温度冲击对偏导射流阀作用机理研究

With the temperature shock, the accuracy of the deflector jet servo valve (DJSV) in aerospace equipments significantly decreases and self excitation vibration appears. Previous studies have shown that the flow pattern changes in DJSV are much larger than that in the nozzle-flapper servo valve. The changes have an influence on the valve’s structure and the jet noise, which results in the decrease of the accuracy and acoustic self excitation. Based on the theoretical analysis, numerical simulation and experiments, the effect of the temperature shock on the DJSV will be explored in depth. Establishing the DJSV structure and jet pattern’s analytical models, a complete DJSV’s theoretical model can be built to analyze the temperature shock’s influence on the accuracy. To describe the evolution of the jet under temperature shock accurately, two phase flow simulation and the coupled thermal-hydrological-mechanical (THM) simulation can be carried out. The intrinsic relation between the temperature shock and the jet noise will be explored by theoretical analysis, and the large eddy simulation (LES) will be implemented to study the law of flow pulsation. On the basis of above researches, the temperature shock model of the DJSV will be constructed and validated by experiments, and then the accuracy and acoustic self excitation can be predicted. The research on the temperature shock’s effect on the DJSV will deepen the understanding of the DJSV’s internal characteristics and enrich the fundamentals of servo valves. Therefore, the research have an important theoretical significance and practical value.

航空航天装备中的偏导射流伺服阀受到温度冲击，出现控制精度显著下降和自激振荡现象。前期研究表明，温度冲击下偏导射流阀射流形态的变化远大于喷嘴挡板阀，并作用于阀的结构和射流噪声，导致了精度下降和声振自激问题。采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，深入研究温度冲击对偏导射流阀的作用机理。建立温度冲击下偏导射流阀结构和射流形态的解析模型，并通过构建整阀理论模型研究温度冲击对精度的影响。为了更精确地描述温度冲击下射流形态的演变规律，进行两相流模拟和热流固耦合模拟。通过机理分析探索温度冲击与射流噪声的内在联系，采用大涡模拟描述射流脉动的演化规律。最后基于以上研究，建立偏导射流阀的温度冲击模型并进行实验验证，对控制精度和声振自激进行预测。深入研究温度冲击对偏导射流阀作用机理，有助于加深人们对偏导射流阀内部特性的理解和认识，丰富伺服阀的相关基础理论，具有重要的理论意义和实用价值。

针对航天航空装备中的偏导射流阀受到温度冲击时出现的控制精度下降和自激振荡现象，以偏导射流阀的结构和流场特性研究为切入点，应用流体力学、热力学和气动声学等相关知识，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，进行了温度冲击对偏导射流阀整阀特性作用机理的研究。建立了温度冲击下偏导射流阀力矩马达电磁特性的理论模型以及偏导射流阀结构的机械闭环解析模型，明确了温度冲击对偏导射流阀精度的作用机理，表明流量系数和阀结构形变是温度冲击影响控制精度的主要途径；明确了温度冲击下偏导射流阀前置级射流形态的演变机理，解释了偏导射流阀前置级射流的四个过程，获得了温度冲击下射流形态的理论描述，包括速度分布和压力分布规律，提出了基于三维射流的八个假设，建立了温度冲击下前置级的理论模型；完成了偏导射流阀前置级流场的两相流和热流耦合数值模拟，获得了温度冲击对前置级流场流速、压力和温度分布的影响规律；建立了偏导射流阀前置级固体结构的有限元模型，明确了温度冲击对固体结构的影响，并通过热流固耦合模拟获得了温度冲击下前置级射流流场和固体结构组件状态的精确描述；获取了前置级大尺度涡结构的演变规律以及流场瞬时的脉动量，阐释了温度冲击对偏导射流阀噪声的作用机理，表明温度冲击显著加剧了偏导板内旋涡的脉动；结合Lighthill声类比理论获得了前置级流场噪声分布和频谱特性，明确了偏导射流阀噪声特性以及发声机理；建立了完整的偏导射流阀温度冲击模型，实现了温度冲击下偏导射流阀的控制精度和噪声的分析与预测，并搭建了试验平台，完成了温度冲击模型的实验验证。本项目的研究为偏导射流阀在温度冲击应用场景下性能特性的分析提供了理论依据，对于完善和丰富偏导射流阀的基础理论具有重要的实际意义。本项目发表论文17篇，授权专利1项，培养博士生5人，硕士生5人，相关成果应用于航天企业的液压阀研制、测试与应用中。