[发明专利]耦合高频碰撞与流体冲击的高速开关阀模拟声场建模方法

说明书

本发明涉及一种耦合高频碰撞与流体冲击的高速开关阀模拟声场建模方法，包括：S1：通过高速开关阀电磁、液、固物理场耦合建模，获取阀芯与阀座、动衔铁与铁芯的高频碰撞激振源数据与耦合阀体内壁面受到的压力冲击和空化冲击的流体冲击激振源数据；S2：以高频碰撞与流体冲击激振源数据为输入，分析振动传递路径，进行高速开关阀瞬态振动响应建模，获取高速开关阀壳体表面振动响应数据；S3：借助壳体表面振动响应数据，通过瞬态边界元法，完成高速开关阀声场建模，获取高速开关阀声场数据。该方法准确实现高速开关阀电磁、液、固物理场耦合建模，全面获取并耦合了流体与机械激振源，快速且精准预测高速开关阀的声场数据，缩短高速开关阀的研发周期。

技术领域

本发明涉及一种耦合高频碰撞与流体冲击的高速开关阀模拟声场建模方法。

背景技术

微秒级高速开关阀具有响应速度快、控制精度高等特点，广泛应用于航天航空等重要领域。其工作原理是通过电磁铁激励动衔铁，动衔铁、弹簧等部件与压力油共同作用于阀芯，使之产生高频换向动作，实现阀口交替通、断，进而达到精准控制燃油流量的目的。然而高频换向导致油液动能的瞬间变化，势必会引发强烈的压力冲击和空化冲击；并且阀芯与动衔铁的高频换向需要通过阀芯与阀座、动衔铁与铁芯碰撞实现动能的瞬间耗散。由此引发的流体冲击激振源和高频碰撞激振源将传递到壳体，引发强烈振动噪声。

高速开关阀的振动噪声是影响其性能的重要参数。在研发阶段，设计人员必须对其振动噪声进行精准预测。然而，目前国内外对于阀体振动噪声的研究局限于：

(1)仅分析阀口开度保持一定时、由于压力冲击、气蚀、空化等流体冲击激振源引发的振动噪声；

(2)缺少适合于高速开关阀阀芯等运动部件高频换向运动特点所引发的流体冲击激振源的建模方法；

(3)缺少适合于高速开关阀阀芯与阀体、动衔铁与铁芯高频碰撞产生的高频碰撞激振源的建模方法；

(4)缺少耦合流体冲击激振源与高频碰撞激振源的高速开关阀模拟声场的建模方法。

发明内容

本发明的目的在于避免和解决上述技术问题，提供一种耦合高频碰撞与流体冲击的高速开关阀模拟声场建模方法，能准确实现高速开关阀电磁、液、固物理场耦合建模，全面获取并耦合流体与机械激振源，快速且精准预测高速开关阀的声场数据，缩短高速开关阀的研发周期。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种耦合高频碰撞与流体冲击的高速开关阀模拟声场建模方法，包括如下步骤：

步骤S1、通过建立高速开关阀的电磁、流、固耦合模型，获取阀芯与阀座、动衔铁与铁芯的高频碰撞激振源数据以及耦合阀体内壁面受到的压力冲击和空化冲击的流体冲击激振源数据；

步骤S2、以高频碰撞激振源数据与流体冲击激振源数据为输入，并分析振动传递路径，获取振动传递至高速开关阀壳体并引发高速开关阀壳体表面振动响应特性数据；

步骤S3、以高速开关阀壳体表面振动响应特性数据为输入，通过瞬态边界元法，获取高速开关阀声场辐射模型数据。

在本发明一实施例中，所述步骤S1具体实现如下：

S11、借助瞬态流场分析软件，依据高速开关阀运动特点，建立瞬态流场模型，拟合高速开关阀中运动部件在瞬态流场分析中的动力学函数；

S12、依托动力学函数，获取高速开关阀由于阀口高频关闭与开启引发的流体冲击激振源数据和高速开关阀中运动部件惯性力数据；

S13、借助刚体动力学分析软件，将运动部件惯性力数据导入刚体动力学模型，获取高频碰撞激振源力学特性数据。

在本发明一实施例中，所述步骤S11具体实现如下：