导轮表面粗糙度会显著改变液力变矩器的叶片壁湍流结构,进而影响其工作性能,研究导轮表面粗糙度对流场演化规律的影响具有重要的研究意义和应用价值。考虑制造选定几组导轮叶片表面粗糙度,基于计算流体动力学,采用SST k-ω湍流模型数值模拟液力变矩器内部流场,对比分析不同导轮表面粗糙度下的三维涡系结构。结果表明:导轮表面粗糙度的变化显著影响其叶片壁湍流结构,随着粗糙度增加,导轮、泵轮、涡轮入口处叶片吸力面高流速区域面积逐渐缩减,速度降幅明显,且整体涡系的混乱程度增加;在失速工况下,随着导轮表面粗糙度的逐级增加,液力变矩器的变矩比与试验值之间的误差相对于光滑叶片分别下降了2.7%、3.6%、4.52%,泵轮转矩系数的误差分别下降了1.6%、2%、4.45%。研究结果可为液力变矩器流场解析及叶片制造提供一定技术指导。

针对阀控空气弹簧高度伺服系统强非线性与死区振荡难题,开展动力学解耦建模与智能控制策略研究。首先,建立基于位移-质量双重回归的显式解析模型,消除Simulink联合仿真中的压力隐式代数环。其次,在频域内揭示流量积分与时滞耦合下的负微分镇定机理,证明负微分增益在抑制气动低频发散中的必要性。最后,针对比例阀死区与起步迟滞,设计具备非对称规则库的改进型模糊PID控制器。仿真结果反映:在标称载荷下,相比传统PID,该策略显著抑制了极限环振荡,实现±0.005 mm的稳态跟踪;在承载质量突增及硬件参数劣化(死区展宽、时滞延长)等摄动工况下,系统保持了良好的单调收敛特性。

高频响大流量电液伺服阀在控制上存在非线性强、控制精度较差的问题,由于输出流量较大,伺服阀功率级阀芯所受液动力也会显著增大,系统非线性随之增强,控制精度也显著下降,导致大流量电液伺服阀的频响难以提升。为了解决这一问题,在高频响大流量电液伺服阀结构基础上,建立了电液伺服阀的数学模型;以电液伺服阀先导级电压为输入,功率级阀芯位置为输出,设计了反步控制方法来解决高频响大流量工况下的电液伺服阀的阀芯位置控制精度问题,保证了阀芯位置的高动态响应跟踪性能;通过MATLAB与AMESim联合仿真,在主阀阀口压差为7 MPa的条件下,验证了该控制方法能够使高频响大流量电液伺服阀的频响达到81 Hz,流量达到732.56 L/min,满足工作需求;对高频响大流量伺服阀的阀芯位置反步控制方法相关研究,为我国的高频响大流量伺服阀自主研制提供了理论参考。

针对高压气动系统中润滑油泄漏进入气流并在流量调节阀快速关闭过程中着火的潜在风险,建立高压混合气压缩燃烧数值模型,并探讨其着火特性及影响机制。以高压空气和润滑油混合气为流动介质,采用燃烧模型和组分运输模型,通过C语言编写用户定义函数开发高压气动系统润滑油雾压燃数值模型,模拟高压空气环境中流量调节阀关闭过程的流场、温度场及燃烧反应动力学特性。揭示关阀瞬变工况下润滑油压燃行为,以及空气激波通过绝热压缩加热滞止区空气及湍流增强混合对可燃混合气压燃的促进作用。关键发现表明:高压气体在阀门快速关闭过程中,阀前小区域封闭空气经历绝热等熵压缩过程,产生压缩热效应,空气体积迅速减小,导致压力和温度急剧上升。通过压缩加热可燃混合气体,伴随湍流加速蒸发氧化,捕捉到润滑油在两个关键位置的压燃过程。高压混合气压缩燃烧数值模型可为高压气动系统可靠性提升提供参考。

航空燃油齿轮泵在高速运行时,浮动衬套因动态受力不均易严重磨损,且其受力微动会影响齿轮泵端面泄漏,进而影响出口压力和流量,针对这一问题,提出利用集总参数模型对齿轮泵内流场压力进行仿真的方法。结合齿轮泵运行特点,对燃油齿轮泵开展集总参数化数学建模,借助MATLAB+AMESim联合仿真工具对集总参数模型进行仿真。结果表明,仿真结果与实际运行情况较为符合,同时,涉及齿轮泵内流场解算部分的运行速度也得到了较大提高。该方法可有效反映浮动衬套微动带来的齿轮泄漏对内流场压力的影响,相比现有多数基于预设恒定端面间隙、依赖复杂Navier-Stokes及其他基本方程进行三维解算域内流场有限元离散化解算的仿真方法,在实用性与效率上有明显优势,为航空燃油齿轮泵的性能研究与优化提供了更高效且精准的技术手段。

电液伺服阀作为液压控制系统的核心元件,其滑阀级在多物理场耦合下会发生一定的变形,导致各部件之间的间隙发生变化,进而影响其性能。为了探究电液伺服阀滑阀级在受到流固耦合作用时不同开口度下的结构变形特性,通过建立三维仿真模型,采用单向流固耦合数值模拟方法,系统研究不同开口度范围内阀芯、阀体及阀套的变形规律,并通过雷达图量化了配合间隙的动态变化。仿真结果表明:在阀口压差为7 MPa时,阀体最大变形量达11 μm,集中于回油口;阀芯最大变形量为1.86 μm,阀套最大变形量为2.32 μm,集中于进油口;随着开口度增大,阀芯与阀套呈向内压缩趋势,阀体呈向外膨胀趋势。研究结果揭示了电液伺服阀滑阀级在不同开口度工况下的结构形变特性与动态间隙变化,为电液伺服的结构优化设计提供了重要依据。

喷射器利用高压气源引射增压低压气井,但在增压比大于2.5的工况下易出现流场波动与失稳,制约引射性能。为此,采用数值模拟方法,以引射系数为评价指标,研究喷嘴关键结构参数对性能的影响,通过单因素分析与响应面法进行协同优化,并基于优化结果制造喷射器开展现场试验。结果表明:喷嘴喉道直径与长度均显著影响内部流场及引射性能,两者存在明显交互作用,其中喉道直径为主导因素。优化得到高效引射的最优参数区间:喉道长度0.63~0.68 mm,喉道直径6.42~6.52 mm。现场试验验证,该喷射器在高压入口压力44.97 MPa的驱动下,成功将低压入口压力4.89 MPa引射增压至12.5 MPa的管输压力,增压比达2.6,验证了优化方案的可行性与工程应用效果。研究结果为喷射器结构优化设计提供了理论依据与工程参考。

以飞机燃油泵用PTFE唇形密封圈为研究对象,基于MSC MARC软件建立了其三维有限元仿真模型,完整模拟了密封圈装配、流体加压与主轴旋转全过程,并搭建了PTFE唇形密封圈摩擦力矩的试验测试平台。试验结果表明,在大多数转速工况下,仿真得到的摩擦力矩误差不超过5%,验证了仿真模型的有效性。仿真分析结果表明,主密封唇的接触应力显著高于副密封唇,承担了主要的密封功能,其应力峰值稳定出现在唇口接触带的边缘区域,并在旋转过程中保持相对稳定。随着主密封唇倾角的增大,最大接触应力提升15.37%,而接触宽度仅在8.94%以内小幅波动。当主密封唇厚度从0.5 mm增加至0.9 mm时,最大接触应力显著提高345.65%,而接触宽度变化不明显。此外,当主密封唇厚度小于0.6 mm时,可有效避免装配后主、副密封唇之间的干涉现象。

碳纤维增强聚醚醚酮因其优异的机械性能、耐腐蚀性和自润滑性已成为水液压泵摩擦副的理想材料,研究其滚动接触可为水液压泵的开发提供更多选择。为研究水润滑碳纤维增强聚醚醚酮滚动接触疲劳的特性,建立了纤维与基体的微观模型,模拟了滚动接触状态下碳纤维增强聚醚醚酮内部的应力分布规律。仿真显示,在滚动接触过程中纤维与界面区域存在显著的应力集中现象。搭建了滚动接触试验台,开展滚动接触试验,建立了碳纤维增强聚醚醚酮在95%置信度下的接触疲劳S-N曲线,结果表明,碳纤维增强聚醚醚酮的滚动接触疲劳寿命随接触压力升高显著降低,符合典型材料的疲劳特征,在接触应力为165~233 MPa 时循环寿命2×10⁶~1×10⁷ 次,在135 MPa应力下具有优良的水润滑抗疲劳性能。通过损伤表面形貌分析,揭示了碳纤维增强聚醚醚酮的失效形式主要为界面脱粘与纤维断裂。研究为发展水润滑滚动摩擦副提供了理论与试验支撑。

针对反向随动比例阀存在的工作频宽不足、先导阀芯死区大及稳态控制精度低等问题,以反馈阀口关键结构参数(槽口深度、槽口长度、槽口角度)为优化对象,建立了反向随动比例阀的数学模型,分析了反馈阀口结构参数对系统转折频率及动态特性的影响规律,设计了三因素五水平的正交试验,以先导阀芯死区、位移比和过流面积梯度为评价指标,通过极差与方差分析明确各结构参数对性能指标的影响权重与显著性,结合AMESim动态仿真与样机试验,验证了优化方案的有效性。研究结果表明:优化后的反向随动比例阀位移比稳定在1.17左右,先导阀芯死区降低了11.09%,有效工作频率由20 Hz提升至35 Hz,启闭时间小于14 ms,显著改善了反向随动比例阀的动态响应特性。

针对飞机高空低温长航时巡航后着陆的严苛工况,为解决起落架左右协调收放可靠性不足、低温介质特性引发非对称失效的工程问题,开展了起落架液压系统协调收放功能的可靠性优化设计研究。基于AMESim-MATLAB参数化联合仿真平台,构建基于时效性与对称性的串联失效模式的可靠性分析模型,完成某型飞机起落架液压系统协调收放功能的可靠度评估与灵敏度分析;以飞机起落架液压系统协调收放功能的综合可靠度最大化为优化目标,构建包含收放时效性约束、动作对称性约束及参数工程约束的多约束可靠性优化模型,实现设计参数的最优匹配。结果表明,优化后起落架液压系统协调收放功能的综合可靠度由0.6520提升至0.9801,满足设计阈要求,收放时效性与动作对称性均得到显著改善。所提方法可为复杂航空机电液系统的可靠性设计、参数匹配与维修保障提供理论支撑。

单向阀是液压与气动系统中的关键元件,其颤振现象会显著降低系统性能并导致阀门早期失效。为实现对单向阀颤振状态的实时监测与预警,开展了基于小波包分解与支持向量机的智能监测方法在单向阀场景下的适配与应用研究。首先,通过压力传感器采集单向阀工作状态下的压力信号;其次,利用小波包分解技术提取信号的时频域特征,计算各子频带的能量分布与能量熵;然后,构建训练样本集,并利用支持向量机建立颤振识别模型;最后,设计实时监测系统实现单向阀工作状态的在线评估。试验结果表明:该方法在测试集验证准确率达94%,交叉验证准确率97.2%,能够有效识别单向阀的颤振状态,为工业现场的单向阀实时监测提供了可靠的技术手段。

研制了一种三向六自由度液压振动台试验系统,采用3-2-1结构形式,额定承载能力500 kg,工作频率范围为0.1～100 Hz,最大振幅可达±125 mm。对液压振动台系统的组成结构及工作原理进行了介绍,并对建成的液压振动台的最大激振力、最大速度、随机振动试验功能和正弦扫频试验功能等核心性能指标进行了测试,测试结果表明,系统各项性能均达到设计指标,部分性能甚至优于设计要求。系统中的核心设备振动控制仪、伺服控制器和加速度传感器等均采用自研产品,系统国产化率可达95%以上。

电液伺服系统波形复现控制可模拟道路谱,目标信号具有宽频非平稳特性,传统控制方法难以兼顾低频跟踪精度与高频响应。针对该问题,提出一种基于复合滑模控制的波形复现方法。针对传统积分滑模控制固定增益易引发高频相位滞后失稳,小误差过冲会增大低频稳态误差进而影响宽频波形复现精度的问题,设计了变增益非线性积分滑模控制,具体做法为:预处理目标信号以滤除高频突变,并将特殊非线性函数引入滑模面。为解决系统建模不准确与模型不确定性补偿难题,构建复合双环控制结构:内环采用上述滑模控制器,实现对非线性系统不确定信号的动态跟踪与抑制;外环引入迭代学习控制,通过历史迭代误差的反馈修正,提升系统的轨迹跟踪精度。基于Centro地震波与D级道路谱公开数据集,与自适应逆控制、迭代学习控制、滑模控制等方法进行仿真对比。结果表明,参考信号为D级谱和Centro地震波时,所提方法的相对均方根误差分别为2.94%和8.28%,复现精度更高,验证了有效性。