【作 者】李瑩;張玉瑩;柳寶磊;張晉;隋佳鑫

　　【引 言】

　　自大飛機(jī)戰(zhàn)略提出以來，涌現(xiàn)出大批新技術(shù)、新材料、新工藝，減重成為飛行器作動系統(tǒng)的重要發(fā)展方向【1】。電動靜液作動器(Electro一Hydrostatic Actuator , EHA)通過取消集中式液壓能源系統(tǒng)，集機(jī)、電、液于一體以實現(xiàn)減重目標(biāo)【2】。液壓閥塊是實現(xiàn)集成設(shè)計的集中體現(xiàn)，其各孔道與外部裝配的各種閥件相連通，以實現(xiàn)預(yù)定的流通回路，是集成式液壓系統(tǒng)中不可或缺的一部分【3】。液壓閥塊的設(shè)計主要以滿足工藝孔數(shù)量最少·流道總長度最短和體積最小為目標(biāo)【4-5】。

　　降低閥塊壓力損失對于航空液壓系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義，閥塊的設(shè)計與生產(chǎn)需要對壓力損失進(jìn)行評估。為改善流道的液流特性，國內(nèi)外眾多學(xué)者一直對流道的設(shè)計與優(yōu)化進(jìn)行研究。英國巴斯大學(xué)早在20世紀(jì)70年代就開始針對液壓閥塊內(nèi)部的流道設(shè)計進(jìn)行研究。新加坡南洋理工大學(xué)深入研究了液壓閥塊的空間布局，開發(fā)了設(shè)計軟件，為流道的設(shè)計及優(yōu)化提供了簡單方法。國內(nèi)學(xué)者也致力于流道優(yōu)化設(shè)計研究，采用Fluent等仿真軟件對傳統(tǒng)工藝成形的流道進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以實現(xiàn)減小壓損，減振降噪等目的【6-8】。最近，祝毅等【3】在研究流道的輕量化設(shè)計時提出了增材制造的新方法成形復(fù)雜曲線流道，解決了傳統(tǒng)工藝成形流道時存在的諸多問題，基于增材制造技術(shù)實現(xiàn)了閥塊的輕量化設(shè)計和流道優(yōu)化。基于增材制造不僅可以優(yōu)化流道橫截面形狀，還可以優(yōu)化流道過渡區(qū)域連接方式，甚至設(shè)計變截面變壁厚流道，為流道優(yōu)化提供了新思路。本研究僅考慮典型的平行流道之間的連接流道的可優(yōu)化性，分析流道過渡區(qū)域不同連接方式對流動特性的影響，比較其壓力損失。

　　【摘 要】器件小型化和集成化發(fā)展趨勢,對液壓閥塊設(shè)計提出了更高的要求。傳統(tǒng)工藝加工閥塊體內(nèi)部流道,不但工藝復(fù)雜難加工,而且成形的流道流動特性有待提高。新型制造工藝增材制造一體化成形的特點使其在流道加工方面表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性?；谠霾闹圃?對某一液壓集成閥塊的流道過渡區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,利用Fluent仿真,對直線過渡、圓弧過渡、B樣條曲線3種過渡方式連接的流道流動特性進(jìn)行分析,B樣條曲線過渡流道較直線過渡流道壓力損失可降低55%以上,不同圓角半徑的圓弧過渡流道較直線過渡流道壓力損失可降低28%～56%,為基于增材制造的流道設(shè)計提供了必要的支持。

　　【結(jié) 語】

　　1、流道流體流經(jīng)直角轉(zhuǎn)彎處會產(chǎn)生較大的壓力損失，在直角內(nèi)側(cè)出現(xiàn)壓力降低區(qū)域。流道流體流經(jīng)直角轉(zhuǎn)彎處，速度分布發(fā)生劇烈變化，直角內(nèi)側(cè)速度較低，外側(cè)速度較大，會產(chǎn)生渦流。直線過渡流道流動特性最差，圓弧過渡曲線和B樣條曲線過渡流道的流動特性均得以改善。且過渡圓角半徑越大，流道流動特性越好;

　　2、直線過渡流道每個直角處都有一個渦，隨著過渡圓角半徑逐漸增大，流道內(nèi)部速度流線逐漸規(guī)整平滑，B樣條曲線過渡流道的速度流線也十分流暢，基于增材制造，使用圓弧過渡曲線和B樣條曲線連接兩平行流道過渡區(qū)域流道流動特性較好;

　　3、在設(shè)置速度進(jìn)口邊界條件和壓力出口邊界條件的情況下，發(fā)現(xiàn)不同邊界條件下各種類型的流道壓力損失均隨進(jìn)口速度增加而增大，隨出口壓力增加基本保持不變;

　　4、增材制造工藝按照“鋪粉一激光燒結(jié)一基板下降一再鋪粉”的步驟循環(huán)工作逐層累加成形閥塊，設(shè)計流道時，無需受傳統(tǒng)加工工藝約束，流道設(shè)計自由度大，但應(yīng)盡量避免流道方向突變，綜合運(yùn)用B樣條曲線和大圓角半徑圓弧過渡曲線，結(jié)合空間布局因素合理設(shè)計流道過渡區(qū)域，改善流道流動特性。

　　以下是正文：