电液伺服阀作为电液伺服控制系统的关键元件,其性能影响整个系统的控制精度以及响应速度。其中,射流管伺服阀具有抗污染能力强、低压工作性能稳定等优点。但是由于前置级结构的特殊性,前置级流场内存在自由紊动射流、冲击射流、分离流、流量饱和等,它们本身具有强烈的不稳定性和瞬时性,对射流管伺服阀的工作性能影响较大,因此,深入展开前置级流场特性、涡致现象等研究,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文针对射流管伺服阀的前置级流场特性、空化现象、拟序结构和结构优化展开研究,论文主要工作如下:(1)根据喷嘴射流及接收区域的结构,将大涡模拟方法与雷诺平均RNG模型计算得到的结果进行了比对,得出了大涡模拟更能有效描述前置级流场的整体宏观流动以及局部小尺度涡团的随机脉动;基于大涡模拟和多相流相结合的方法对前置级三维流场进行了仿真分析,对不同工况和不同喷嘴结构下流场中的空化分布及其形态演变规律进行了分析;进而定量分析了流场局部空化分数脉动、面平均空化分数脉动,研究了二者均值、幅值、峰值频率等参数随入口压力的变化规律;研究了瞬态空化现象对其谐振频率的影响;通过研究前置级流场出入口压力和劈尖对空化的影响,提出了抑制空化现象的有效措施。(2)基于大涡模拟仿真结果,利用本征正交分解方法,对不同工况下的前置级流场进行了模态分析,提出了模态截断方法将流场分解为平均流场、拟序流场和湍流流场。基于前置级流场的各模态信息,有效地捕捉了流场中的拟序结构,分析了不同工况下拟序结构的特性;通过分析接收器入口处漩涡的速度场分布,得出此漩涡为Lamb-Oseen涡,且存在于第一模态;探讨分析了特征模态及其系数,进一步揭示了边界条件对大尺度漩涡结构时空特性的影响;通过模态能量分析,提出了提高前置级流场稳定性的方法。(3)基于三维紊动射流的理论,得出不同喷嘴形状下射流核心区和混合区特性,建立射流与接收孔的重叠面积公式。然后根据能量守恒定理和动量守恒定理建立了前置级流场的数学模型,对其压力特性和流量特性进行了仿真分析。采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对前置级流场进行结构优化。以恢复压力和恢复流量为目标函数,结合NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标寻优,在此基础上,对多目标遗传算法得到的Pareto最优解集进行方案比选,得到了前置级流场的最优结构。(4)结合电液伺服阀性能测试的原理和方法,进行了射流管伺服阀特性试验。基于射流管伺服阀特性试验系统,采用高频动态压力传感器对前置级流场内的压力进行监测,并对其进行了时域和频域分析,验证了仿真分析结果。