为解决液压和气动控制系统设备安全问题,使工作人员进入设备危险区域后能够在安全条件下进行操作、维护和检查,以安全区域设计为理念,提出液压和气动控制系统安全切断块设计,利用安全PLC建立安全逻辑控制,满足GB/T 16855.1—2018/ISO 13849-12015机械安全标准,符合国际和欧盟设备安全认证要求。根据不同的安全功能、压力和流量要求,采用标准化模块化的方法设计安全切断块,以节省设计和投资成本。实践表明安全切断块结构紧凑、设计合理,能有效切断设备动力能源,保障现场设备和工作人员的安全。

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。为提高计算效率,采用二维轴对称模型,使用ANSYS ICEM网格划分软件对流体域和固体域进行结构网格划分;使用ANSYS Fluent数值模拟软件,计算了二维轴对称条件下高压圆盘气体轴承气膜对称线上的马赫数、静温分布,流固耦合面上的热流密度分布,以及轴承圆盘固体域的温度场。将二维计算结果同已有的三维模型计算结果做对比,二者基本吻合,可以很好地相互验证计算结果的可靠性;对进一步分析高压圆盘气体轴承更为复杂的其他热流固耦合问题,提供了简化思路。

针对气动先导阀动态响应低的问题,在分析结构特点和工作原理的基础上,利用AMESim建立仿真模型,通过参数化仿真研究主阀弹簧刚度、弹簧预紧力、气源压力和节流孔大小对先导阀动态响应的影响,结果显示各参数对气动先导阀动态响应特性的影响各不相同,很难通过调节某一参数得到最优解。在参数化仿真分析的基础上,基于SimV&Ver Math进行多参数优化仿真,利用贝叶斯+拟牛顿的优化算法得到最优解,将气动先导阀的总响应时间降低了7.2 ms,并通过试验验证了仿真分析的正确性。

某气动式绝对压力调节器使用过程中出现产品打不开及出口压力低的故障,基于MATLAB对产品内部二位四通阀进行建模分析,模拟在飞行振动条件下阀体弹簧和阻尼的运动工况并建立动画仿真,结果表明,双弹簧、双阻尼阀体在该振动条件下无法可靠按压活门座,开度增大0.13~0.20 mm,关闭功能丧失,导致反馈腔压力升高,活门出口压力低;Simulink仿真电磁阀模型,得到不同电压下电磁铁吸力和出现干涉动摩擦力差值,结果表明,差值小于3 N,电磁铁通电无动作,产品气路无法打开。通过将双弹簧、双阻尼结构改为单弹簧、单阻尼结构,改进电磁铁磁芯及配合尺寸,并改进动密封的石墨环。通过试验复现故障情况,验证改进措施,为气动式压力调节器设计提供参考。

以汽车的车身优化为研究目的,首先分析了流体基本形式以及流体的力学基本方程,然后针对汽车车身的造型特征,筛选出6种对汽车空气动力学影响大的特征。以气动系数和升力系数为优化目标,利用流体力学软件Fluent,根据特征因素的显著性差异取其相应的最佳指标值,从而获得最佳的车身造型。通过建模的方法改进汽车车身,仿真结果显示,汽车的动力性和操纵稳定性显著提高,说明利用数值仿真模拟方法能够更加全面、准确地优化汽车车身造型,对企业产品的研发优化有重大现实意义。

采用一体化耦合分析方法进行高超声速飞行器气动加热/结构温度场的耦合计算,其中流场和结构温度场均采用有限体积法计算,且共用交界面和节点以便于壁面热流和壁面温度的数据传递。结果表明在时间步长为0.001 s时即可获得收敛的耦合计算结果。此外随着耦合计算的进行,壁面压力分布基本无变化,壁面热流分布逐渐降低,壁面温度分布逐渐升高,且热流和温度的变化率逐渐减小。

动刚度是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。旋扣钳作为石油钻井平台井口关键设备之一,研究其动刚度,以提高其动力学性能。对气动旋扣钳的主件进行了动刚度研究,通过锤击法来测量气动旋扣钳主件的结构动刚度,得到了气动旋扣钳主件的动刚度曲线。由动刚度曲线得到的前四阶固有频率,与用有限元法模拟计算的前四阶固有频率吻合,误差小于10%。分析动刚度曲线,表明动刚度随频率的变化而变化,激振频率等于固有频率时动刚度最小。研究成果为进一步提高气动旋扣钳的动力学性能提供理论依据。

研究了一种扩大气动量仪电子柱量程的方法。以典型的差压式气动量仪电子柱为例,研究不同条件下气动量仪电子柱的实际输出特性曲线。通过对比不同特性曲线,提出"虚拟标件"的概念,在保留原有符合精度要求的线性段的基础上改进算法,扩大了测量范围,并进行了实验验证。实验结果表明,在保证精度的前提下,气动量仪电子柱的量程扩大了两倍,证明了方法和算法是可行的。相较于其他方法,该方法不需要升级原有的硬件设施,不增加成本,更易于实现,便与推广。

以单圆柱绕流为研究对象,研究了基于流场瞬态压力脉动进行流场重构的POD方法;探讨了模态阶数对POD重构流场不同位置噪声精度的影响;提出了一种利用单圆柱绕流气动噪声POD模型叠加快速计算双圆柱绕流气动噪声的方法。结果表明非尾流区和尾流区都可以采用POD方法重构,增加模态阶数可以提高POD重构流场噪声的精度;在相同模态阶数下,POD重构流场噪声在非尾流区的精度比在尾流区高;快速计算气动噪声的方法是可行的。

冲压空气涡轮是飞机的应急动力装置。依据叶素动量理论对冲压空气涡轮叶片进行气动设计,对设计的冲压空气涡轮进行计算流体力学仿真,研究了来流速度、安装角与冲压空气涡轮输出功率的关系,不同偏航角对冲压空气涡轮性能的影响及评估方法,绘制冲压空气涡轮输出功率随来流速度、安装角的变化曲线。研究发现,偏航角小于15°时,冲压空气涡轮的性能下降满足cos 3γ评价法则,但随着偏航角的增大,这个法则不再适用。