2026年3月,在湖北武汉举行的“第十四届流体传动与控制学术会议”上,航空机载机电系统与飞行控制系统研究专家焦宗夏院士受邀发表了一场精彩的报告,题为《航空机载机电系统未来发展探讨》。报告从飞机组成和机载系统定位切入,说明机电系统在飞机能量流、执行与保障中的核心作用;随后围绕高温高压液压、多电化和智能化三条技术主线,分析下一代航空装备对功率密度、可靠性、维护性和智能控制能力提出的新要求;最后从“能源-信息-控制”融合角度,对绿色化、无人化、集群化和极端环境下机载系统的发展方向作出展望。本文是根据焦宗夏院士演讲内容整理。

经桡动脉介入术后,穿刺点出血量难以实时监测,且传统止血依赖经验,压迫力度难以量化,并发症感知滞后且难以兼顾患者舒适度。为解决上述问题,设计了一种基于多源信息融合的智能气动桡动脉止血器。系统以囊内压力传感器构建基础压力反馈回路,并通过气泵与电磁阀实现精确气动调控;同时融合生物电阻抗、光电容积及皮肤电活动传感,分别用于实时量化渗血情况、监测远端灌注以及评估患者疼痛应激水平,从而形成兼顾止血安全性、远端供血与舒适度的智能闭环调节策略。试验表明,该装置在保证止血可靠性的同时,能够实现压力精确调控与多源信号采集,从而提升患者舒适度、降低并发症风险,为介入术后实现智能化、多目标协同的止血管理提供了可行方案。   

针对重型商用车齿轮变速箱因油液润滑不良与散热不足导致传动性能下降的问题,基于CFD数值模拟与流动可视化试验交互式研究手段,设计了一种基于空间约束与泵吸效应的导油护罩;分析其对流场结构的调控机理及不同转速下斜齿轮啮合处高热源区域强制润滑散热效能。结果表明:导油护罩实现了油液的定向调控,有效解决了高速工况下的贫油问题,主、从动斜齿轮啮合区的油液体积分数较无护罩工况分别提升约417%和367%;护罩通过物理空间约束抑制了油液无序飞溅,使全转速范围内系统搅油扭矩最大降低17.5%,有效降低了动力损耗;导油护罩强化了高热源区域的强制对流换热,主、从动斜齿轮平均对流换热系数分别提升41.8%和24.1%。导油护罩在优化油液空间分布及润滑散热效能方面的有效性得到证实,为改善传动系统热平衡提供了技术参考。   

比例溢流阀作为液压系统中流体控制的核心元件,在液压系统动态调节中发挥着重要作用。深入研究其压降特性并对其优化,对于提升系统控制精度与能效具有重要意义。以某型比例溢流阀为研究对象,利用AMESim构建该比例溢流阀的仿真模型,研究其压降特性,并提出一种基于试验设计与响应面法的多参数协同优化分析方法,实现比例溢流阀阀口压降与动态响应特性的平衡调控。研究结果表明:阻尼孔径是影响压降的主导因素,其直径从0.5 mm减至0.2 mm时,最小压降可降低39.8%,而最大压降变化微弱;响应面模型验证显示,半锥角与弹簧刚度对压降的敏感性较低。该方法有效解决了传统设计中“低压降”与“快响应”的矛盾,为高性能比例溢流阀的开发提供了理论依据。

电动高压空气减压阀是高压气动系统中的关键调压元件,其控制精度和动态响应性能直接影响系统的安全性与稳定性。针对高压工况下空气物性偏离理想气体、减压阀压力调节非线性强以及PID控制难以兼顾宽出口压力范围性能的问题,建立电动高压空气减压阀真实气体数学模型,并引入模糊PID压力控制策略。基于Simulink平台,对出口压力为5、15、25 MPa条件下的动态响应特性进行了仿真分析,并与传统PID控制方法进行了对比。仿真结果表明,相较于传统PID控制,模糊PID控制在不同出口压力条件下具有较短的响应时间,且在低压条件下能够有效抑制超调。在进口压力为40 MPa条件下开展了调压试验,试验结果与仿真结果变化趋势一致,表明基于真实气体模型的模糊PID控制策略在0～25 MPa出口压力范围内具有良好的动态调节性能。   

针对某型双控式液压凿岩机研制样机试验测试中一级缓冲腔压力随冲击过程出现超压的问题,建立了凿岩机缓冲系统的数学模型及对应的AMESim图形化仿真模型,根据实际测量的缓冲结构参数,利用仿真手段复现了这一故障现象。分析发现,一级缓冲腔回油孔加工误差引起回油节流孔预开口过流面积变小,使得缓冲腔蓄能器气体弹簧刚度变大,缓冲活塞缓冲行为演变为硬弹簧、高阻尼及短行程的工作特性,是引起故障的原因。讨论了回油孔道轴向定位误差及孔道角度定位误差对气体弹簧刚度及一级缓冲腔压力的影响规律,发现轴向定位误差的影响更为敏感。从实际工艺方便性及经济性出发,建议回油孔道轴向定位及角度定位允差分别为±0.2 mm与±1°。

为研究螺旋弹簧特性对弹簧蓄能密封圈在常温和低温低压工况下密封性能的影响,建立了弹簧蓄能密封圈的三维循环对称结构有限元模型,系统研究了弹簧有无、安装过盈量、弹簧结构刚度、安装位置及弹簧材料对密封圈在20 ℃和-100 ℃低压工况下密封性能的影响。结果表明:蓄能弹簧对低压尤其是零压工况下的密封起关键作用,20 ℃零压下有弹簧时内唇最大接触应力约为11 MPa,无弹簧时仅为2.1 MPa;-100 ℃下无弹簧时外唇接触应力降至0.4 MPa导致密封失效,有弹簧时保持在1.1 MPa仍可维持有效密封。安装过盈量对接触力有显著影响,弹簧刚度越大可选过盈量范围越宽。两种安装形式对密封性能无显著影响。随径向刚度增大,聚四氟乙烯护套唇口接触应力均呈增大趋势。在-100 ℃、0.1 MPa工况下,3J21弹性合金弹簧的内、外唇接触应力分别比304不锈钢弹簧提高约67%和134%,对外侧密封面的泄漏抑制作用尤为显著。   

配流副是柱塞泵中接触面积最大的关键摩擦副,其性能直接影响整泵的效率、寿命及可靠性。在泵运行过程中,配流副不仅承受着高速摩擦和高压载荷,还要承受相对运动时周期性的冲击,易引发磨损和发热问题。类金刚石薄膜作为一种具有优异的润滑性能和高化学稳定性的材料,在柱塞泵这种复杂工况参数复合液体工作介质的环境下具有巨大的应用潜力。针对柱塞泵配流副常用的Cr12MoV材料,首先进行了表面氮化、淬硬和调质处理,并在其表面沉积了两种类金刚石薄膜,研究了其各项性能与在15号液压油环境下的摩擦学行为。结果表明,类金刚石薄膜在液压油中有着良好的润湿性;润滑类金刚石薄膜对三种基底均具有良好的适配性,随着薄膜硬度的提高,摩擦系数相比于基底材料没有明显放大,磨损率降低了98%以上;耐磨类金刚石薄膜由于过高的硬度会加剧配副的磨损,但在表面氮化处理基底上的适配性表现突出。   

民机内部广泛分布着各种管路,管路安装间隙的确定对于民机内部空间高效利用和安全都至关重要。研究典型的两端固定直管管路,根据“两端固定梁”理论分析振动幅值,得到管路表面应变分布规律。搭建管路振动幅值测量装置,通过应变片测量振幅。构建管路流固耦合模型,并与理论计算、试验测量结果对比分析。结果表明:理论分析、仿真、试验测量三者趋势吻合,验证了基于两端固定梁理论的振动幅值分析方法的有效性,可作为管路振动幅值预测及工程参数拟合的理论依据。该振动幅值研究方法有助于探索液压管路安装间隙的参数边界,确定工艺窗口。   

电液伺服驱动系统通过伺服阀控制液压马达实现高精度驱动,其运动平稳性直接决定了系统的控制精度与可靠性。然而受非线性因素影响,系统时有抖动现象发生,导致定位精度劣化与控制品质下降,严重制约装备性能发挥与使用寿命。为揭示抖动机理并寻求有效抑制策略,建立了包含伺服阀、液压马达的线性化系统模型,并基于描述函数法对死区、间隙、饱和等非线性环节展开抖动机理溯源分析。结果表明间隙环节是导致抖动发生的关键诱因,进而开发出基于描述函数模型的逆补偿器,通过间隙逆模型前馈补偿实现对间隙非线性的主动抑制。仿真结果表明,基于间隙逆模型前馈补偿的闭环控制方法可显著消除极限环振荡现象,系统驱动平稳性与控制精度得到提升。   

针对电液伺服系统强非线性,以及参数摄动与位置干扰带来的跟踪精度下降和稳定性劣化问题,其位置、速度、加速度等均需被严格约束,以确保系统安全运行,提出一种基于子系统误差约束时变正切障碍李雅普诺夫函数与分数阶反步自适应控制的复合控制解决方法。根据系统动力学方程设计分数阶控制律,并依据带有自适应部分的时变障碍李雅普诺夫理论验证稳定性。由仿真分析可知,该方法使得平均位移跟踪误差比分数阶PID降低了94.8%~99.7%、比分数阶反步控制降低了40.9%~87.6%、比分数阶滑模控制降低了79.7%~96.1%。同时该方法相比于分数阶反步滑模控制,有效地抑制了幅值过冲和抖振,并提高了控制器的鲁棒性。