压电伺服阀

今天为大家介绍一款常见于航空应用中的阀 —— 压电伺服阀。

因为航空燃油比小编加的95#汽油贵多了，所以对航空用液压阀有两个永恒的追求：减重减重再减重，节能节能再节能。

减重即意味着要去掉非必要的材料，所以铸造成型的阀体越来不不受待见。现在通过增材制造（AM）技术打印的钛合金材质的阀体越来越受欢迎。钛合金材质的阀体可以在高压（350bar）下和较大的温差（-54℃~+150℃）下保持优异的尺寸精度。但与阀芯台阶配合的阀体边缘经常受到高速流体（可以达到100m/s以上）的冲刷，此处极易产生冲蚀磨损。现行的通用做法是插入一个耐磨损的马氏体不锈钢（440C）衬套。

好了，下面就让我们进入正题，一起瞅瞅今天的主角——压电伺服阀。

一、原理

在一个典型的单通道客机上大概有40多个伺服阀，他们作为非常重要的控制部件，主要分布在电液执行系统和燃油控制系统中。

提到阀的先导级，大家脑海中先蹦出来的是不是喷嘴挡板阀？射流管？偏转放大器？可是由于它们持续的流量损失（能耗损失），越来越不受待见。

集成了压电驱动和电气阀芯位置反馈的压电伺服阀由于其极低的泄漏量，优势明显。

为了减少泄露，先导级中使用了一个与压电弯曲环直接相连的小阀芯（Figure 1)。

Figure 1. 先导级示意图

弯曲环可以根据不同极性的加载电压而产生内凹或外凸的变形。下图为弯曲变形的效果（Figure 2）。

Figure 2. 压电弯曲环：左—变形， 右—Noliac CMBR08 通电

在这个阀里使用的是Noliac CMBR08的多层弯曲环。该环的直径为40mm， 厚度1.2mm，自由变形量±115μm，变形力范围±39N。通过弯曲环的边缘，将它固定在一个活动架上，中间再通过衬套和连杆将它与先导阀芯相连（Figure 3)。实物参考图（Figure 4）。

Figure 3. 压电伺服阀剖视图

Figure 4. 压电伺服阀实物图

浸在液压油中的弯曲环与位移传感器（LVDT）相连，检测阀芯的位移量。主阀芯的位移由另一个LVDT监测以形成一个闭环回路：集成的比例位置控制器补偿由于非线性而导致的偏差，比如压电滞后。

二、性能

如果你在怀疑压电伺服阀的响应速度，那就一起来看看下面的实测曲线（Figure 5）吧。

Figure 5. 阀的频率响应（210bar supply）

上面的频率响应曲线表明了压电伺服阀的动态响应特性，与传统类似尺寸阀的动态响应没有什么区别。

三、总结

越来越在航空领域大放异彩的压电伺服阀都有哪些优势呢？

• 借助于AM技术，更小的体积和质量；
• 更高的重复精度和可靠性：不再需要螺旋线圈类设备（力矩马达等）
• 与传统的机械反馈相比，有更好的阀芯位置控制：更精确，快速，和对环境变化的低敏感性；
• 更节能：低泄露量；

其实在咱工程机械里，应用最广的还得数喷嘴挡板阀做先导级的电液比例阀。它的优势是什么？如何工作的？设计中有哪些需要注意的？

如果小伙伴们想了解的，请在留言里告诉小编吧。