航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26912

材料工程与机械制造

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航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法

王彬¹^,²(), 任鹏达², 张伟³, 谢志刚³, 张文星³

^1.南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室，南京 210016
^2.南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016
^3.航空工业西安飞行自动控制研究所，西安 710076

收稿日期:2022-01-07 修回日期:2022-01-27 接受日期:2022-05-07 出版日期:2022-07-22 发布日期:2022-07-21
通讯作者: 王彬 E-mail:binwang@nuaa.edu.cn
基金资助:
航空科学基金(201907052001)

Mechanism and suppression method for spool oscillation of aerospace dual⁃system direct drive servovalve

Bin WANG¹^,²(), Pengda REN², Wei ZHANG³, Zhigang XIE³, Wenxing ZHANG³

^1.Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^2.College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^3.AVIC Xi’an Flight Automatic Control Research Institute，Xi’an 710076，China

Received:2022-01-07 Revised:2022-01-27 Accepted:2022-05-07 Online:2022-07-22 Published:2022-07-21
Contact: Bin WANG E-mail:binwang@nuaa.edu.cn
Supported by:
Aeronautical Science Foundation of China(201907052001)

摘要/Abstract

摘要：

作为飞控系统的关键部件之一，电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。直驱阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势成为近年来的研究热点。针对一种新型双系统直驱伺服阀的阀芯振荡问题，认为阀口空化引起阀腔凸肩面压力脉动是阀芯振荡的主导因素。基于气液两相数值模拟研究了近阀口空化与压力分布特征，揭示了空化与阀芯振荡的机理；建立了双阀芯的动力学模型，典型工况下阀芯所受流体力和位移振荡仿真结果与实验数据基本吻合，验证了所提方法的可靠性。结果表明，阀杆长径比与阀口节流级数对阀芯振荡有较大影响。回油腔阀杆长径比减小18%，可使振荡幅值削减约67%，为抑制双系统直驱伺服阀振荡提供了理论参考。

关键词: 双系统直驱伺服阀, 阀芯振荡, 空化, 凸肩面, 抑制

Abstract:

Behavior and reliability of electrohydraulic servovalves， one of the key components in flight control systems， will bear directly on flight performance and safety. Direct drive servovalves are currently becoming the research hot spot because they have simple structure， strong anti-pollution ability and large output power. Aiming at spool oscillation of a new dual-system direct drive servovalve， this paper proposes pressure pulsation on ring surface of the spool cavity caused by cavitation as a leading factor of spool oscillation. Gas-liquid two-phase numerical simulation is conducted to examine the cavitation and the pressure configuration near the opening， and thus the mechanism between the cavitation and the spool oscillation is revealed. A dynamic model of the dual-system spool is established. Simulations of hydraulic force and displacement oscillation of the spool under typical conditions are in good agreement with the experiments， which verifies the reliability of the proposed method. Results show that， length-diameter ratio of the spool rod and the numbers of orifices upstream has great influence on the spool oscillation. With 18% cutdown in the length-diameter ratio， the oscillation amplitude can be reduced by 67%. The work provides a theoretical reference for oscillation suppression of dual-system direct drive servovalves in engineering.

Key words: dual-system direct drive servovalve, spool oscillation, cavitation, ring surface, suppression

中图分类号:

V249.1

王彬, 任鹏达, 张伟, 谢志刚, 张文星. 航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法[J]. 航空学报, 2023, 44(5): 426912-426912.

Bin WANG, Pengda REN, Wei ZHANG, Zhigang XIE, Wenxing ZHANG. Mechanism and suppression method for spool oscillation of aerospace dual⁃system direct drive servovalve[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(5): 426912-426912.

图/表 22

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表 1

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值
时间步长	1.00×10^-5
液态油液密度/（kg·m^-3）	889
液态油液黏度/（kg·m^-1·s^-1）	0.045
蒸汽油液密度/（kg·m^-3）	0.55
蒸汽油液黏度/（kg·m^-1·s^-1）	1.34×10^-5
饱和蒸气压/kPa	4

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航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法

Mechanism and suppression method for spool oscillation of aerospace dual⁃system direct drive servovalve

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