绿色化和多电化是未来国际航空工业发展的重要方向，新一代航空器的关键飞控舵面驱动方式正由传统液压作动器向电静液作动器（Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）转变。作为EHA的核心动力与控制组件，伺服电机泵（Servo-Motor-Pump，SMP）的性能直接决定了作动系统的输出上限。本文以某新型航空伺服电机泵的关键摩擦副——缸体/配流副为研究对象，针对其在宽转速（0~20000 r/min）和宽压力（0~35 MPa）工况下的油膜承载特性开展系统研究。通过将Reynolds流体润滑理论与Hertz接触理论相结合，建立了摩擦界面的边界/混合摩擦模型；依据三组不同配对材料的摩擦特性试验结果，对粘性摩擦和接触摩擦的分配系数进行了修正，使模型仿真精度达到合同要求的85%；利用修正后的模型完成了不同工况下的仿真计算，揭示了油膜支承力随转速和压力的动态变化规律。研究结果表明：在0~8 MPa的低压区，缸体倾覆行为对支承力影响不显著，支承力与压力呈线性递增关系；界面支承力与转速呈负相关，且随着缸体倾角增大，转速对支承力的影响程度加剧。本文提出的基于配对材料摩擦试验修正的建模方法，为航空EHA核心组件的结构优化设计提供了理论指导。
一、电静液作动器发展趋势及研究现状
1.1 研究背景与意义
航空运输业近些年来呈现出蓬勃发展的态势，碳排放量随之进一步增加。为应对全球气候变化的挑战，减少航空业碳排放已成为国际社会的共同目标。在此背景下，“多电飞机”（More Electric Aircraft，MEA）的概念应运而生，其核心思想是以电能逐步替代传统飞机中的液压能、气压能和机械能，实现飞机二次能源系统的统一管理和高效利用。
在飞机飞控作动系统领域，多电化变革尤为显著。传统的液压作动器依赖集中式液压源供能，存在液压管路复杂、重量大、维护成本高、易泄漏等问题。为克服这些固有缺陷，电能驱动的电静液作动器和机电作动器（Electro-Mechanical Actuator，EMA）逐步成为新一代飞控系统的核心技术方案。其中，EHA采用局部液压供能方案，利用电能驱动电机—泵组件，既保留了传统液压作动器输出力大、承载能力强的优势，又克服了集中式液压系统的诸多弊端。目前，EHA技术已成功应用于空客A380客机和美国F-35战斗机的主飞控系统中，标志着这一技术从实验室走向工程实用的关键跨越。
作为EHA的能源供给和控制核心组件，伺服电机泵兼具动力输出与伺服控制的双重功能，其性能直接决定EHA系统的极限输出性能。早期的电机泵由分立的异步电机和液压柱塞泵产品组合而成，结构松散、功率密度低。为满足航空领域对高功率密度的严苛需求，集成电机泵（Integrated Motor Pump, IMP）的概念应运而生，先后出现了轴向集成、共转子集成等结构形式，将电机与液压泵的组件高度融合为一体。然而，国内外针对这种高度集成化的新型产品的探索仍十分匮乏，对其工作机理的研究亟须深入开展。
伺服电机泵内部包含多个摩擦副，其中缸体/配流副界面是最大的接触表面，同时承担着支承和密封的双重功能，显著影响着电机泵的寿命和可靠性。在新型航空泵正常运行过程中，缸体的倾斜运动使界面形成楔形油膜，产生流体动压效应；同时，缸体与配流盘之间的粗糙峰接触导致界面处于复杂的边界/混合摩擦状态。在宽转速（0~20000 r/min）和宽压力（0~35 MPa）的极端工况下，界面摩擦状态剧烈变化，摩擦损耗和磨损问题尤为突出。因此，开展缸体/配流副油膜承载特性的精细研究，对突破伺服电机泵高集成设计关键技术、提升航空EHA综合性能具有重要意义。
1.2 国内外研究现状
EHA作为一种典型的泵控传动系统，具有功重比高、能耗低、结构紧凑等突出优点，已成为流体动力传输与控制领域的研究热点。从20世纪80年代开始，欧美等发达国家对EHA技术进行了大量原理样机的试飞验证，证明了EHA作动方案的技术可行性和性能优越性。
在民用航空领域，空中客车公司相继推出了A380、A350XWB等多电客机，波音公司也研制了B787多电客机与之抗衡。这些机型均采用了以EHA为主的电力作动器与传统的飞行控制作动方式并存的混合飞控架构，标志着多电飞机技术从理论走向工程实际。A380成为首款在飞控舵面上采用EHA的商用飞机，尽管最初仅作为备份系统使用，但为后续多电飞机的全面推广积累了宝贵经验。在军用航空领域，F-35战斗机已将EHA集成到主、次飞控舵面的控制系统中，体现了EHA在高性能战斗机动性要求下的卓越性能。
近年来，EHA技术的研究热点已从传统的旋转电机驱动方案向直线电机驱动等新型构型拓展。北京航空航天大学焦宗夏团队提出了一种基于线性驱动的新型EHA（LEHA），通过直线电机直接驱动协同整流泵中的柱塞和阀芯，获得了较传统旋转电机方案更优的动态响应性能。
1.3 伺服电机泵集成技术
伺服电机泵的发展经历了从分立组合到高度集成的演进历程。早期由异步电机带动液压柱塞泵工作的电动泵结构分立、效率有限。国际知名液压企业Vickers率先提出集成电机泵的概念，将液压泵与异步电机进行集成封装，显著提升了功率密度和可靠性。
在此之后，伺服电机泵陆续出现了多种集成结构形式。轴向集成方案通过将电机转子与泵转子同轴布置，缩短了传动链，减少了能量损失；共转子集成方案则更进一步，将电机的转子与液压泵的旋转组件融合为单一构件，实现了电机和泵的深度融合。在航空领域，空客A380和A350起落架转向和刹车的局部电液作动系统中，已率先应用了高度集成的电动泵单元。然而，当前飞控EHA对伺服电机泵提出了更为苛刻的要求：一方面，电机泵需要由单一的液压动力功能拓展出伺服控制功能，工况从“恒压、恒速”转变为“变压、变速”且频繁正反换向；另一方面，需要进一步提高功率密度和动态响应能力。
我国在伺服电机泵领域也取得了一系列研究成果。北京航空航天大学、北京精密机电控制设备研究所等科研机构已开展了多方面技术攻关，但关键核心技术仍不成熟，特别是在高功率密度设计理论、长寿命组件强化和智能化控制等方面与国际先进水平存在差距。
1.4 缸体/配流副摩擦学与润滑特性研究
缸体/配流副作为轴向柱塞泵中最关键的摩擦副之一，其润滑状态直接影响泵的工作效率和使用寿命。过去半个世纪以来，众多学者围绕这一摩擦副开展了系统性的理论与实验研究，涉及润滑模型的建立、油膜厚度分布的测量以及界面摩擦特性的表征等多个方面。
在理论建模方面，经典的Reynolds方程被广泛应用于描述缸体/配流副间隙中油膜的压力分布和流速场。部分学者考虑接触表面粗糙形貌的影响，建立了楔形油膜混合润滑模型，以表征边界润滑和流体润滑的共存状态。Chao等人综述了航空航天EHA泵的高速化趋势，指出提高转速是实现功率密度提升的有效途径，但也带来了更为严峻的润滑挑战。
在试验研究方面，Zhang等人建立了高速轴向柱塞泵旋转组件的动力学模型，研究了缸体倾斜行为随转速和压力的变化规律，发现缸体倾斜角随转速增加而增大，且在高速低压条件下缸体倾斜最为显著。Fu等人聚焦于EHA泵缸体/配流副的硬-硬匹配材料摩擦学特性，提出采用硬-硬匹配材料替代传统的软-硬匹配方案，发现TiAlN/TiAlN匹配材料的磨损深度仅为锡青铜/TiAlN材料的28.6%~34.7%，显著改善了耐磨性能。
在缸体/配流副油膜刚度和支承特性的实验测试方面，已有研究者开发了专门的实验系统，通过模拟实际工况下的压力分布和温度环境，获取了不同工况下的油膜支承刚度数据，为仿真模型的验证和修正提供了基础。
然而，现有研究多集中在系统控制和整机性能层面，对EHA内部核心动力元件——伺服电机泵关键摩擦副的精细化建模与试验修正研究仍较为薄弱。尤其是缸体-配流副作为泵内最大的摩擦接触界面，同时承担着配流、密封和轴向支承三重功能，其油膜承载特性直接决定电机泵的寿命和可靠性，急需开展深入的机理研究。
二、航空EHA伺服电机泵系统概述
2.1 EHA系统的组成与工作原理
EHA是一种典型的泵控液压传动系统，其核心工作模式是：伺服电机驱动固定排量的液压泵，将电机的旋转运动转化为液压能，通过液压管路驱动液压缸产生直线位移，从而实现飞控舵面的位置控制和力输出。
一套完整的EHA系统通常由以下几个关键单元组成：
（1）伺服电机单元。作为系统的动力源，伺服电机接收来自电子控制单元的指令信号，按照所需的转速和方向驱动液压泵转子运转。伺服电机的性能直接决定了系统的动态响应能力和转速控制精度。
（2）液压泵单元。液压泵是EHA的能量转换核心。在A380和F-35等机型中，以柱塞泵最为常见。液压泵将电机的机械能转化为液压能，通过控制泵的输出流量和压力来驱动作动器运动。
（3）功率驱动与电子控制单元。电子控制单元根据飞行控制计算机的指令，实时调节伺服电机的转速和转向，形成闭环控制。功率驱动单元则负责将直流或交流电能高效地转换为伺服电机所需的电能形式。
（4）液压作动器（液压缸）。液压缸将液压泵输出的液压能转化为直线位移和力输出，直接驱动飞控舵面的偏转。缸体内部通常集成有位移传感器和力传感器，用于反馈控制。
（5）补油与冷却系统。EHA通常采用闭式液压回路设计，油箱主要用于补偿系统泄漏量并提供冷却功能。在A380等机型中，EHA与局部电液作动系统结合，实现了液压能源的分布式管理。
2.2 伺服电机泵的结构与核心优势
伺服电机泵是EHA系统的动力源和控制核心。区别于传统的由分立电机和分立泵组合而成的电动泵，现代伺服电机泵在结构上将电机的转子与液压泵的转子进行深度集成，使得“电机”和“泵”不再是两个独立的部件，而是融合为一个功能整体。
某典型高集成伺服电机泵的结构可以划分为三个主要功能单元：
（1）伺服电机单元，采用永磁同步电机技术路线，具有高转矩密度和高效率的特点。电机的定子绕组直接嵌入泵壳体中，转子通过磁钢与液压泵的缸体实现同轴联结，消除了传统联轴器带来的附加惯量和机械不对中误差。
（2）液压泵单元，液压泵采用轴向柱塞泵构型，主要包括缸体组件、柱塞-滑靴组件、配流盘和斜盘等核心部件。柱塞在斜盘推力的作用下沿缸体孔作往复运动，完成吸油和排油过程。缸体随电机转子同步旋转，配流盘则固定于壳体，二者之间的相对运动构成了本文研究的核心摩擦副界面。
（3）功率驱动与传感单元，功率驱动电路将直流母线电能转换为可控的交流电能，驱动电机运转。高精度的位置传感器（如旋转变压器）和压力传感器实时监测泵的输出状态，为闭环控制提供反馈信号。
与传统的分立式电动泵相比，集成式伺服电机泵具有以下核心优势：
（Ⅰ）高功率密度，通过电机的转子与泵的转子一体化设计，显著减小了轴向尺寸和总体质量。高转矩密度的永磁电机与高速柱塞泵的组合，使得在同等输出功率下的体积和重量大幅降低。
（Ⅱ）高动态响应，取消了电机与泵之间的联轴器等柔性环节，减小了传动链的转动惯量，使得伺服电机泵能够更快地响应转速指令的变化。电机与泵在结构上的深度融合，使系统的动态特性得到本质性提升。
（Ⅲ）高可靠性，一体化的结构消除了电机输出轴与泵输入轴之间的花键连接和动态密封，降低了潜在的机械故障点。部分设计采用了集成壳体，将电机、泵和解算器封装于一体，实现了即插即用和极低的泄漏风险。
（Ⅳ）低振动低噪声，集成化设计使得旋转部件的高度对称性得以实现，显著减小了转子的不对中误差，进而降低了运行过程中的振动和噪声水平。
然而，高度集成化也给伺服电机泵的设计带来了严峻挑战：
（a）宽工况适应性，EHA需要在0~20000 r/min的转速范围和0~35 MPa的压力范围内稳定工作，并频繁正反换向，对泵的内部润滑性能提出了极高要求。
（b）热管理难题，电机损耗和泵的水力损失在密闭紧凑的空间内叠加，造成局部温度升高，影响油膜稳定性和材料寿命。
（c）摩擦副可靠性，在高速、高压和频繁换向的复杂工况下，缸体/配流副等关键摩擦界面始终处于混合/边界润滑状态，摩擦损耗和磨损问题是制约产品寿命的关键瓶颈。
三、缸体/配流副油膜支承特性理论建模
缸体/配流副是轴向柱塞泵中最大的接触表面，其界面润滑状态对伺服电机泵的效率、寿命和可靠性具有决定性影响。在运行过程中，由于缸体倾斜运动，界面形成楔形油膜，产生流体动压效应；同时，缸体与配流盘表面的微观粗糙峰发生接触，导致界面处于复杂的边界/混合摩擦状态。因此，构建精确的润滑—接触耦合理论模型是开展支承特性研究的前提。
3.1 摩擦界面几何关系分析与表征
在建立摩擦模型之前，有必要对缸体/配流副界面的几何关系进行精确分析和适当简化。缸体的倾斜运行使得界面形成楔形油膜，产生流体动压效应——这是缸体/配流副能够实现稳定自支承的核心机制。同时，缸体与配流盘表面的粗糙峰接触导致界面处于边界/混合摩擦状态，接触区域的摩擦和损耗不可忽略。
本文研究的新型航空伺服电机泵采用9柱塞配置，斜盘倾角为12°，系统工作压力范围为0~35 MPa，设计转速范围为0~20000 r/min（对应角速度0~120π rad/s）。缸体/配流副接触区域宽度为4.5 mm，外径为17.6 mm，缸体弹簧预紧力为3 kN。工作油液的密度为839.3 kg·m⁻³，动力粘度为0.0116 N·s·m⁻²。
为突出各变量间的数学关系，弱化量纲影响，本文采用无量纲形式对方程进行标准化处理，从而提高建模效率并增强模型的可移植性。无量纲处理通过对压力、膜厚、坐标等物理量引入合适的特征尺度来实现。
3.2 流体润滑特性模型
缸体/配流副界面的流体润滑行为由经典的Reynolds润滑方程描述。Reynolds方程是Navier-Stokes方程在薄层润滑条件下的简化形式，其基本假设包括：油膜厚度远小于油膜平面尺度、流体为牛顿流体且粘度不随剪切率变化、忽略体积力和惯性力的影响、油膜压力沿厚度方向视为常数等。
对于缸体/配流副界面，考虑缸体存在倾覆行为时的楔形效应，Reynolds方程可写为：
其中，h为油膜厚度，η为流体动力粘度，p为压力分布，U为界面相对运动速度。方程左侧的扩散项描述压力梯度驱动的Poiseuille流动，右侧第一项描述剪切驱动的Couette流动，右侧第二项描述挤压效应。
缸体倾斜运动使得油膜厚度h在界面空间上呈现非均匀分布。给定缸体倾角θ和最小油膜厚度h_min后，膜厚分布可由几何关系唯一确定：h(x, y) = h_min + (x − x₀)tanθ。这一楔形的几何特征正是产生流体动压效应的物理根源——当缸体相对于配流盘运动时，楔形间隙中油液的连续性和动量守恒导致动压升高，从而产生支承力。
3.3 接触区域的摩擦特性模型
在边界/混合润滑状态下，当油膜厚度不足以完全承载外部载荷时，缸体和配流盘表面的微观粗糙峰将发生接触。粗糙峰接触产生的接触压力与油膜动压共同承担外部载荷，其摩擦特性由Hertz弹性接触理论来表征。
虽然缸体和配流盘的整体接触表面均为平面，但由于缸体存在倾覆行为，实际的接触区域可近似看作面与点（球面）的接触。在微观尺度上，粗糙峰的高度分布遵循一定的统计规律，接触压力由粗糙峰的高度分布概率决定。
基于Greenwood和Williamson的粗糙表面接触理论，界面接触压力p_c可表示为：
其中，E*为等效弹性模量，η_s为粗糙峰面密度，σ_s为粗糙峰高度标准偏差，z为粗糙峰高度，φ(z)为高度分布函数。该模型综合考虑了材料的弹性特性、表面微观形貌和接触深度三个关键因素。
接触区域的摩擦应力τ_c通常假设与接触压力p_c成正比，比例系数为摩擦系数μ_c：τ_c = μ_c·p_c。对于金属配对接触，μ_c一般在0.1~0.2之间，具体取值与材料特性、润滑条件和表面处理工艺有关。
3.4 边界/混合摩擦特性模型
在真实的工作条件下，缸体/配流副界面处于混合/边界润滑状态，总摩擦力由非接触区域的粘性摩擦和接触区域的库仑摩擦两部分共同组成，两者均为压力分布的复杂函数。
（1）粘性摩擦，非接触区域的粘性摩擦应力来源于油膜的剪切流动，可通过对油膜速度梯度的积分获得。对于牛顿流体，粘性剪应力τ_v = η·du/dy，其中du/dy为速度梯度。在总压力较低时，油膜厚度较大，粘性摩擦占据主导地位。
（2）库仑摩擦，接触区域的库仑摩擦力与接触压力成正比，与相对滑动速度关系较小。在总压力较高或转速较低时，油膜厚度减小，粗糙峰接触加剧，库仑摩擦所占比例上升。
粘性摩擦与库仑摩擦的相对贡献可用分配系数ξ来表示。总摩擦应力τ_total可表达为：
其中，分配系数ξ是压力分布、油液粘度、相对速度、油膜厚度等多个变量的函数。从本质上说，ξ直接反映了界面的真实润滑状态：ξ→1对应全膜润滑，粘性摩擦主导；ξ→0对应边界润滑，粗糙峰接触主导。
3.5 支承特性的表征方式
缸体/配流副界面的支承特性通常采用油膜支承力F_oil来表征。油膜支承力通过对压力分布在界面面积上的积分获得：
其中，压力分布p(x, y)由Reynolds润滑方程与Hertz接触模型耦合求解获得。当油膜完全承载外部载荷时，F_oil应等于缸体所受的轴向合力（包括弹簧预紧力和柱塞腔压力引起的分力）；当F_oil小于外部载荷时，不足部分由粗糙峰接触压力补充。
支承特性的变化规律还与缸体倾角θ密切相关。缸体倾角影响油膜形状和压力分布形态，进而改变油膜支承力的大小。在低转速时，油膜动压效应弱，倾角对支承力的影响有限；在高转速时，动压效应显著增强，倾角的微小变化可能导致支承力的较大波动。
定义无量纲支承力系数K_s = F_oil / F_spring（F_spring为弹簧预紧力），可以更方便地对比不同工况下的支承能力变化。K_s > 1表示油膜能够提供超额的动压支承力，K_s < 1表示界面需要粗糙峰接触提供部分支承。
四、配对材料摩擦特性试验及模型修正
理论模型的准确性高度依赖于摩擦学模型参数的合理标定。在相对理想条件下，通过对采用不同材料的缸体/配流副样件开展摩擦特性试验，选取适当的函数来描述粘性摩擦和库伦摩擦的分配系数ξ，使理论摩擦系数曲线尽可能拟合试验曲线，是提高模型精度的有效途径。本文依据三组配对材料的试验数据对模型进行了系统修正。
4.1 试验装置构造
缸体/配流副摩擦模拟试验系统主要由缸体/配流副界面摩擦模拟实验装置和液压负载模拟系统两部分构成。液压系统可调节系统压力以模拟不同压力工况，同时能够调节油温，确保样件在试验过程中温度工况相对恒定。
缸体/配流副摩擦模拟试验装置主要由加载缸、配流盘、摩擦副样件、缸体轴和壳体等部件构成：
（①）加载缸，主要由加载缸筒、活塞和活塞销组成。加载缸筒上有四个油口：加载油口与加载腔的上腔相连，用于模拟配流盘承受的液压夹紧力；泄漏油口与下腔相连，模拟柱塞泵壳体的压力环境。
（②）配流盘摩擦片，采用与真实伺服电机泵完全相同的材料加工而成，并牢固固定在加载缸筒上。其表面结构和硬度参数与产品泵保持高度一致。
（③）缸体样件，同样采用真实伺服电机泵的材料加工，并连接到缸体轴上。样件的表面结构（包括配流口分布、辅助支承带形貌等）与真实泵完全相同。
（④）驱动系统，主轴电机通过柔性联轴器连接到缸体轴上，带动缸体样件旋转。缸体样件与相对静止的配流盘样件发生相对运动，可模拟不同工况下缸体/配流副界面的运动状态。缸体组件下部还设计了柱塞结构，以模拟真实柱塞泵中由柱塞运动引起的搅拌效应，确保试验工况与实际泵内部流体环境一致。
4.2 缸体/配流副配对材料的摩擦模拟试验
将采用不同材料加工的缸体/配流副样件安装在摩擦模拟试验装置中，通过调节电主轴转速、加载油缸的加载压力和系统压力来设置初始工作条件。在系统压力35 MPa、转速范围0~6000 r/min和预紧力3 kN的初始条件下，采集不同配对材料样件的摩擦扭矩试验数据，进而计算出混合摩擦系数随转速变化的曲线。
本文选取三种不同的软-硬配对材料进行试验：
TiAlN—青铜配对，TiAlN涂层具有极高的硬度和良好的耐磨性能，与青铜形成软-硬匹配。该配对在测试中展现出最低的摩擦系数，表明TiAlN涂层在减摩方面具有优越性能。
氮化—青铜配对，氮化处理后的材料表面硬度适中，与青铜配对后摩擦系数相对较高。这种配对的摩擦损耗较大，但其成本较低，适用于对寿命要求不是最为苛刻的应用场景。
DLC HMn—青铜配对，类金刚石涂层（DLC）结合了高硬度和低摩擦系数的双重特性。DLC HMn配对的摩擦系数介于前两者之间，表现出良好的综合性能。
将各配对材料的硬度差异与摩擦系数进行对比分析：TiAlN—青铜配对展现出最大的硬度差异（约3000 HV），氮化—青铜的硬度差异最小（约600 HV），DLC HMn居中（约1300 HV）。数据表明，对于软-硬配对材料，硬度差异越大，混合摩擦系数越低。这一发现对于伺服电机泵摩擦副材料的优化选型具有直接指导意义：通过增大软-硬配对的硬度差，可以在一定程度上降低界面摩擦损耗。
4.3 粘性/库伦摩擦分配系数的修正
将粘性摩擦和库伦摩擦分配系数ξ分别设定为不同的函数形式，获取缸体/配流副混合摩擦系数的理论表达，进而绘制混合摩擦系数随转速变化的理论曲线。根据待定函数中的系数个数选取等量的实验组数据，将相应配对材料的材料参数导入模型，并将仿真结果与试验结果进行拟合，从而获得最优的拟合系数值。
本文分别尝试了线性函数和多类非线性单调函数来描述分配系数ξ与转速n的关系。通过对比三种配对材料的仿真曲线与试验曲线，发现对于TiAlN—青铜配对，采用指数衰减型函数能获得最佳的拟合效果；对于DLC HMn配对，双线性分段函数的拟合精度最高；对于氮化—青铜配对，线性函数已能够满足工程精度要求。
修正后模型的仿真精度达到合同要求的85%以上，验证了基于配对材料试验数据进行模型修正方法的有效性和工程可用性。这一修正模型不仅能够较为准确地预测不同材料配对的摩擦系数，还能为后续不同工况下的油膜承载特性仿真计算提供可靠的理论依据。
五、不同工况下的仿真分析及讨论
利用修正后的高精度模型，对不同转速和压力工况下缸体/配流副界面的油膜承载特性进行系统仿真计算。仿真工况覆盖转速范围0~10000 r/min、低压油口压力0~8 MPa、高压侧压力35 MPa，基本覆盖了航空EHA伺服电机泵的典型工作区间。
5.1 系统压力的影响
（1）低压区（0~8 MPa）的承载特性
在低压油口压力从0 MPa逐步升高至8 MPa的过程中，油膜支承力的变化规律呈现出显著的阶段性特征。仿真结果表明，在0~8 MPa的压力范围内，缸体的倾覆行为对支承力的影响并不显著。在这一区间内，油膜支承力与低压区压力基本呈线性递增关系。低压口压力每升高1 MPa，油膜支承力约增加5%~8%，增率相对稳定。
这一现象可以从物理机制上解释：在低压区间，油膜尚未建立起足够强的动压效应，支承力的增加主要来源于静压压力的升高。由于静压分布受缸体倾角变化影响较小，因此支承力与压力呈现良好的线性关系。这一结果对伺服电机泵的低压启动和低速运行工况具有指导意义——在此区间内，无需过多担忧缸体倾角变化带来的支承力波动。
（2）不同缸体倾角下的压力响应
仿真分析了在转速保持恒定的条件下，不同排油口压力对应的油膜支承力与缸体倾角余弦值的关系。结果表明：在一定的压力水平下，油膜支承力基本与缸体倾角余弦值成反比关系。
具体而言，当排油口压力处于5.3~7.4 MPa区间时，缸体倾角余弦值越大（即缸体倾角越小），油膜支承力越小。这反映了在中等压力范围内，缸体的小倾角状态不利于流体动压效应的充分发挥——楔形间隙的楔度不足，难以建立足够的动压支承。
当排油口压力超过7.4 MPa之后，不同缸体倾角余弦值所对应的油膜支承力差异逐渐缩小。换言之，随着排油口压力的持续增大，缸体倾角余弦值的变化对支承力的影响程度逐渐减弱。在高压力条件下，静压效应在支承力构成中占据主导地位，动压效应对倾角变化的敏感性被显著压制。
5.2 转速的影响
（1）不同倾角下的转速响应
在压力条件保持恒定的前提下，计算不同转速条件（1000 r/min、2000 r/min、4000 r/min、6000 r/min和8000 r/min）下油膜支承力与缸体倾角余弦值的关系，获得了如下规律：
当转速为1000 r/min时，缸体倾角余弦值越大（倾角越小），油膜支承力越大。这表明在低转速条件下，较小的缸体倾角有利于油膜保持较好的厚度和连续性，从而获得更高的支承力。此时，动压效应较弱，静压和油膜挤压效应占据主导。
当转速升高至4000 r/min及以上时，上述规律发生了根本性的反转：缸体倾角余弦值越大，产生的油膜支承力反而越小。这说明在高转速条件下，较大的缸体倾角能够形成更显著的楔形间隙，进而在强剪切作用下产生更强的流体动压效应。这是Reynolds润滑方程所描述的楔形效应在高转速下的直接体现。
（2）支承力随转速的变化趋势
随着转速从1000 r/min逐步升高至10000 r/min，不同缸体倾角条件下对应的油膜支承力均呈线性下降趋势。这意味着在本文所研究的高速轴向柱塞泵构型中，转速提升对于油膜支承力起到了“侵蚀”作用——高转速带来的剪切发热和油膜厚度变化削弱了承载能力。
更为关键的发现是：缸体倾角余弦值越大（倾角越小），其油膜支承力随转速升高而下降的速率越快。换言之，小倾角构型对转速升高更为敏感，其在高速工况下的支承稳定性较差；而大倾角构型虽然起始支承力偏低，但在转速升高过程中下降得更为平缓，表现出更好的速度适应性。
这一发现对航空EHA伺服电机泵的设计优化具有直接指导意义：在高转速（6000~20000 r/min）运行区域，为实现泵的稳定运行，不应片面追求缸体的小倾角状态，而应通过优化泵转子的运动行为来控制缸体的倾覆程度，使界面处于适宜的楔形状态，以获得最优的速度适应性。
结合Zhang等人对高速轴向柱塞泵缸体倾斜行为的研究，缸体倾角随转速增加而增大，且在高速低压条件下缸体倾斜最为严重。本文的仿真结果进一步揭示，这种转速诱导的倾角增大虽然在绝对值上不利于油膜厚度的维持，但若能将倾角控制在某一优化区间，反而可以利用楔形效应增强动压支承力。
5.3 油膜完全支承的临界条件分析
当油膜完全承载外部载荷时，粗糙峰接触压力降至零，界面进入全膜润滑状态。此时摩擦损耗降至最低，是伺服电机泵设计的理想运行状态。
仿真分析表明，油膜能否完全支承受到转速、压力和缸体倾角三方面因素的综合影响：
（1）转速效应，高速运行（>6000 r/min）显著增强了流体动压效应，有利于油膜从混合润滑状态向全膜润滑状态过渡。临界转速点约出现在1500~2000 r/min区间，与相关实验研究中观测到的全膜润滑临界转速基本一致。
（2）压力效应，高压力条件下静压支承力增强，有利于维持稳定的油膜厚度。然而，当压力过高（>20 MPa）时，缸体受力增大可能加剧倾覆程度，反而不利于油膜的均匀分布。
（3）倾角效应，适宜的缸体倾角（θ在0.2~0.4 mrad之间）有助于油膜动压效应的发挥，但倾角过大会导致局部油膜破裂，过早进入边界润滑状态。
六、总结与未来发展展望
6.1 主要结论
本文以某新型航空伺服电机泵的关键摩擦副——缸体/配流副为研究对象，通过将Reynolds流体润滑理论与Hertz接触理论相结合，建立了摩擦界面的边界/混合摩擦理论模型；依据三组不同配对材料的摩擦特性试验结果，对粘性摩擦和接触摩擦的分配系数进行了系统修正，使模型仿真精度达到85%以上；利用修正后的模型完成了不同转速和压力工况下的仿真计算，揭示了油膜支承力的动态变化规律，取得了以下主要结论：
（1）提出了一种基于配对材料摩擦试验数据修正的新型航空泵缸体/配流副支承特性建模方法。该方法将理论建模与试验标定有机结合，显著提高了模型在宽工况范围内的预测精度，为航空EHA核心组件的摩擦学设计和性能评估提供了有力工具。
（2）在0~8 MPa的低压区压力范围内，缸体的倾覆行为对缸体/配流副界面支承力的影响不显著。在该区间内，支承力与低压区压力呈线性递增关系。这一结论为伺服电机泵的低压启动和低速运行工况的稳定性评估提供了量化依据。
（3）界面支承力与转速呈负相关，且随着缸体倾角的增大，转速对支承力的影响程度越来越大。在高转速区域，小倾角构型对转速升高更为敏感，其支承力下降速率更快。因此，要在高转速区域维持新型航空泵的稳定运行，不应片面追求缸体的小倾角状态，而应通过优化泵转子的运动行为来控制缸体的倾覆程度，使其处于适宜的楔形状态。
（4）通过对比TiAlN—青铜、DLC HMn—青铜和氮化—青铜三种配对材料的摩擦特性，发现对于软-硬配对，材料硬度的差异越大，混合摩擦系数越低。其中TiAlN—青铜配对表现出最优的减摩性能，DLC HMn居中，氮化—青铜相对最差。这一发现为伺服电机泵摩擦副配对材料的选型优化提供了重要参考。
（5）修正后的模型成功揭示了油膜支承力随压力和转速的复杂变化规律，可为后续伺服电机泵缸体/配流副结构参数（如辅助支承带宽度、配流口布局、微织构设计等）的多目标优化提供理论指导。
6.2 多电飞机技术发展展望
多电飞机技术的发展方兴未艾，EHA作动系统在未来航空器中的应用前景广阔。结合现有研究进展与工程需求，未来在航空EHA集成电机泵摩擦副领域的研究可重点关注以下方向：
（1）更高功率密度与更高工作转速，提高转速是提升泵功率密度的有效途径。航空EHA泵的转速正在向25000~30000 r/min甚至更高发展，缸体/配流副将在更极端的剪切速率和热负荷条件下工作。需要深化对极高转速下油膜空化、温升与热弹性变形耦合效应的研究，开发适应性更强的润滑模型。
（2）新型硬-硬配对材料的系统评价，Fu等人的研究表明，硬-硬匹配材料（如TiAlN/TiAlN配对）在耐磨性方面具有显著优势，其磨损深度仅为传统软-硬配对的28.6%~34.7%。未来应对更多硬-硬配对方案进行系统性的摩擦磨损评价，包括DLC对DLC、类金刚石复合涂层、石墨烯增强涂层等新型表面工程技术。
（3）缸体/配流副微织构主动设计，在配流副表面引入微坑、微槽等微观几何结构，可以有效改善润滑性能和提高油膜支承能力。未来的研究可以结合机器学习方法，对微织构的几何参数（形状、尺寸、分布密度）进行多目标优化，实现摩擦副的表面形貌主动设计。
（4）EHA系统级的模型耦合与分析，伺服电机泵的摩擦学行为与电机电磁性能、泵水力学性能、控制策略之间存在复杂的耦合关系。未来的研究应发展EHA系统级的多物理场耦合仿真平台，将摩擦副油膜支承特性模型与电机热模型、泵流量脉动模型及控制器模型结合，实现系统级的性能预测与协同优化。
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