基于Ansoft Maxwell 的电磁阀响应性能优化设计

庞末红,冯相霖

（北京航天动力研究所，北京，100076）

0 引 言

空间飞行器上的姿轨控动力系统，在工作过程中需要多次开机、关机及连续脉冲工作，因此电磁阀作为开关执行元件被广泛应用于其流体控制系统中[1]，为了实现发动机的脉冲工作，电磁阀的开关响应时间必须小于发动机的脉冲工作时间[2]。

目前，利用传统的经验公式计算电磁阀的打开响应时间计算较为精确，对电磁阀的关闭响应时间计算不够准确，经过对相同结构电磁阀响应时间的试验验证，Ansoft Maxwell 软件对于电磁阀的开关响应时间计算均较为精确。因此在某型号动力系统轨控发动机电磁阀设计之初，利用Ansoft Maxwell 软件对电磁阀的开关响应时间进行仿真计算，通过改变电磁阀的结构尺寸和电磁参数进行变参数化设计，得到电磁阀的开关响应时间，使其满足动力系统的设计要求，实现发动机脉冲工作。利用Ansoft Maxwell 软件的变参数化设计，缩短了电磁阀的研制周期，降低了研制成本，提高了工作效率。Ansoft Maxwell[3]软件以麦克斯韦微分方程为理论基础，采用有限元离散方法，把电磁场的计算转化成庞大的矩阵来求解，计算得到衔铁动作时间、电感和电磁力等物理量，还能以矢量图和云图的形式绘制电场强度、标量电位、磁通密度、磁力线和能量等物理量的分布结果。

1 电磁阀的结构及工作原理

利用传统的设计方法得到的电磁阀的结构如图1所示，结构简单紧凑，主要包括线圈组件、衔铁、阀座和弹簧，电磁铁的结构形式为螺线管式，利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来控制机械结构运动。……