航天伺服系统高压大流量的特点,对溢流阀的可靠性、稳压精度和推重比提出了更高的要求。然而大推力下的螺旋压缩弹簧一般体积较大,并且服役期间存在卡死、疲劳断裂、塑性变形等失效模式,给伺服系统带来安全隐患。提出一种基于气隙组合永磁弹簧的直动式溢流阀结构,非接触式的永磁弹簧可避免上述失效和卡死故障,采用气隙组合的优化设计得到了理想的刚度曲线,不仅可有效提高推重比,同时可以减小大刚度带来的开启瞬间压力波动。在此基础上结合有限元仿真与迭代优化,精确设计了凸缘结构来补偿液动力,进一步提高了稳压精度。仿真结果表明,气隙组合永磁弹簧溢流阀具有良好的动静态指标,其设计方法为永磁弹簧在液压系统中的应用提供参考与借鉴。

比例阀与电磁阀的不同之处在于能够实现流量的连续调节,因此其设计方法也不同。介绍自行研制的气动比例阀结构,概述其工作原理,详细介绍了动阀芯结构尺寸、线圈组件设计方法,通过增加密封膜片使阀芯受力平衡,使阀芯在运动过程中只受电磁力和弹簧力作用,更容易实现动态平衡并降低电磁铁功耗。为了提高输出电磁力的水平特性,对隔磁环进行了参数化仿真研究,最终确定最优隔磁环参数θ2=60°,Δh=0.2 mm,θ1=90°,h=1 mm。根据动态平衡确定了弹簧力范围,通过Inventor软件确定了复位弹簧参数,最后对气动比例阀的流量特性进行了试验。试验结果表明:该气动阀的输出流量能够随控制电压实现连续变化,满足比例阀的基本性能。

动态特性是衡量电磁阀性能的重要指标,同时也是最难解决的问题之一。通过建立某型号气动电磁阀的AMESim模型并进行动态特性优化仿真研究,分析不同控制方法对其动态特性的影响。通过仿真发现,当采用12 V和24 V单电压控制时,随着控制电压的升高,气动电磁阀打开时间缩短,关闭时间延长,达不到提高动态特性的目的;在分析原因后,提出24 V加4 V双电压控制方式,气动电磁阀打开时间和关闭时间均有所降低,但降低幅度不大,效果不明显;在分析本质原因后,提出三电压控制方式,最终气动电磁阀的打开时间由16 ms降低到9 ms,关闭时间由61 ms降低到11 ms,有效提高了气动电磁阀的动态特性。并通过试验验证了仿真的有效性。

燃油调节器是维系航空发动机正常运转的重要组成部分。针对发动机对燃油调节器提出的更高响应时间要求,根据燃油调节器的结构和原理明确主调节活门是影响燃油调节器响应时间的关键零部件。由主调节活门的液压回路控制原理设计新型主调节活门。最后,分别对新型主调节活门和传统型主调节活门开展理论计算验证和仿真验证。仿真结果表明:当占空比τ=0%、τ=100%时,所设计的新型主调节活门的响应时间分别为0.613 s和0.843 s,相较于传统主调节活门,其响应效率分别提升了29.5%(占空比τ=0%)和9.06%(占空比τ=100%),满足了发动机对燃油计量系统提出的快速响应要求。

针对电液位置伺服系统采用自抗扰控制策略时,存在因系统阶数过高导致状态观测器需观测的变量多、观测信息相位滞后以及易引起系统响应滞后及超调等问题,采用高增益自抗扰控制方案。对系统模型进行降阶处理,以简化控制器结构,减少待整定参数;在传统扩张状态观测器的基础上,进一步对系统总扰动的微分信号进行观测,观测系统扰动的变化趋势,产生有效的超前补偿信号,从而提高系统控制性能及抗扰能力。最后,通过MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明:该控制方案相比于传统自抗扰控制,系统超调量降低85%,响应速度提高47.7%,并有效提高了系统抗干扰能力,具有更优良的动态及稳态性能。

针对螺旋压缩弹簧在液压元件使用过程中的疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、松弛、塑性变形、永久变形等失效模式,提出了非接触式永磁压缩弹簧式液压阀的设计理念,对永磁压缩弹簧式溢流阀的基本结构、工作原理、电磁力、刚度特性进行了研究,通过解析法和试验验证法对永磁压缩弹簧进行了设计,充分利用磁场力优于螺旋压缩机械弹簧的特性段,设计出了永磁压缩弹簧式溢流阀,并对设计出的溢流阀进行了试验验证.结果表明,当永磁阀芯与永磁底座之间的间隙为0.4～1.2 mm时,磁场力保持70±5 N基本不变;在溢流阀的阶跃响应试验中,永磁压缩弹簧式溢流阀的压力波动比为11.7%,小于螺旋压缩机械弹簧式溢流阀压力波动比22.8%;在相同技术指标的条件下,永磁压缩弹簧式溢流阀的体积较螺旋压缩弹簧式溢流阀小37.5%.因此,可以充分利用永磁压缩弹簧的优势在液压阀

通过fluent软件对不同结构水压锥阀的瞬态模型进行了数值分析和计算,对可视化的图像进行了分析和研究,据此定性分析流道结构(速度、压力、流动的分离与再附壁,旋涡的产生与消失等)与能量损失、负压分布等的关系,并且也对锥阀的结构进行了优化设计与数值分析,不但为设计出高效率、低能耗、低噪声的水压阀提供理论依据,也为纯水液压锥阀的发展提供了一种新型结构。

针对某型号火箭二级主发动机的俯仰和偏航通道姿态控制,提出了一种基于4个高速开关阀控制的电静液作动器。采用4个高速开关阀组成一个H桥路,使得泵的进、出油口与作动器的A,B油口实现了完全独立控制。通过采用经典的PID算法与基于时间预测模型的算法进行仿真分析可知,采用基于时间预测模型高速开关阀控制的EHA系统可以大大提高系统的频响,同时还具有很高的系统效率。

研究出口节流调速系统的动静态性能,建立较精确的阀控缸数学模型,考虑节流闽流量存在非线性因素,分析阶跃负载对液压缸运动速度稳定性的影响,并建立出口节流调速系统的非线性数学模型.采用微分几何理论对系统进行精确反馈线性化,并通过与常规泰勒展开线性化系统模型及试验结果进行比较.结果表明,精确反馈线性化方法所建系统模型更接近实际,可用于分析出口节流调速系统的动静态性能.

针对目前溢流阀中螺旋式调压弹簧在使用过程中易失效的问题,提出了一种基于永磁弹簧的直动式溢流阀设计方案.利用磁荷积分法和有限元法对永磁弹簧力学特性进行了分析建模,针对航空祠服 系统的指标要求,设计了永磁弹簧式溢流阀整体结构和关键参数.