磁流体改善射流管伺服阀性能的机理研究项目摘要

射流管伺服阀在抗污染能力方面与喷嘴挡板阀相比具有明显的优势，但由于射流管转动惯量大，因而射流管伺服阀固有频率低，响应速度慢，此外，射流管供油管柔性大，管内流动引起的振动对射流管的动作特性将产生不利的影响，这些因素使射流管伺服阀的应用受到了限制。磁流体由于在外加磁场作用下能够产生较强的磁化强度，当流体发生弹性变形或流体层之间有相对运动趋势时，流体内部将产生较强的抵抗变形和相对运动的力，利用这一特性，磁流体可用于提高射流管力矩马达的固有频率，抑制射流管振动。本项目将着重研究驱动射流管转动的力矩马达工作气隙中添加磁流体后，提高射流管式伺服阀响应速度和工作特性的机理，给出采用磁流体的射流管伺服阀的数学模型，进行相应的理论分析和试验研究，为该方法的应用奠定理论基础。射流管伺服阀性能的改善，必将大大拓宽该类伺服阀的应用范围，使应用该阀的伺服系统的性能得到提高，该方法还可推广用于所有射流管伺服元件中。

针对多年来困扰航空航天和舰船射流伺服阀基础理论欠缺的问题，以偏转板伺服阀和射流管伺服阀的基础研究作为突破口，通过热力学、动力学、振荡流体力学和计算流体力学的深入分析，阐明不同介质时射流负压现象机理和射流玻璃柱长度的影响因素，分析射流伺服阀流场分布规律及其影响因素。建立考虑射流放大级能量转换过程的射流伺服阀数学模型，探索射流伺服阀复杂结构零件微米级几何参数、制造工艺和服役性能之间的映射关系，从试验和理论的两方面，取得射流伺服阀的设计准则和关键技术。探索偏转板伺服阀卡门涡现象产生的特定条件、导流管谐振条件、热固液耦合关系等基础表达式，进而阐明射流伺服阀振动、啸叫、零位偏移、零位漂移的产生机理，最终取得射流伺服阀减振制振和消声的措施、零位漂移的抑制方法，解决如何实现稳定和精确的射流伺服控制的根本问题。打破国外技术封锁，为我国研制高可靠性与高适应性的航空航天及舰船射流伺服阀提供基础理论和关键技术。

针对多年来航空航天和舰船射流控制基础理论欠缺的问题，以偏转板伺服阀和射流管伺服阀作为突破口，通过热力学、动力学、振荡流体力学和计算流体力学的深入分析，理论与实践紧密结合，研究射流负压现象、卡门涡街现象和零偏零漂的产生机理与条件，以及冲蚀磨损、三维离心环境和宽温域下的分析方法和理论等基础科学问题。项目主要成果包括：（1）揭示了射流负压现象（即流体在高速射流出口处或某几处出现环状负压区域的现象）和卡门涡街现象（即射流流体受到偏转板阻碍时，下方会出现不稳定的边界层分离而产生两排非对称交错漩涡的现象，一侧顺时针方向而另一侧反时针方向）的机理和产生的特定条件，建立考虑射流能量交换过程的射流伺服阀数学模型，得到了复杂零件微米级几何参数、制造工艺和服役性能之间的映射关系，从试验和理论的两方面，取得了射流伺服阀的设计准则和关键技术。为打破国外技术封锁和限制，研制高可靠性与高适应性的航空航天及舰船射流伺服阀提供了基础理论和关键技术。（2）建立了三维离心环境下基于牵连运动学的电液伺服阀数学模型。建立了射流伺服阀的冲蚀磨损理论与数值模拟方法。建立了宽温域下考虑残余应力的精密偶件轴向/径向尺寸链计算模型。阐释了射流前置级和整阀的零偏零漂产生机理，得到了包含七类24种要素的零偏零漂值综合计算模型，并提出了耐极端环境的零偏零漂的抑制方法与措施、减振制振措施，解决了多年来困扰高端液压元件的零偏零漂、特性不规则与不重复现象的难题，直接为国家型号研制提供了基础保障。（3）在《机械工程学报》《航空学报》《WEAR》等发表期刊论文27篇（其中，SCI2篇、EI16篇），发表会议论文14篇，获得国际会议最优秀论文奖2篇。获得授权发明专利3项，申报发明专利9项。出版专著2部137万字，参与制定行业标准1项。（4）形成了一支精通射流伺服控制的青年学者队伍，指导毕业硕士生9名。正在培养博士生5名，正在培养硕士生2名。

《射流管电液伺服阀(GB/T 13854-2008)》由中国标准出版社出版。