射流管伺服阀射流管放大器的流场解析

　　0 前言

　　射流管伺服阀相对于喷嘴挡板型伺服阀,具有抗污染能力强、工作可靠性高等突出优点。射流管伺服阀中的最小通流尺寸比喷嘴挡板(约35~50Lm)约高一个数量级,油液清洁度只需NAS-8级,目前射流管伺服阀在国外航空、航天、军用战机等高安全领域中广泛应用^[1-4],在其它工业领域射流管伺服阀的应用也越来越广泛。

　　射流管伺服阀的液压前置级为射流管放大器,传统理论分析方法只能给出基于集总参数的近似简化数学模型^[4-5],还不够成熟,所以普遍采用外特性试验方法[5]。射流管放大器性能与其内流道结构关系密切,简化理论模型对射流管放大器内流道结构及其性能的影响难于预测,进而射流管伺服阀的整体数学模型具有一定程度的模糊性。在实际设计中,射流管伺服阀的结构设计也存在较强的近似性和模糊性。

　　笔者采用FLUENT软件对射流管放大器的静态特性进行了流场解析研究,从流场微观角度获得射流管放大器在不同偏转角下的恢复压力、恢复流量,基于流场解析结果获得射流管放大器的数字化的静态特性数学模型。

　　1 射流管伺服阀结构及工作原理

　　图1给出了射流管伺服阀的结构简图,其中的力矩马达、阀芯位移反馈机构等略去。伺服阀高压油液通过阀体内部的过滤器、细管引至射流管,通过喷嘴射出,固定在阀套上的接收器前端正对喷嘴接收喷射液流。接收器上的两个接收管通过阀套上的细孔接通阀芯的两端,接收器和喷嘴所处的腔体与伺服阀回油口相连而回油。

　　当伺服阀中的力矩马达无电信号,射流管、喷嘴组件处于零位时,接收器中的两个接收管中的恢复压力相等,阀芯亦处于零位;当力矩马达接收一定大小电信号时,射流管组件受到力矩马达扭矩作用绕偏转中心偏转相应角度,接收器中的两个接收管内的恢复压力发生变化,阀芯在其两端压差作用下移动,同时此位移通过反馈杆变换为使得射流管回复零位的力,射流管回复到零位附近,此时阀芯处于某个稳定的开口位置。

　　由射流管喷嘴组件和接收器构成的射流放大器是射流管伺服阀的液压前置级,它存在两次液体能量形式的转化,喷嘴把液压压力能转化为动能,再由两个接收管把动能转化为驱动阀芯所需的压力能,此过程涉及到了复杂的流体动力学问题,传统理论分析方法还无法进行准确分析。

　　2 射流管放大器的流场解析

　　2.1 流场几何模型及网格划分

　　根据射流管伺服阀的实际结构及尺寸,用GAM-BIT软件分别建立了对应射流管偏转角为0°、0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°时的流场三维几何模型,并进行流场网格划分。射流管放大器内流道形体的通流尺寸相差很大,喷嘴处最小通流尺寸为0.3mm,且参数变化剧烈,回油处最大圆柱体直径为18mm,从最小尺寸及流动参数变化剧烈的区域首先进行线网格划分,然后进行四面形体网格的划分,各个模型的四面体网格的数量为40~70万。