系统电磁阀控制需求,提出了一种基于互锁双指令控制的电磁阀驱动电路设计方案。采用逻辑相反的互锁指令与串并联设计的阀门驱动电路结构形式,设计了基于McBSP内总线交互的电磁阀控制流程,建立了150N电磁阀驱动电路仿真模型及阀门电流测试平台。仿真及测试结果表明,该驱动电路能够有效实现二度故障下的电磁阀开启与关闭。     

基于互锁双指令控制的电磁阀驱动电路设计

为满足体积及重量强约束条件下的动力系统电磁阀控制需求,提出了一种基于互锁双指令控制的电磁阀驱动电路设计方案。采用逻辑相反的互锁指令与串并联设计的阀门驱动电路结构形式,设计了基于McBSP内总线交互的电磁阀控制流程,建立了150N电磁阀驱动电路仿真模型及阀门电流测试平台。仿真及测试结果表明,该驱动电路能够有效实现二度故障下的电磁阀开启与关闭。     

双阀座电磁阀的负载特性仿真分析

通过有限元仿真软件Ansoft建立电磁阀的物理模型,计算电磁场中各变量之间的相互关系,将分析结果导入液压仿真软件AMESim的系统模型中,实现磁路结构、液路系统及机械传动之间的耦合,对双阀座电磁阀的响应时间、质量流量等负载特性进行更精确的仿真和分析.     

拍合式电磁阀动态响应仿真分析与试验验证

根据电磁阀空载试验结果和电磁阀数学模型,对影响电磁阀响应时间的因素进行了分析.利用有限元方法和磁路分析法分别建立了拍合式电磁阀的仿真模型,用两种模型计算出不同弹簧刚度、弹簧预变形、衔铁质量、放电回路电阻、线圈匝数、非工作气隙下电磁阀的响应特性,以及这些参数对响应时间的影响程度.两种仿真计算结果和试验进行了对比,结果基本一致,根据结果分析了两种仿真方法的优缺点.总结出电磁阀在设计、生产时应重视的技术环节,对以后电磁阀设计工作具有指导意义.     

电磁阀动态响应特性的有限元仿真与优化设计

 利用有限元分析软件Maxwell 2D/3D计算电磁阀的动态响应特性,仿真出其工作电流曲线和磁化曲线,并进行变参数化设计,由此可实现对电磁阀设计方案的评估和优化。通过对比仿真结果和产品实测数据,证明了这种有限元设计方法行之有效。     

多级降压调节阀内部流动特性数值模拟

为研究多级降压调节阀内部流动过程和各降压级的压降影响因素及规律,基于Mixture两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型的数值计算方法,建立了多级降压调节阀内部流场的计算模型。通过数值模拟计算,获得了调节阀内部的流动特性,分析和探讨不同压差和不同阀门开度下各降压级压降特性。数值计算结果表明：流体流经阀门节流元件时,由于多股流体的强烈掺混和剪切使得阀门内存在大量的漩涡;各降压级的压降存在一定的差异,第3级套筒处的空化程度最大,阀座处更易发生空化;阀门在同一开度下,工质沿各降压级的压降在不同压差下的变化趋势相同;第3降压级的压降随阀门开度的减小而增大,在25%开度下阀门第3降压级的平均压降最大,达到了8 MPa,相同流量下该降压级小孔中工质的速度也增加。研究结果为降压阀的合理设计提供了理论依据和参考价值。     

插装式液控能源选择阀的设计与分析

针对液压系统油源的安全性及可靠性问题,提出油源冗余设计方法,即多油源供给多负载,当某一油源发生故障时能源选择阀切断故障油源,由其他油源给负载提供基本液压能源,系统能完成必须的服役性能。针对液压系统能源选择阀存在的频繁换向与振动问题,提出一种插装式液控能源选择阀,其先导阀采用锥阀和可变阻尼形式,主阀采用三台肩且终端有缓冲功能的滑阀。建立了插装式液控能源选择阀的数学模型,分析了能源选择阀在两种模拟故障下的切换压力及切换时间、油源压力脉动等特性。理论分析结果表明,油源压力阶跃和线性变化时,某能源选择阀切换时间分别为5 ms和7 ms。当压力发生波动时,主阀不会发生振动,还可通过液控先导阀结构设计来控制切换压力和回复压力大小。     

前置稳压阀对ECHPS助力特性的影响

旁通流量式电控液压助力转向系统ECHPS(Electronically Controlled Hydraulic Power Stearing System)中的执行元件常采用电磁阀.对有、无前置稳压阀的电磁阀ECHPS助力特性进行理论分析和试验验证,结果表明,对于电磁阀带有稳压阀的ECHPS,高低车速下其助力特性曲线都可以达到系统限定的高压;而电磁阀无稳压阀的ECHPS,当高速时,系统中将不能建立高压.出于驾驶安全因素和整个系统设计的考虑,ECHPS中的电磁阀带有稳压阀更理想.      

基于多特征融合的电磁换向阀故障模式识别

为提高基于驱动端电流检测的电磁换向阀故障诊断方法的可靠性和识别准确度,开展了电磁换向阀故障模式识别方法研究。提出一种基于多特征融合的方法对电流信号时频分析和时域参数的特征值提取融合;通过设计电磁换向阀驱动端电流信号的采集实验,获取电磁换向阀驱动端电流的时域信号和二阶变化率的多特征曲线,提取时域参数及二阶变化率相应频带能量作为特征值,构建多特征融合的特征向量;采用基于径向基核函数的多分类支持向量机对电磁换向阀进行模式识别。结果表明：基于多特征融合的支持向量机较基于能量特征值的支持向量机可提升8.7%的识别精度和42.11%的验证准确率。     

集成式伺服作动器压力损失特性及其影响因素

针对集成式伺服作动器液压回路的特点和选择切换功能，分析了能源切换原理、选择活门的压力损失规律及其对作动器活塞运动速度的影响。电磁阀通过控制选择活门阀芯的位置以实现不同能源的切换。分析了选择活门压力损失的成因分布与特征。由分析可知，流道结构突变处的局部损失占比最大，沿程损失可忽略不计，选择活门压力损失与流入流量的平方呈比例关系。同时，拟合出了活塞伸出运动和收缩运动时的压力损失经验系数。建立了作动器左右腔流量、压力和活塞动力学模型，发现某型选择活门压力损失使作动器活塞伸出速度下降了4.9%，收缩速度下降了5.2%。由于活塞受力情况一致，选择活门的压力损失不影响负载力与活塞速度的关系，速度下降比例与负载力无关；阀芯开度直接影响着流经系统流量，系统流量影响着流体与流道的撞击强度和频率，进而影响了选择活门的压力损失程度，速度下降百分比随阀芯开度增大而增大。分析结果可为高可靠性、高精度航空作动器伺服控制系统的设计提供技术支持。     

电液复合调节作动器的精确线性化建模与控制

针对经典泵控电液作动器固有频率低的问题,对原系统增加了一个新设计的总压力控制阀,它可保证作动筒两个工作腔的压力之和始终为一常数并使两腔压力可控,从而使泵控系统达到和阀控系统相当的固有频率.这种改进型作动器称为EHCA(Electro-Hydraulic Compound regulating integrated Actuator).针对存在的相乘非线性控制问题,通过分析EHCA和总压力控制阀的工作原理,设计了基于精确线性化方法的滑模控制器,并分析了电机转速和变量泵排量在不同工况下的控制量大小配合问题.分析和仿真证明,该设计思想是有效实现高效率、节能和快响应的电液组合作动器方案.