國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃
——流體傳動(dòng)與控制項(xiàng)目五：高性能微小型液壓元件關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

項(xiàng)目的重要意義：(1)引領(lǐng)液壓傳動(dòng)學(xué)科前沿發(fā)展。相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)的最大優(yōu)勢(shì)在于功率密度高，追求更高的功率密度一直是液壓傳動(dòng)學(xué)科發(fā)展的前沿方向。而微小型液壓元件最大優(yōu)勢(shì)在于功率密度高，以本項(xiàng)目擬研制的微小型高速高壓軸向柱塞泵為例，其最高轉(zhuǎn)速為23000 r/min，最高額定壓力為45 MPa，引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展。另外數(shù)字液壓技術(shù)是液壓傳動(dòng)學(xué)科的新興方向，高速開(kāi)關(guān)閥閥組離散流量的智能控制系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)，具有高冗余度(系統(tǒng)采用多閥組合形式，單閥出現(xiàn)故障后，可以在降低流量的前提下，繼續(xù)保證系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn))、高可靠性(耐污能力強(qiáng))、高系統(tǒng)效率(錐閥結(jié)構(gòu)型式理論上沒(méi)有泄漏量)、多控制自由度等顯著優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目研制的微小型高頻響開(kāi)關(guān)閥是數(shù)字液壓的核心元件，其最小流量決定系統(tǒng)流量控制分辨率，其頻響決定數(shù)字液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，對(duì)于推動(dòng)數(shù)字液壓技術(shù)發(fā)展具有重要意義。且該微小型液壓元件需要承受各種極端環(huán)境的考驗(yàn)，包括極限溫度、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)沖擊、強(qiáng)輻射、強(qiáng)熱流等極端條件，導(dǎo)致液壓元件液-固-熱多場(chǎng)耦合現(xiàn)象嚴(yán)重場(chǎng)合。項(xiàng)目提出的基于電-熱-流-固多場(chǎng)耦合的高可靠高功率密度液壓元件一體化耦合設(shè)計(jì)方法，對(duì)于促進(jìn)極端環(huán)境下的高端液壓元件研制具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值；(2)助力“大國(guó)重器”自主研發(fā)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全貢獻(xiàn)力量。本項(xiàng)目研制的微小型液壓元件緊密結(jié)合運(yùn)載火箭推力矢量控制、飛機(jī)起落架、航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器、油氣開(kāi)采智能鉆完井等系統(tǒng)需求，對(duì)保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全有重要戰(zhàn)略意義。以航天航空領(lǐng)域?yàn)槔?，微小型柱塞泵和伺服閥是推力矢量控制的核心元件。推力矢量控制可以保證在飛機(jī)作低速、大攻角機(jī)動(dòng)飛行而操縱舵面幾近失效時(shí)利用推力矢量控制技術(shù)提供的額外操縱力矩來(lái)控制飛機(jī)機(jī)動(dòng)，用推力矢量控制技術(shù)的飛機(jī)不僅其機(jī)動(dòng)性大大提高，而且還具有前所未有的短距起落能力，是實(shí)現(xiàn)第四代戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)要求的必然選擇。此外，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依托航天科技、航天科工和中船重工集團(tuán)，研制的微小型液壓元件還用于大型運(yùn)載火箭、洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈、大型艦船等國(guó)防軍工裝備舵機(jī)伺服控制，因此本項(xiàng)目研究技術(shù)成果對(duì)與我國(guó)國(guó)防安全具有重要意義。以石油裝備為例，微小型超高壓柱塞泵和高速開(kāi)關(guān)閥是實(shí)現(xiàn)石油智能鉆探與開(kāi)采的核心元件。石油是現(xiàn)代工業(yè)的血液，基于微型電動(dòng)液壓模塊的垂鉆導(dǎo)向一體化工具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、RFID 智能壓裂測(cè)試滑套等技術(shù)代表智能鉆完井技術(shù)的前沿方向，可以延長(zhǎng)油氣井壽命、提高油氣井的采收率，提高油氣田的總體開(kāi)發(fā)效益，對(duì)我經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要價(jià)值；(3)滿足主機(jī)裝備日益嚴(yán)苛的節(jié)能減排需求。效率低是液壓傳動(dòng)的最大缺點(diǎn)，配套主機(jī)裝備日益嚴(yán)苛的節(jié)能減排需求是推動(dòng)液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。本?xiàng)目提出的旋轉(zhuǎn)直驅(qū)伺服閥結(jié)構(gòu)，可消除傳動(dòng)射流管式和噴嘴擋板式伺服閥的零位泄漏、而高速開(kāi)關(guān)閥可以最大限度降低閥口節(jié)流效應(yīng)，顯著提高閥控系統(tǒng)。提出針對(duì)高速軸向柱塞泵提出的降低攪拌損失的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，以及降低摩擦副承載界面摩擦力的改形改性工藝，預(yù)期可以提高柱塞泵機(jī)械效率 5%以上。此外，高轉(zhuǎn)速小排量軸向柱塞泵作為電靜液驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器(EHA)的核心部件，其寬轉(zhuǎn)速范圍的變頻調(diào)速泵控技術(shù)可顯著提高分布式液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率指標(biāo)。因此本項(xiàng)目研究技術(shù)對(duì)于滿足主機(jī)裝備日益嚴(yán)苛的節(jié)能減排需求具有重要意義，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展基本國(guó)策。