射流管电液伺服阀的前置级是射流放大器。与喷嘴挡板阀相比，它具有优异的抗污染能力，广泛应用于航空、船舶等领域。由于射流场复杂，射流管电液伺服阀的理论分析不成熟，需要依靠大量的试验进行设计和改进，装配调试技术要求高，成本高。因此，在模拟技术的帮助下，提前研究和分析其各方面的性能具有重要意义。
本文以射流管式两级电液伺服阀(以下简称射流管阀)为原型进行模拟。
图1 射流管阀结构图
如图1所示，射流管阀主要由扭矩电机、凝聚力、射流管、喷嘴、接收器、反馈杆、阀芯、过滤器等组成。其工作原理如下：
线圈通电后，由扭矩电机驱动的由扭矩电机驱动。液压油通过过滤器过滤，通过柔性供压管进入射流管，从射流管喷嘴喷出的液压油进入与阀芯两端控制腔相连的接收器的两个接收孔，促进阀芯的移动。反馈杆安装在射流管的一侧，反馈杆与阀芯的连接构成了扭矩电机的力反馈。
射流放大器由射流管喷嘴和接收装置组成，是射流管阀的先导级。当高压油通过射流管喷嘴时，压力能转化为动能，油高速喷入两个接收孔，通过细管进入阀芯左右腔。由于阀芯的阻塞，油的动能立即转化为阀芯两端的压力能。
图2 射流放大器接收面积模型
如图2所示。其中，中间圆面积为喷嘴面积，左右圆面积为两个接收孔面积，接收器尖劈长度为2L。当喷嘴逆时针旋转时，喷嘴向右偏离中立位置xj，喷嘴与左接收孔的重叠面积f1.与右侧接收孔的重叠面积为f2.未重叠面积为f3。喷嘴位移为xj，接收孔和喷嘴的有效覆盖面积可通过推导分别获得f1和f2。
图3 射流放大器结构示意图
结合图2和图3，分析射流放大器中流体的流动过程。其中，截面S为供油截面，供油压力为Ps，供油速度为Vs；截面i是油速最大的截面，压力最大Pi，油液速度为vi；截面R是接收器左右接收孔压力恢复截面，此时左右接收孔恢复压力分别为P1、P2.压力恢复截面的平均油速为v1、v2。无论射流管和接收器的压力损失如何，射流管阀前端区域的流体流动过程分为两个阶段：第一阶段是液压油从S截面流向I截面；第二阶段是液压油从I截面流向R截面。与此同时，伯努利方程满足了两个阶段的流体。
根据上述分析，结合具体的数学公式进行推导如图4所示，建立射流管放大器压力模型并进行模拟验证。
图4 模拟验证射流放大器
输入压力为21MPa，接收孔半径左右，喷嘴半径0.15mm，尖劈长度为0mm，喷嘴位移范围为-0.15mm~0.15mm。模拟结果如图5所示，得到左右接收孔的压力恢复和压差。可以看出，左右接收孔的压力随喷嘴位移对称分布，符合射流放大器的工作原理。
图5 射流放大器接收孔恢复压强及压差
利用MWORKS.Sysplorer对上述射流放大器模型中的液压组件库、液压组件库、电磁库和射流管阀进行模拟。
主要用于航空、船舶、工程机械等领域液压系统的设计、仿真和优化：
1.液压组件库：包括泵源、执行机构、液压阀、液压油、液压附件等模型。用户可根据相关领域的液压系统原理图构建模拟模型，进行系统级模型的模拟优化验证。
2.液压元件库：包括活塞、滑动阀芯、锥阀芯、喷嘴挡板阀芯、控制体积等模型。用户可根据液压柱塞泵、溢流阀、换向阀等液压部件的物理拓扑结构，建立零件级设计验证和液压系统详细设计验证的结构化液压部件模型。
3.电磁库：包括磁体、线圈、磁元件、传感器等模型。用户可根据需要建立结构化的电磁部件模型，用于部件级设计验证和电磁系统的详细设计验证。
根据上述原理，建立射流管阀仿真模型：
图6 模拟射流管阀
将射流管阀的实际参数值(如表1所示)输入相应的参数面板，完成模型的构建。
表1 力矩马达和衔铁反馈杆主要参数
图7 射流放大器参数设置面板
图8 滑阀控制室初始压力腔设置面板
根据射流管阀的工作原理，凝聚力反馈杆的旋转阻尼系数对阀芯左右控制腔的恢复压力、喷嘴偏转角度和阀芯位移的动态特性有很大影响。因此，选择合适的旋转阻尼系数对射流管阀的正常工作至关重要。
以上述射流管阀模型为例，输入压力为21MP，阶跃电流为15mA，此外，当阀门处于空载状态，并且每个组件的参数保持不变时，对系统进行模拟，凝聚力反馈杆的旋转阻尼系数（单位）(Nm/(rev/min)))分别选取为0.0001、0.001、0.005，从而分析不同旋转阻尼系数对阀芯左右控制腔恢复压力、喷嘴偏转角度和阀芯位移的影响。
图9 不同旋转阻尼系数下的阀芯左右控制腔恢复压力
由图9可以看出，当旋转阻尼系数较小时，阀芯左右控制腔恢复压力响应较慢且振荡幅度较大，达到稳定所需时间较长；当旋转阻尼系数较大时，阀芯左右控制腔恢复压力响应较快，不存在振荡现象，可以更快达到稳定状态。
图10 喷嘴在不同旋转阻尼系数下的偏转角度
从图10可以看出，当旋转阻尼系数较小时，喷嘴偏转角响应较快，振幅波动较大，处于欠阻尼状态；当旋转阻尼系数较大时，喷嘴偏转角响应缓慢，无振荡，可以更快地达到稳定状态。
图11 阀芯在不同旋转阻尼系数下的位移
图12 阀空载流量在不同旋转阻尼系数下
从图11和图12可以看出，随着旋转阻尼系数的增加，阀芯位移的响应速度逐渐减慢，阀空载流量响应与阀芯位移一致。
从上述模拟结果可以看出，不同的凝聚力反馈杆旋转阻尼系数会影响阀芯左右控制腔的稳定性和快速性，并帮助选择合适的旋转阻尼系数。
基于MWORKS.Sysplorer分析了油介质属性变化对射流管阀输出流量和输出压力的影响。.1.当工况一致，各部件参数保持不变时，更改油介质牌号，获得的空载流量和输出压力如下图所示。
图3 不同油液介质下的空载流量
图14 不同油液介质下的输出压力
从图13、图14可以看出，在油液介质选取不同的情况下，空载流量与输出压力存在差异，因此在模型建立的过程中用户可根据实际情况选取特定的油液介质。
本文基于Modelica语言建立的射流管阀模型融合了电磁、液压、控制等多个领域，按照射流管阀物理拓扑结构建立的模型符合射流管阀基本原理，与阀的实际情况更加贴近。文中分别对不同旋转阻尼系数、不同油液介质下的射流管阀模型进行了仿真分析，为射流管阀仿真模拟提供了新的思路。此外，用户可利用MWORKS.Sysplorer软件丰富的模型库和工具箱进一步对射流管阀的其它性能有针对性地进行分析与优化。
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