为提高高速高压微型轴向柱塞泵球面配流副的配流性能,以单向旋转微型轴向柱塞泵球面配流副为研究对象,对预升压区结构进行优化。建立高速高压微型球面配流副预升压过渡区瞬时压力和三角槽过流面积与三角槽深度角等参数的数学模型;采用粒子群优化算法对预升压区进行结构优化;最后将原始模型与优化模型导入Fluent中进行仿真分析。结构优化结果为深度角β=16.1°,宽度角α=56.3°,开口角∅=12.7°,错配角φ0=1.2°。优化后的预升压过渡区的压力脉动率比原始结构降低了4.6%,提高了微型轴向柱塞泵球面配流副的配流性能。

为探究微型轴向柱塞泵柱塞腔压力等特性与柱塞腔作用力对斜盘的影响,在分析柱塞运动和斜盘力矩的基础上,建立数学模型,并基于AMESim搭建七柱塞型的微型轴向柱塞泵仿真模型;从柱塞直径、柱塞死区容积、斜盘倾角和柱塞分度圆直径几个方面仿真分析柱塞腔作用力;对影响柱塞腔作用力的参数进行响应面优化。结果表明优化后显著降低了柱塞腔作用力与斜盘倾覆力矩,优化后的参数可作为柱塞泵结构优化的依据。

以微型轴向柱塞泵为核心的高压浮力驱动系统是1 000 m以深水下滑翔器和剖面浮标优先采用的重要动力单元。文中首先介绍了当前国际上水下滑翔器和剖面浮标两型剖面运动平台的浮力驱动系统的种类及应用,然后以1 000 m以深水下滑翔器为例,系统地阐述了其高压浮力驱动系统的工作原理和设计方法,以及绝对排油量测量、吸油口气锁防止和柱塞偶件精密配合等核心问题。设计制作出精密、高效而且可靠的高压浮力驱动系统,可以为我国剖面观测平台的进一步发展起到推进作用。