轴向柱塞泵因其结构紧凑、效率高等优势,是液压系统中的关键动力元件,并在航空航天装备中得到广泛应用。由于高速轴向柱塞泵与传统工业柱塞泵相比,泵的运行工况具有高转速、小排量等特殊要求,因此在动力学性能方面面临更为严苛的挑战。在此类极端工况下,旋转组件易出现缸体倾覆等不稳定行为。为深入分析高速运行条件下轴向柱塞泵的动力学特性,建立了由主轴、缸体及相关摩擦副组成的转子组件动力学仿真模型;同时针对花键副,构建了多工况独立的离线刚度模型,以提升整体动力学计算的稳定性与效率。基于上述模型,研究了缸体在不同工况下的倾覆规律,并进一步探讨了主轴挠度对倾覆行为的影响,为高性能高速轴向柱塞泵的设计和优化提供了有益参考。

针对机组尾流干扰导致风电场产能下降的问题,在风洞中设计搭建风力机尾流和功率特性的试验平台,并开展偏航工况下单机组尾流特性和串列风力机功率特性的试验研究。结果表明:风力机运行在偏航工况时,其尾流恢复加快,尾流中心线发生偏移,尾迹宽度收窄。这些特征使得采用偏航尾流控制方法提升了串列风力机的总输出功率,其中,当上游机组的偏航角度为25°时,串列机组的总功率最高可提升18%。

截止阀作为工业管道系统中重要的截断装置,在振动工况下的密封性能直接关系到系统的安全稳定运行。通过数值模拟、理论分析和动态试验相结合的方法,研究截止阀在振动环境中的密封情况,分析其密封结构的密封性能,探讨影响密封性能的关键因素并提出针对性优化建议,最终取得明确研究结果,得出核心结论。研究明确了密封副接触压力、密封面间隙与振动参数的量化关系,掌握了振动工况下密封失效的主要形态及临界阈值,确定了密封结构参数、材料性能、振动工况参数为影响密封性能的关键因素,证实了多方法结合研究的有效性,且所提优化建议可显著提升截止阀密封可靠性,研究旨在为工业管道系统的安装、密封和维护提供理论支撑和运用指导。

电气比例阀是航空领域气动技术的关键元件,其设定的输出压力决定飞机舵机面操控,进而影响其飞行性能。为了研究舵机面比例阀对飞机姿态和航向操作性能的影响,基于模糊PID、PSO优化PID等调控策略,应用AMESim-Simulink开展多学科联合仿真,对比研究航空电气比例阀动静态特性,优化系统调控策略实现稳定精准控制,确保飞行总体控制效能的优势性。结果表明:模糊PID控制比粒子群算法优化PID控制阀系统上升时间减少1.84%,超调量降低52.46%,调整时间缩短20.52%,对比研究模糊PID调控策略使电气比例阀控制效能最优,以此构建快响、高鲁棒性和自抗扰性的控制系统,对电气比例阀实际工程应用研究具有重要意义。

以高温高压工况下的阀门阀体为研究对象,通过有限元软件进行热-力耦合计算,得出阀体温度和热应力,确定了阀体运行的危险区域,分析阀体运行周期内应力三轴度的数值变化对多轴蠕变因子E数值的影响。使用Hayhurst模型、Huddleston模型和多轴蠕变因子E修正后的Huddleston模型,计算得出阀体的等效单轴应力趋势曲线。在Larson-Miller理论基础上,使用3种应力组合模型计算1个运行周期内的阀体损伤和蠕变疲劳寿命,分析得出修正后的Huddleston模型安全裕度最大。

针对二维阀用环形气隙斜翼力矩马达利用有限元模拟的优化设计过程冗长复杂的问题,提出了该力矩马达的定量解析模型。采用等效磁路法建立了二维阀用斜翼力矩马达的解析模型,其中纳入了永磁体漏磁效应,并考虑了软磁材料的磁导率非线性特性。设计并加工了斜翼力矩马达的样机,搭建了专门的测试平台,对斜翼力矩马达的力矩-转角特性与力矩-位移特性进行了测试。将解析模型结果和试验结果作比对,验证了解析模型的准确性。

针对现代工业控制流程中普遍存在的液位调控难题,提出了一种基于虚拟仪器技术的双容水箱液位实时监测方案。构建了双容水箱试验平台,并据此建立了相应的数学模型。利用MATLAB Simulink进行数值模拟,根据仿真结果控制系统的动静态特性。采用LabVIEW软件开发了双容水箱液位控制系统的应用程序,结合USB-6008采集卡与DAQ数据采集助手,实现了硬件与软件的高效集成。通过设计的人机交互界面,实现了对液位变化的可视化监控。试验结果表明,所开发的系统界面能够实时呈现液位的变化趋势,且实际液位曲线与仿真结果之间的偏差保持在2%以下,与真实液面的误差也控制在3%以内,验证了所提方法的有效性,为工业控制水箱液位提供了一种新的控制方法。

烟沫收集仓位于储柜分配车的下方并与其相连,用于收集、暂存分配车工作过程中掉落的烟沫,并通过与外部负压抽吸装置相连接实现烟沫的清理。因烟沫收集仓流场均匀性对清洁效率和效果具有重要影响,而布风板的气孔排布是影响流场均匀性的重要因素,所以开展了布风板气孔排布对其流场均匀性的影响研究。研究了6种布风板气孔排布结构的流场均匀性,进行了数值模拟分析,并通过试验对仿真结果进行验证。结果表明:开孔面积一致的前提下,孔径为10 mm的布风板比孔径为15 mm的布风板流场均匀性更好;孔径不变的前提下,布风板中间开孔密四周开孔稀疏会增加布风板表面的流场均匀性,且中间开孔数量越密集四周开孔越稀疏,流场均匀性越好,相反会降低布风板表面的流场均匀性。

在长江船闸人字门液压启闭机的液压系统中,平衡阀扮演着关键角色,保障了系统的稳定与安全。为优化平衡阀结构,使得其更适用于人字门液压启闭机系统的实际工况,首先建立了平衡阀的三维模型,然后把三维模型导入Fluent软件,对平衡阀的内部流场进行了详细的数值仿真。分析了平衡阀在不同开度下的流体压力分布、流动特性分布和湍流动能分布图。结果表明:阀芯受力面的压力分布会随流场条件动态调整,流场分布揭示了流体流动特性,而湍流动能主要集中在阀芯受力面的尾部及其两侧,并沿流动方向逐渐衰减,因此需要优化阀芯受力面的几何设计和流道布局来提升流场稳定性和系统性能。

为清楚认识商用航空发动机燃油计量系统的动态特性,实现燃油压力动态变化过程的仿真求解,获得系统内部各状态变量的响应特性,通过对燃油计量系统进行部件模型简化以及受力分析,建立燃油计量系统各功能模块的数学方程,联立形成方程组并基于Simulink搭建起燃油计量系统动态仿真模型。通过与试验数据进行对比,验证了系统仿真模型的合理性与准确性。基于系统仿真模型,完成了不同高压关断活门阻尼对燃油系统压力波动影响的分析。结果表明,系统动态仿真模型可实现燃油计量系统压力变化过程接近物理实际的仿真,计量活门打开前后燃油压力变化过程与试验结果相近。随着高压关断活门阻尼的增大,高压关断活门位移变化幅值降低,同时,在高压关断活门打开瞬间,活门前燃油峰值压力随阻尼的增大而提高。

为有效应对蒸汽热交换器中的参数不确定性和外部干扰,降低控制超调量,提高蒸汽热交换器智能控制的稳定性,研究了蒸汽热交换器智能空-频域联合控制方法。利用主成分分析法提取蒸汽热交换器的空间基序列;利用空间基序列转换蒸汽热交换器温度、压力、流量等参数的空间设定值,得到低维模型的设定值;以设定值与实际值之间的误差为增量式分数阶PID的输入数据,设计空-频域联合的增量式分数阶PID控制器,得到蒸汽热交换器的增量控制量;通过分析相幅频与相角特性,设计蒸汽热交换器的开环频域特征约束条件,结合最小超调量的性能要求,整定优化增量式分数阶PID控制器参数,有效应对蒸汽热交换器中的参数不确定性和外部干扰,提高蒸汽热交换器智能控制的稳定性。试验证明:该方法可有效提取蒸汽热交换器的空间基序列,智能控制蒸汽热交换器,在多种外部扰动下,控制超调量均低于2.9%,最低可达0.0%,远优于其他对比方法;同时,控制器能快速响应设定值变化,蒸汽流量和供水温度稳定时间分别为3 min和5 min,在换热效率为90%的工业级热交换器上实现了关键参数的精确控制,有效降低了能耗与故障风险。

针对电液伺服系统在复杂工况下存在的负载匹配难题,提出了一种基于频域校正的数字化控制策略。通过分析伺服阀控液压马达系统在低频段的相位滞后特性,揭示了传统PI控制在低频域存在相位裕度不足的问题。创新性地采用一阶低通滤波与二阶陷波滤波的复合校正方法:通过构建一阶低通滤波器补偿相位滞后,同时设计二阶陷波滤波器抑制谐振峰。基于MATLAB搭建了数字化仿真平台,通过零极点配置优化了滤波器参数匹配算法。试验结果表明,该技术能有效改善低频域存在的相位裕度不足的问题,且能有效抑制高频段谐振峰。试验数据验证了该方法能有效改善电液伺服系统的动态跟踪能力,为工程机械的数字化液压控制提供了新的解决方案。

起竖机构是火箭、导弹等装备地面设备的核心,采用多级缸驱动,将大负载快速起竖到指定位置。针对起竖架的快速响应和稳定性要求,研究基于加速度规划的多级起竖缸快速起竖稳定控制技术,得到改进的正弦S轨迹。在AMESim中对起竖系统建模进行仿真验证,结果表明:设计的正弦S轨迹可以有效减小启动和换级冲击,满足起竖系统的快速性和稳定性要求。

为了提升机械密封硬对硬摩擦副组对材料在极端工况下的性能,采用金刚石涂层技术对密封环进行改进。基于化学气相沉积技术(CVD)制备金刚石薄膜技术,通过研磨抛光时间对比、带压运转测试对比、第三方检测数据对比,验证金刚石涂层密封环耐磨性。得到涂敷金刚石碳化硅密封环耐磨性较高,运行8 h后密封环平面度无明显变化,小于0.000 6 mm,且泄漏量变化微小。对比第三方检测,涂敷有CVD金刚石薄膜的试样表面硬度提高了3倍左右,试样的表面摩擦系数是未涂层表面摩擦系数的1/5,证明金刚石涂层密封环研磨加工时间更长,动态运转密封性能更优,检测硬度更高,而摩擦系数更低。

针对贮运发射箱借用胀形工装进行辅助焊接中存在操作困难、作业效率低下等问题,开展基于低压气体驱动的内支撑结构设计与研究。通过理论分析与试验验证确定了设计的合理性与可靠性,为后续贮运发射箱的制造提供了新的思路与方法。

针对液环真空泵用大轴径机械密封的常见失效形式,结合其设备特点及运行条件进行分析,以密封环变形控制、传动机构优化等措施对机械密封做出改进。经试验证明,在密封轴径不大于280 mm,线速度不大于10 m/s,压力范围0~0.8 MPa,密封介质为清水或轻油的工况下,改进合理有效,显著提高了机械密封运行稳定性。

气源能量设计直接关系到气体驱动加液系统定量液体定时加注功能的成败。针对气体驱动加液系统设计的气源能量和加注时间问题,在分析加注机理基础上提出了加注时间表征及测试方案,完成试验件设计。以水为加注介质开展了加注试验,获得了不同压力下加注时间,明确了通过压力变化表征加注时间的可行性,获得压力随加注时间的变化规律。基于试验产品的设计尺寸及加注介质物理性能,针对性地开展了不同压力下的加注过程数值模拟,获得了临界气源压力及不同压力下的加注时间。对试验结果和数值模拟结果开展了分析,结果表明:基于数值模拟确定的临界气源压力与试验获得的临界气源压力比较吻合;模拟加注时间和试验加注时间随气源压力变化规律相似,均有呈指数变化的趋势。本研究结果验证了通过合理设计气源能量可实现定量液体定时加注功能。

为研究超临界二氧化碳做功系统释放阀喷放时序对做功性能的影响,开展基于超临界二氧化碳做功系统的仿真分析研究,并通过试验验证仿真结果的准确性。结果表明,可通过改变释放阀的喷放时序实现对负载的出筒速度和加速度的调节,并且在满足速度的前提条件下,可通过调整喷放时序,减小负载在运动过程中的加速度,实现平稳运动,保证负载内器件的稳定性。