1、電液伺服閥是液壓控制系統(tǒng)中的核心控制元件，被廣泛的應(yīng)用于航天、航空、化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，尤其是采用噴嘴擋板裝置作為前置級的電液伺服閥，由于其具有尺寸結(jié)構(gòu)小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，在液壓伺服控制系統(tǒng)中被大量使用。然而，噴嘴擋板裝置由于結(jié)構(gòu)以及工況的特殊性，其內(nèi)部流場往往具有進出口壓差大，局部流速快以及剪切流動性強等特點，尤其在一些壁面銳邊處，極易發(fā)生氣穴現(xiàn)象。瞬態(tài)氣穴現(xiàn)象及其誘發(fā)的前置級流場壓力脈動不僅會造成零件表面的汽蝕損壞，影響噴嘴擋板

2、裝置工作的穩(wěn)定性，甚至還會誘發(fā)伺服閥的自激振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重降低伺服閥以及伺服控制系統(tǒng)的控制精度。本文針對噴嘴擋板式兩級電液伺服閥，從前置級流場的不穩(wěn)定性出發(fā)，采用仿真和試驗相結(jié)合的方法，依次分析噴嘴擋板裝置中的瞬態(tài)氣穴現(xiàn)象及其誘發(fā)的流場壓力脈動、擋板瞬態(tài)液流力和擋板振動，通過對比其時域和頻域特性，研究其內(nèi)在聯(lián)系，為伺服閥自激振蕩的研究提供理論基礎(chǔ)。
　　基于噴嘴擋板前置級流場兩相流控制方程，本文在局部氣穴體積分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上，提出針對前

3、置級流場不同區(qū)域的面平均氣穴分?jǐn)?shù)以及體平均氣穴分?jǐn)?shù)兩個氣穴評價參數(shù)，分別對流場噴嘴中心面和流場整體的氣穴現(xiàn)象進行定量分析。同時，針對不同區(qū)域的瞬態(tài)氣穴評價參數(shù)和擋板液流力，建立時域以及頻域分析方法，其中在時域上主要使用均值和振幅對氣穴、壓力脈動以及擋板液流力進行分析，在頻域上則計算相關(guān)參數(shù)的峰值頻率與均方根頻率。
　　針對噴嘴擋板前置級流場中的瞬態(tài)氣穴現(xiàn)象，本文使用大渦模擬和混合兩相流模型建立相應(yīng)的數(shù)值仿真方法，對不同噴嘴入口壓力

4、下流場中的氣穴分布及其形態(tài)演變規(guī)律進行分析。基于不同的氣穴評價參數(shù)，采用時域和頻域相結(jié)合的分析方法，分別對圓角擋板和直角擋板在不同入口壓力下的前置級流場局部氣穴分?jǐn)?shù)脈動、面平均氣穴分?jǐn)?shù)脈動和體平均氣穴分?jǐn)?shù)脈動進行計算，研究三者均值、幅值、峰值頻率以及均方根頻率隨噴嘴入口壓力的變化規(guī)律。
　　在前置級流場瞬態(tài)氣穴現(xiàn)象的研究基礎(chǔ)上，本文進一步對其誘發(fā)的流場壓力脈動、擋板瞬態(tài)液流力以及擋板振動特性進行研究。針對前置級不同流動區(qū)域，分別計

5、算瞬態(tài)氣穴引起的流場局部壓力脈動、面平均壓力脈動、體平均壓力脈動特性以及前置級流場的諧振頻率；對噴嘴擋板間沖擊射流引起的擋板主液流力進行穩(wěn)態(tài)分析，并與傳統(tǒng)經(jīng)驗公式進行對比,對瞬態(tài)氣穴現(xiàn)象引起的擋板渦流力進行瞬態(tài)分析，并且基于流固耦合的方法，對瞬態(tài)渦流力引起的擋板振動特性進行研究，通過與瞬態(tài)氣穴以及流場壓力脈動結(jié)果進行對比，進一步分析其相互聯(lián)系。
　　基于仿真分析結(jié)果，本文進一步對噴嘴擋板前置級的瞬態(tài)氣穴現(xiàn)象以及擋板液流力進行試驗研

6、究。測量噴嘴擋板裝置在不同入口壓力下的零位泄漏流量，并且使用半經(jīng)驗方法測量擋板的主液流力，分別與數(shù)值仿真結(jié)果做對比，進一步驗證仿真結(jié)果的正確性。使用高速攝像機對圓角擋板和直角擋板前置級流場中的瞬態(tài)氣穴進行拍攝，并建立氣穴圖像的處理方法，包括前處理與后處理兩部分。其中圖像前處理分為中值濾波與灰度拉伸兩步，主要用于消除拍攝過程中引入的噪聲以及對圖像中的氣穴形態(tài)進行突出顯示。圖像后處理主要使用結(jié)構(gòu)相似性檢測算法對一系列瞬態(tài)氣穴圖像進行相似性分