一家专注流体压力成形技术
【作 者】李莹;张玉莹;柳宝磊;张晋;隋佳鑫
【引 言】
自大飞机战略提出以来，涌现出大批新技术、新材料、新工艺，减重成为飞行器作动系统的重要发展方向【1】。电动静液作动器(Electro一Hydrostatic Actuator , EHA)通过取消集中式液压能源系统，集机、电、液于一体以实现减重目标【2】。液压阀块是实现集成设计的集中体现，其各孔道与外部装配的各种阀件相连通，以实现预定的流通回路，是集成式液压系统中不可或缺的一部分【3】。液压阀块的设计主要以满足工艺孔数量最少·流道总长度最短和体积最小为目标【4-5】。
降低阀块压力损失对于航空液压系统节能具有重要意义，阀块的设计与生产需要对压力损失进行评估。为改善流道的液流特性，国内外众多学者一直对流道的设计与优化进行研究。英国巴斯大学早在20世纪70年代就开始针对液压阀块内部的流道设计进行研究。新加坡南洋理工大学深入研究了液压阀块的空间布局，开发了设计软件，为流道的设计及优化提供了简单方法。国内学者也致力于流道优化设计研究，采用Fluent等仿真软件对传统工艺成形的流道进行结构优化以实现减小压损，减振降噪等目的【6-8】。最近，祝毅等【3】在研究流道的轻量化设计时提出了增材制造的新方法成形复杂曲线流道，解决了传统工艺成形流道时存在的诸多问题，基于增材制造技术实现了阀块的轻量化设计和流道优化。基于增材制造不仅可以优化流道横截面形状，还可以优化流道过渡区域连接方式，甚至设计变截面变壁厚流道，为流道优化提供了新思路。本研究仅考虑典型的平行流道之间的连接流道的可优化性，分析流道过渡区域不同连接方式对流动特性的影响，比较其压力损失。
【摘 要】器件小型化和集成化发展趋势,对液压阀块设计提出了更高的要求。传统工艺加工阀块体内部流道,不但工艺复杂难加工,而且成形的流道流动特性有待提高。新型制造工艺增材制造一体化成形的特点使其在流道加工方面表现出很大的优越性。基于增材制造,对某一液压集成阀块的流道过渡区进行优化设计,利用Fluent仿真,对直线过渡、圆弧过渡、B样条曲线3种过渡方式连接的流道流动特性进行分析,B样条曲线过渡流道较直线过渡流道压力损失可降低55%以上,不同圆角半径的圆弧过渡流道较直线过渡流道压力损失可降低28%～56%,为基于增材制造的流道设计提供了必要的支持。
【结 语】
1、流道流体流经直角转弯处会产生较大的压力损失，在直角内侧出现压力降低区域。流道流体流经直角转弯处，速度分布发生剧烈变化，直角内侧速度较低，外侧速度较大，会产生涡流。直线过渡流道流动特性最差，圆弧过渡曲线和B样条曲线过渡流道的流动特性均得以改善。且过渡圆角半径越大，流道流动特性越好;
2、直线过渡流道每个直角处都有一个涡，随着过渡圆角半径逐渐增大，流道内部速度流线逐渐规整平滑，B样条曲线过渡流道的速度流线也十分流畅，基于增材制造，使用圆弧过渡曲线和B样条曲线连接两平行流道过渡区域流道流动特性较好;
3、在设置速度进口边界条件和压力出口边界条件的情况下，发现不同边界条件下各种类型的流道压力损失均随进口速度增加而增大，随出口压力增加基本保持不变;
4、增材制造工艺按照“铺粉一激光烧结一基板下降一再铺粉”的步骤循环工作逐层累加成形阀块，设计流道时，无需受传统加工工艺约束，流道设计自由度大，但应尽量避免流道方向突变，综合运用B样条曲线和大圆角半径圆弧过渡曲线，结合空间布局因素合理设计流道过渡区域，改善流道流动特性。
以下是正文：
