偏转板射流伺服阀和射流管伺服阀的基础理论研究

In order to tackle the problem of the based theory lack of servo valve, the deflection plate servo valve and jet pipe servo valve are researched. Through the analysis of thermodynamics, kinetics, oscillating fluid mechanics and computational fluid mechanics, factors affecting the mechanism of jet phenomenon of negative pressure and jet column length are analyzed. Flow distribution law and its influencing factors of servo valve are shown. The mathematical model of jet pipe servo valve with energy exchange process is considered. The relationship between performance, structural components of micron geometry parameters and manufacturing process of servo valve is built. Design criteria and key technology of servo valve are achieved by theory and test. The resonant conditions of the Carmen vortex phenomenon are got to clarify the vibration, howling, zero drift, zero shift mechanism of servo valve. Finally the method of damping vibration, noise reduction and zero drift are achieved. The stable and accurate control comes true. To break the blockade of foreign technology, basic theory and key technology of high reliability and high adaptability of servo valve are provided.

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。