当前，从“科学”到“技术”到“市场”演进周期大为缩短、各研发阶段边界模糊，技术更新和成果转化更加快捷。为适应这一新技术革命和产业变革的特征，将原来的国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划、国际科技合作与交流专项、产业技术研究与开发基金和公益性行业科研专项进行整合而成为新设立的国家重点研发计划。

该计划着力改变现有科技计划按不同研发阶段设置和部署的做法，按照基础前沿、重大共性关键技术到应用示范进行全链条设计，一体化组织实施。是针对事关国计民生的重大社会公益性研究，以及事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的战略性、基础性、前瞻性重大科学问题、重大共性关键技术和产品，为国民经济和社会发展主要领域提供持续性的支撑和引领。

流体传动与控制是机械传动中的重要分支，其技术水平对我国的先进制造装备、航空航天、工程机械等国民经济支柱行业的水平。目前我国在流体传统领域的基础技术水平和关键基础件方面离国际先进水平都还有较大差距，造成我国很多关键装备都大量采用进口原件及系统，面临着卡脖子的风险。针对该问题，国家重点研发计划近两年发布了一批针对流体传动与控制中原件和系统的指南，支持该方向的高校、研究所和企业开展基础性、重大共性关键技术和产品研究，助推流体传动与控制领域的加速发展。本文将系列报道近两年流体传动与控制领域的重点研发计划获批的项目。

高端液压元件是我国装备制造业发展的锁喉之痛。航天火箭推力矢量控制系统、航空飞机作动系统及发动机燃油调节器、油气开采智能钻完井等高端装备，追求强振动、强冲击、强热等极端环境与微小空间内驱动系统的高功率密度、高动态、高可靠等极限指标，推动液压元件向微小型方向发展，泵排量≤5ml/r，阀流量≤5L/min。目前，伊顿、派克、穆格、伍德沃德、Lee、斯图曼等欧美企业分别在微小型轴向柱塞泵、微小型伺服阀、微小型高速开关阀等方向处于国际垄断地位，而我国相关研究起步较晚，且微小型液压元件的军工背景导致其严格禁运，加剧了我国与欧美国家在航空航天、石油装备等领域的差距。因此亟需自主研制以微小型高速高压轴向柱塞泵、微小型旋转直驱伺服阀、微小型高速开关阀为代表的高性能液压元件，保障我国经济和国防安全。为此，国家将“高性能微小型液压元件关键技术研究及应用”列入了2019年 “制造基础技术与关键部件” 重点研发计划指南。经过几轮竞争，四川航天烽火伺服控制技术有限公司牵头组织的申报团队获得立项批复，项目总经费2791万元，其中中央财政经费1291万元。

本项目拟解决的关键技术主要包括：1、针对微小型高速高压轴向柱塞泵，重点解决高速动不平衡转子系统稳定性增强、高速搅油能耗抑制、高承载摩擦副设计制造等关键技术；2、针对微小型旋转直驱伺服阀，重点解决恒转矩高功重比直驱电机、低刚度补偿与非线性纠偏高精度流量控制、顺应性自平衡低阻力结构设计等关键技术；3、针对微小型高速开关阀，重点解决小尺寸高频响开关驱动、高通流微小阀口设计、耐高频撞击阀口制造工艺等关键技术。拟解决现阶段国内液压核心元件所存在的“4+4”关键目标，满足我国航空航天和石油装备等大国重器的急迫需求。

图1 液压核心元件的“4+4”关键目标

针对以上目标，本项目设置四个课题，课题牵头单位分别是本领域优势企业，包括北京精密机电控制设备研究所、江苏金陵智造研究院有限公司、四川航天神坤科技有限公司及四川航天烽火伺服控制技术有限公司。此外，项目参与单位包括浙江大学、厦门大学、同济大学、上海衡拓液压控制技术有限公司、福州大学及中石化胜利石油工程有限公司等国内重点高校和本领域重点企业。

项目主牵头单位四川航天烽火伺服控制技术有限公司是我国航天伺服系统及其核心元件研制与应用企业，集研发、设计、测试、生产于一体的行业领军企业。当前，四川航天烽火伺服控制技术有限公司所涉及到的各类型伺服系统及核心元件，占据国内航空航天、武器装备、战略/战术导弹、石油装备，工业机器人等行业70%以上的业务，实现了航空航天、战略/战术导弹、地面战术武器三大主要应用领域的全覆盖。同时，具备强大的液压伺服系统配套能力，具有高低温试验、温度变化/温度循环试验、交变湿热试验、温度冲击试验、低气压试验、盐雾试验、振动及冲击试验和加速度等试验项目。

图2 四川航天烽火伺服控制技术有限公司研究基础

本项目预计的应用重点围绕航天航空和石油装备的苛刻技术需求，拟在微小型高速高压轴向柱塞泵、微小型旋转直驱伺服阀、微小型高速开关阀等关键微小型液压元件的设计方法、加工制造工艺、测试技术等方面取得突破，在科学价值、社会、经济、生态效益等方面有重要意义。

（1）引领液压传动学科前沿发展

相对于机械传动和电气传动，液压传动的最大优势在于功率密度高，追求更高的功率密度一直是液压传动学科发展的前沿方向。而微小型液压元件最大优势在于功率密度高，以本项目拟研制的微小型高速高压轴向柱塞泵为例，其最高转速为23000r/min，最高额定压力为45MPa，引领学科发展。

另外数字液压技术是液压传动学科的新兴方向，高速开关阀阀组离散流量的智能控制系统相对于传统液压系统，具有高冗余度（系统采用多阀组合形式，单阀出现故障后，可以在降低流量的前提下，继续保证系统的功能实现）、高可靠性（耐污能力强）、高系统效率（锥阀结构型式理论上没有泄漏量）、多控制自由度等显著优点。本项目研制的微小型高频响开关阀是数字液压的核心元件，其最小流量决定系统流量控制分辨率，其频响决定数字液压系统动态特性，对于推动数字液压技术发展具有重要意义。且该微小型液压元件需要承受各种极端环境的考验，包括极限温度、强振动、强冲击、强辐射、强热流等极端条件，导致液压元件液-固-热多场耦合现象严重场合。项目提出的基于电-热-流-固多场耦合的高可靠高功率密度液压元件一体化耦合设计方法，对于促进极端环境下的高端液压元件研制具有重要学术价值。

（2）助力“大国重器”自主研发，为我国经济发展和国防安全贡献力量

本项目研制的微小型液压元件紧密结合运载火箭推力矢量控制、飞机起落架、航空发动机燃油调节器、油气开采智能钻完井等系统需求，对保障我国经济发展和国防安全有重要战略意义。

以航天航空领域为例，微小型柱塞泵和伺服阀是推力矢量控制的核心元件。推力矢量控制可以保证在飞机作低速、大攻角机动飞行而操纵舵面几近失效时利用推力矢量控制技术提供的额外操纵力矩来控制飞机机动，用推力矢量控制技术的飞机不仅其机动性大大提高，而且还具有前所未有的短距起落能力，是实现第四代战斗机战术、技术要求的必然选择。此外，本项目团队依托航天科技、航天科工和中船重工集团，研制的微小型液压元件还用于大型运载火箭、洲际战略导弹、大型舰船等国防军工装备舵机伺服控制，因此本项目研究技术成果对与我国国防安全具有重要意义。

以石油装备为例，微小型超高压柱塞泵和高速开关阀是实现石油智能钻探与开采的核心元件。石油是现代工业的血液，基于微型电动液压模块的垂钻导向一体化工具、旋转导向钻井系统、RFID 智能压裂测试滑套等技术代表智能钻完井技术的前沿方向，可以延长油气井寿命、提高油气井的采收率，提高油气田的总体开发效益，对我经济建设具有重要价值。

（3）满足主机装备日益严苛的节能减排需求

效率低是液压传动的最大缺点，配套主机装备日益严苛的节能减排需求是推动液压传动技术发展的重要动力。本项目提出的旋转直驱伺服阀结构，可消除传动射流管式和喷嘴挡板式伺服阀的零位泄漏、而高速开关阀可以最大限度降低阀口节流效应，显著提高阀控系统。提出针对高速轴向柱塞泵提出的降低搅拌损失的创新结构，以及降低摩擦副承载界面摩擦力的改形改性工艺，预期可以提高柱塞泵机械效率 5%以上。此外，高转速小排量轴向柱塞泵作为电静液驱动执行器（EHA）的核心部件，其宽转速范围的变频调速泵控技术可显著提高分布式液压驱动系统效率指标。因此本项目研究技术对于满足主机装备日益严苛的节能减排需求具有重要意义，符合我国可持续发展基本国策。