基于流体-固体耦合的液压滑阀开启过程仿真分析与优化

为改善液压滑阀开启过程中阀芯的工作性能,基于流体-固体耦合理论和动网格技术,建立滑阀开启过程三维流体-固体耦合数值分析模型,对阀芯在驱动力、弹簧力及液动力作用下的动作过程进行了模拟分析。针对阀芯受力分析结果,改进滑阀内部流道结构;以改进后阀芯槽口和凸台的4个结构参数为优化对象,利用最小二乘拟合和反向传播神经网络构建最大冯米塞斯应力与液动力峰值的目标函数,借助遗传算法确定了槽口和凸台的4个结构参数最优值。研究结果表明：优化后阀芯所受液动力和最大冯米塞斯应力的峰值分别减小了16.3%和22.0%;优化设计阀芯的结构参数可明显提高滑阀开启性能。     

固体燃气调压阀内流场冷气模拟

对燃气阀内部流场进行分析.采用二维轴对称N-S方程、结构网格和SIMPISO算法进行模拟并用冷气试验验证,得到了平衡压力与阀芯受力的线性关系,并且得到了平衡压力与质量流量的关系,说明了阀门在一定范围内稳定压力的机理.为进一步研究提供了理论依据.     

液压自由活塞柴油机的做功影响因素分析

在研制的二冲程单活塞式液压自由活塞柴油机（HFPDE）原理样机试验平台上,通过对发动机压缩膨胀过程中活塞的受力情况的分析,得出了影响HFPDE指示功大小的主要因素为燃油预喷油量、燃油开始喷射时活塞的位置以及排气门开启时刻。为分析这些影响因素对HFPDE做功的影响规律,研究了不同喷油时刻及预喷油量对循环指示功的影响,发现燃油开始喷射时刻对HFPDE的指示功影响主要来源于压缩过程中活塞速度的波动。在工作压力为25 MPa工况下,预喷油量对循环指示功的影响主要表现为上止点的变化。展开不同排气门开启位置对HFPDE做功的影响规律研究,研究结果发现：排气门开启时刻越早,对应的平均指示压力越低,最终降低了发动机的热效率。     

偏转板射流式伺服阀前置级液动力计算方法研究

针对偏转板射流式伺服阀前置级液动力的计算与检测问题,提出了基于矩形喷口和接收器的前置级节流模型,推导得出了液动力简化计算公式。从射流角度出发,建立了伺服阀前置级的二维流场模型,提出了两种基于仿真离散数据的稳态液动力的计算方法,即动量定理法和压力差法,进行了某型伺服阀的液动力计算。设计了前置级液动力的自动化测试系统,实现了对液动力的测量。仿真与试验表明,理论公式、基于离散数据的数值计算以及试验结果基本一致,从而为此类伺服阀的开发与优化提供了可行的方法和技术。     

压力控制电——液伺服阀

过去所介绍的电——液伺服阀,几乎全是第一级为喷嘴挡板,第二级为滑阀的流量控制阀。这里我们要介绍的是,作为压力控制阀代表的美国新泽西州马罗塔科学控制装置公司的电——液伺服阀(以下简称马罗塔电——液伺服阀)。马罗塔电——液伺服阀的第一级,采用了专门加压的控制阀(承载阀)和专门减压的控制阀(卸载阀)这样的两个电磁阀。第二级采用的是平衡提动阀。因而抗工作油中污垢杂质     

综合传动装置换挡阀结构参数优化

为提高综合传动装置换挡阀的动态响应特性,对电液换挡控制回路中的换挡阀进行压力、流量特性分析,基于AMESim软件建立其动力学仿真模型。针对换挡阀阀芯直径、弹簧刚度和换挡阀阀口遮盖量这3个关键参数对换挡阀动态响应特性的影响进行了仿真分析。采用遗传算法,对影响换挡阀动态响应特性的结构参数包括弹簧刚度和阀口遮盖量进行优化。通过仿真模型和测试试验结果对比,证明经过优化后换挡阀的动态响应特性得到了改善,验证了此方法的可行性。     

油气弹簧叠加阀片设计方法及对节流缝隙影响

利用开阀压力和阀片变形计算公式,建立了油气弹簧单片节流阀片厚度解析设计式。利用叠加阀片等效厚度和应力计算公式,建立了叠加阀片设计方法。对开阀条件进行研究,建立了调整垫片厚度设计公式。利用开阀压力和流量之间关系,建立油气弹簧节流缝隙设计公式。在此基础上,对阀系参数设计影响因素进行了分析。通过实例,对油气弹簧阀系参数进行了设计,对叠加阀片等效厚度、开阀特性和应力强度进行验证,并对油气弹簧进行了特性试验。特性分析和试验结果表明,油气弹簧阀系参数设计应考虑叠加阀片的影响。     

高压电磁阀性能优化仿真分析

高压电磁阀主阀背压腔进气和排气的流量影响高压电磁阀启闭特性。通过对高压电磁阀进行局部流场分析,计算了主阀受力影响;用AMESim建立仿真模型,分析了高压电磁阀动态特性。通过分析计算,提出主阀背压腔进气量化控制措施,达到了稳定的控制效果。     

基于驱动端电流检测的电磁阀故障诊断研究

提出基于驱动端电流检测的电磁阀故障诊断方法,研究了电磁阀驱动端电流特性及故障阀电流特征分析和识别方法。利用AMEsim软件搭建电磁阀的机、电、液模型,分析其驱动端电流与阀芯位移的关系;采集正常、弹簧断裂、阀芯轻微卡滞和阀芯完全卡死4种状态下的电流信号,分析不同状态的电流特征;针对驱动端电流为直流阶跃信号的特点,选取电流变化率为特征曲线,采用“能量-故障”的诊断方法,利用3层小波包分解对信号进行重构,并提取相应频带能量作为特征向量;利用前馈反向传播(BP)神经网络对提取的特征向量,对电磁换向阀模式识别和故障诊断。实验结果表明：基于“能量-故障”的诊断方法能较好地区分电磁阀的不同状态,并且经过训练的BP神经网络能够准确判别电磁阀的正常、弹簧断裂和阀芯卡死3种状态。     

泵喷推进航行体有动力流场数值仿真

为实现对泵喷推进航行体有动力流场的数值模拟,基于多参考系模型(MRF)建立了有动力流场模型;利用Fluent软件求解以k-εRNG湍流模型封闭的RANS方程实现流场的数值仿真;在用试验数据对仿真结果验证基础上,分析了泵喷推进器对航行体水动力参数的影响规律,结果表明文中所研究的泵喷推进器使航行体在10m/s航速下的阻力系数增大约47%,对垂向力系数和俯仰力矩系数影响小于3%。所建立的数值仿真方法及结果可为航行体水动力特性研究提供重要参考。     

先导式深海通海阀流阻系数及开阀力研究

阀门的流阻系数和开启力是评价阀门性能的最重要参数,针对先导式通海阀内流道降噪优化前后对于这两个参数的影响,运用计算流体力学CFX软件对不同外部工作压力及开度下的两种流阻系数进行仿真与试验分析。分析结果表明：在阀门具有较小开度及完全开启时,优化后流道流阻系数小于原流道。同时,对有先导孔和无先导孔的通海阀用CFX软件在不同开度下进行静分析,并依据实际阀杆轴向力影响面确定了轴向力提取面组,提取两种情况下、不同位置阀杆轴向力。分析结果表明：先导孔有助于减小阀门的开阀力,且有先导孔时,阀门的最大开阀力仅为无先导孔时的1/2.通过试验对仿真得到的开启力进行了验证,仿真与试验结果具有非常好的相符性。     

双旋弹道修正弹弹体非对称载荷的数值研究

固定鸭舵双旋弹道修正弹的弹体受到鸭舵非对称尾流的影响,其载荷具有非对称特性。为了研究该非对称特性,通过计算流体力学(CFD)仿真和风洞实验的结果对比验证CFD方法的有效性。对0°舵偏、2°舵偏、4°舵偏的双旋弹道修正弹模型在多马赫数、多攻角下进行CFD仿真,并通过绘制鸭舵尾流的流线图和弹体压力系数云图对流场进行定性分析,通过对比弹体截面压力系数和弹体法向力、侧向力系数对弹体受力的非对称性进行定量分析。结果表明： 0°舵偏模型的弹体压力系数呈面对称,2°舵偏模型、4°舵偏模型弹体压力系数呈非对称;在给定马赫数下,3种模型弹体法向力系数随攻角变化的曲线高度重合; 0°舵偏模型的弹体侧向力系数在0附近,2°舵偏模型、4°舵偏 模型的弹体侧向力随攻角近似线性变化,随马赫数先增大、后减小;给定攻角时,4°舵偏模型对应曲线峰值约为2°舵偏模型的2倍。     

基于Fluent/Simulink的水下发射系统发射阀流场数值仿真

发射阀是水下鱼雷发射系统的重要部件,其流量特性决定了鱼雷发射内弹道及相关的发射系统瞬态特性。为研究发射阀内部流场规律,提出了基于可压缩流体力学控制方程描述发射阀处流体流动和1D常微分方程描述气瓶与气缸热力学特性,采用商用计算流体力学软件FLUENT和1D仿真软件Simulink联合仿真的方法对发射阀的内部流场进行了数值模拟。由数值计算得到的发射阀质量流率与解析结果具有很好的一致性,从1个侧面验证了计算流体动力学（CFD）模型的正确性。所获得的数值模拟结果可为进一步研究水下鱼雷发射气动系统的流致振动与气动噪声等特性提供参考。     

高速开关阀流量非线性分析及补偿控制验证

针对高速开关阀流量控制中存在的死区、饱和区和非线性区问题,在对比脉宽调制（PWM）控制及传统PWM补偿控制的基础上,提出了两种非线性控制方法,基于死区和饱和区分段补偿的PWM控制和脉宽调制-脉频调制（PWM-PFM）控制。基于这两种非线性控制方法,分析高速开关阀的流量特性,并搭建了高速开关阀控制液压缸位置回路,从仿真和实验的角度,对比分析高速开关阀在PWM控制、传统PWM补偿和文中提到的两种非线性控制下的液压缸位置控制特性。研究结果表明：两种非线性控制方法分别从占空比和工作频率的角度对高速开关阀的死区、饱和区和非线性区进行补偿,使高速开关阀在0%~100%占空比范围内流量线性化;在仿真与实验验证中能够有效解决由于流量控制死区和饱和区所造成的液压缸启动和到位过程中误差较大的问题。     

发射筒易碎前盖开盖过程的流体与固体耦合仿真方法

发射筒易碎前盖的压力波开盖过程是一个典型的流体与固体耦合问题。为研究易碎前盖的开启仿真过程，对易碎盖聚氨酯复合材料分别做了静态拉压实验、动态拉压实验，并利用用户子程序VUSDFLD对混凝土塑性损伤（CDP）本构模型进行扩展开发，用以描述易碎盖材料的承载和破裂状况；基于计算流体力学（CFD）的发射筒内流场仿真，对欧拉方法的同工况模型进行仿真校验，并借助耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）算法对易碎前盖的开启过程进行仿真。结果表明：所开发的含单元失效的CDP本构模型能较好地吻合材料实验和产品实验情况；CFD与CEL算法相结合的仿真方法能有效解决压力波开盖这类流体与固体耦合问题，且具有较高精度。     

气动阀门发声器内流场的数值仿真

利用CFD软件Fluent建立了一个气动阀门发声器3D模型,模拟了其内流场分布规律。结果表明,气动阀门与谐振管共同作用,会对发声器内流场的速度和压力分布产生很大影响。模拟结果表明,Fluent对气动发声器内流场模拟结果合理,用于气动发声的设计与优化具有良好的前景。     

战斗机高空综合环境模拟舱压カ控制策略研究

高空综合环境模拟舱能够实现高空温度、压力和湿度等参数模拟,对军用战斗机环控系统研究具有重要意义。在多参数综合模拟试验时,传统的试验方法和控制策略不能很好地实现压力与其它环境参数的解耦控制,造成无法快速准确地实现多综合参数模拟。为此,提出单独采用抽气阀控制环境舱压力的试验方法,结合提出的基于非线性补偿的二自由度PID压力控制策略快速控制舱内高度。该控制策略引入非线性补偿环节克服抽气阀的非线性流量特征,同时引入二自由度PID克服压力超调,提高压力调节速度。新的试验方法和压力控制策略为实现多环境参数解耦控制提供了保证,同时能提高模拟舱内无超调压力控制精度和响应速度。该压力控制篥略同样适用于其它压力控制场合。     

某液浮陀螺仪浮子在不同偏心下启动时受力仿真

针对单自由度液浮陀螺仪浮子在启动时的位置可能偏离几何中心的现象,首次研究了浮子在不同偏心程度下启动时液浮陀螺仪中浮子的受力情况。基于流体力学中球面Couette流的有关理论,结合计算流体力学并采用数值方法研究了浮子的受力情况。结果表明:浮子的偏心位置对压力与切应力大小分布有显著影响,且浮子两侧的压力差会随浮子偏心程度增加而增加。当浮子启动时偏心程度越大,浮子所受的合力也越大,极易造成浮子运动的不稳定,从而影响液浮陀螺仪的精度。     

高压共轨喷油器针阀开启与关闭过程规律研究

高压共轨喷油器的针阀运动规律直接决定了喷油规律和雾化效果,决定针阀运动规律的因素对改进喷油器结构以及提升雾化效果有着重要意义。自行搭建了高压共轨喷油器仿真模型;该计算模型对喷油器的控制油路中进出油节流孔和球阀区域处,有空化和无空化两个阶段的流量系数进行了优化;结合喷油器的理论分析与试验验证,研究了喷油器针阀的运动规律。结果表明：针阀开启过程分为2个阶段,第1阶段开启缓慢,第2阶段开启迅速,针阀关闭过程只有1个阶段;导致针阀开启过程出现2个阶段是由于喷油器控制室内泄油过程的节流位置由球阀开启处转到了回油节流孔;针阀关闭过程为1个阶段是由于球阀与阀座形成的间隙对控制室内回油过程起主要节流作用;轨压主要对针阀开启第2阶段有影响,而对针阀开启第1阶段与关闭阶段影响很小;随着轨压的升高,针阀开启第2阶段开启速度加快,当轨压达到一定值时,针阀开启第2阶段不再变化。     

基于CFD 技术的火药气体作用系数计算

火炮反后坐装置设计需要确定火药气体作用系数。为准确计算火药气体作用系数,提出一种基于CFD技术的火药气体作用系数的数值计算方法。选用某火炮不带炮口装置为算例,在Fluent前处理软件Gambit中建立流场计算模型,监测身管受力,得到后效期内炮膛合力的冲量,求得火药气体作用系数。将仿真计算值与经验公式、理论公式和实验值进行对比分析,并对该方法的正确性进行验证。对比分析结果表明,基于CFD技术的火药气体系数计算值准确可信。