多斜孔节流气浮支承的微振动特性研究

为提升气浮支承的稳定性及其定位精度，设计了1种多斜孔节流气浮支承.建立气浮支承的CFD (Computational Fluid Dynamics)模型，基于大涡模拟方法，研究节流孔高度、节流孔倾斜角度、节流孔直径和供气压力对气浮支承瞬态流场的影响.研究结果表明：随着节流孔倾斜角度的增加，气浮支承的微振动先减小再增大，当节流孔倾斜角度为110°时气浮支承的稳定性最佳.随着节流孔高度的增加，气浮支承的微振动随之减小.当节流孔高度增加到0.4 mm后，继续增加高度对气浮支承微振动基本没有影响.气浮支承的微振动随节流孔直径的增加而减小.气浮支承的微振动会随着供气压力的增加而增大.多斜孔节流结构可改变均压腔内流场状态，提升气浮支承的稳定性，且静态特性基本保持不变.     

放射状椭圆截面均压槽对狭缝节流气浮支承的影响研究

为提高狭缝节流气浮支承静态特性,在有腔狭缝节流气浮支承的基础上增加了表面节流均压槽,均压槽呈放射状,周向截面为扇形,径向截面为椭圆,并对其进行了仿真分析. 结果表明:增加放射状椭圆截面的均压槽作为表面节流方式能够优化其承载力以及刚度,但会增加耗气量. 增加均压槽高度、放射角度、数量和半径均能增加气浮支承的承载力. 刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽高度增加但峰值基本保持不变;刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽辐射角度增加且峰值也会略微增加;当均压槽数量大于4时,随着均压槽数量的增加,刚度峰值均出现在气膜厚度h₂为13 μm附近,但刚度峰值会随均压槽数量的增加而产生较大增幅;刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽半径的增加而减小,但峰值会随均压槽半径的增加而增加.      

基于阻抗法的矩形截面均压槽气浮支承静态性能分析

针对CFD仿真方法效率低下的状况,提出利用阻抗法来提升气浮支承承载性能的计算速度. 以矩形截面均压槽气浮支承为研究对象,研究了当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力变化对气浮支承承载性能的影响. 结果表明:与CFD仿真方法相比,阻抗法在保证计算结果精度的前提下可提高气浮支承承载力的计算速度. 当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力增大时,阻抗比会增加,气浮支承的承载力和刚度峰值对应的阻抗比也会增加. 当气膜厚度增加时,阻抗比会增加,但承载力会相应地减小. 本文作者通过阻抗法推导了气浮支承承载力简化计算公式,解决了气浮支承在均压槽方向上简化计算的难点,并为阻抗法在均压槽中的研究与应用提供了理论依据.      

超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析

以新一代液体火箭发动机涡轮泵为应用前景,提出了一种带小孔节流的超导-液体静压复合推力轴承.该复合轴承由6块圆形超导瓦和6块带有小孔节流的圆形液体静压推力瓦构成,依靠涡轮泵系统自带的低温介质(如液氢液氧等),可以实现超导磁斥力与流体静压力的复合.基于解耦方法分析了复合轴承的静动特性,重点研究不同液膜厚度下复合轴承的承载力和刚度随节流孔径、液腔直径等的变化规律.在设计工作点附近,超导推力瓦和静压推力瓦的承载力大体相当,而后者的刚度则是前者的300倍以上.理论结果表明该复合结构既可以保证启动阶段无接触摩擦,又能在工作阶段保持较高刚度以抗冲击,对设计高可靠性火箭涡轮泵的轴系结构具有参考价值.     

局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解

运用数值方法分析局部多孔质节流气体静压轴向轴承的静态性能,分别建立局部多孔质圆柱塞内的压力分布方程和气体薄膜内的压力分布方程,利用坐标变换将局部多孔质圆柱塞的圆柱坐标与气体薄膜的圆柱坐标转换到同一笛卡儿坐标系,为有限元离散奠定基础.经过有限元推导,求得局部多孔质气体静压轴向轴承的承载能力与静态刚度,并对局部多孔质节流进行试验以验证理论模型的正确性.另外,对局部多孔质节流气体静压轴向轴承和小孔节流气体静压轴向轴承进行对比试验.结果表明:局部多孔质节流和小孔节流静压轴承的承载能力随着气膜厚度的减小而增加;静态刚度随着气膜厚度的增加先增加后减小;局部多孔质节流比小孔节流具有较高的承载能力和静态刚度.     

小孔节流空气静压止推轴承平面跨缝试验研究

在航空航天领域的微重力模拟中,空气静压止推轴承在完成平面跨缝试验过程中由于增加了1个时变的出口边界,支撑气膜内部的流场随出口边界位置的变化而发生变化,从而影响止推轴承的静态特性和微振动特性.为了明确跨缝过程中空气静压止推轴承宏观表现出的服役特性,本文中基于静压气体润滑理论,搭建空气轴承平面跨缝的试验台,针对中心供气和三孔均布的圆盘型小孔节流空气静压止推轴承开展试验研究,分析不同供气压力、浮起高度和跨缝位置下轴承的静态特性和微振动特性.研究表明：空气轴承平面跨缝时,相当于支撑气膜增加1个时变的出口边界,因而会出现泄气现象导致承载力减小;当供气孔正对支撑台面间的拼缝时,轴承的自激微振动幅值最小;空气静压轴承在平面跨缝过程中,在相同浮起高度下,随着供气压力增大,轴承的静承载能力和静刚度都有所提高;随着负载增大,过供气孔时的微振动幅值减小.     

节流孔截面形状对静压干气密封稳态性能和压力波动特性影响

建立了不同形状节流孔出口截面静压干气密封的几何模型,采用湍流大涡模拟方法数值求解了小孔节流静压干气密封的瞬态流场和压力场,对比了节流孔出口开设圆角、倒角与经典小孔节流静压干气密封的开启力、泄漏率等稳态性能参数和节流孔出口附近的压力波动特性,以较大密封开启力和较小压力波动为目标,获得了节流孔出口倒角和圆角的优选值范围. 结果表明:相较于经典小孔节流静压干气密封,节流孔出口开设倒角或圆角能提高静压干气密封的开启力,显著降低节流孔出口压力波动,且当倒角为0.3~0.4 mm,圆角为0.1~0.3 mm时具有最佳效果.      

弹性箔片动压径向气体轴承动特性的实验研究

建立了新型弹性箔片动压气体轴承性能测试实验台,在静载60N、转速9000r／min条件下进行轴承性能测试试验,通过中心插值法获得轴承中心的扰动速度和加速度,采用时域最小二乘法计算不同激振频率下的8个轴承动态线性刚度和阻尼系数,考察了激振频率对轴承动特性系数的影响．结果表明：轴颈中心扰动轨迹为椭圆形且振幅随动态激振频率增加而增大;刚度和阻尼系数的直接项随动态激振频率增加而减小;交叉刚度和阻尼相对激振频率的变化较小,且其值小于直接项;当激振频率与轴颈转动频率相同时,工频成分的影响较大,轴心扰动幅值明显增大,刚度和阻尼的直接项小于其它频率时的值．     

超空泡航行器升沉运动流体动力特性研究

基于Rayleigh—Plesset方程的单一介质可变密度Mixture模型,采用动坐标系法完成了对带空泡航行器作升沉运动时空化流场的数值模拟,并分析了该状态下航行器流体动力特性变化规律,对升沉运动频率和幅值对航行器流体动力系数的影响以及升沉运动对航行器自主运动弹道的影响进行了对比研究。研究结果表明,升沉运动过程中,航行器流体动力系数出现周期性变化,增加升沉运动频率和幅值不仅将导致航行阻力和升力增大,同时会造成阻力系数和升力系数幅值波动加剧;升沉运动使航行器速度及角速度出现周期性震荡。本文结论为研究超空泡航行器动力学建模、附加质量计算及弹道设计奠定了基础。     

深槽表面气体静压润滑低Reynolds数层流节流效应实验研究

气体介质在润滑间隙流动过程中,沿气体流动方向开设的表面矩形深槽结构内部产生旋涡阻碍气体流动,形成节流效应.通过矩形深沟槽表面静压润滑实验,开展深槽表面和光滑表面的流量特性对比测试,研究了低Reynolds数层流状态下深槽表面间隙的气体节流效应.结果表明:深槽表面产生显著的节流效应,并且随Reynolds数增加而增强;在低Reynolds数层流状态下,深槽表面可以产生节流效应,但是节流效应强度不稳定,当处于完全湍流状态时,节流效应维持定值;间隙尺寸、槽深等结构参数对节流效应影响明显.     

精密测试转台空气静压轴承动态特征

由于气体的可压缩性，惯导测试设备上的空气静压轴承，在工作中常发生气膜振荡而严重影响主轴刚度和运动精度。本文深入研究了在阶跃载荷及交变载荷作用下，轴承气膜的过渡特性及动刚度特性，为分析空气静压轴承的动态特性提供了理论根据，并成功地解决了转台轴承的稳定性问题。     

基于N-S方程的多孔质气膜悬浮力学模型研究

为了研究多孔质气浮承载系统设计参数对气膜厚度的影响特性,以平行圆板模型为对象,建立了包含多孔质特性和缝隙流特性的气膜悬浮静态模型,分析了承载系统多孔质部分的受力特性,得出了气膜厚度控制方程,并利用改进弦截法进行求解。理论计算和实验结果对比表明,基于气膜简化模型的数值计算结果与实验值吻合较好,验证了理论模型的有效性。通过数值计算结果,探讨了通气量和承载力变化对气膜厚度的影响规律。研究表明,气膜厚度受通气量及承载力的影响,可通过对通气量及承载力进行最优控制,以使气膜厚度满足环境使用要求。     

狭缝节流气体静压轴颈-止推轴承静态特性分析

在气体静压轴颈 -止推轴承的离散化过程中 ,采用有限元方法 ,利用加权余量法将其二阶偏微分方程降低一阶 ,使利用三角单元线性插值函数成为可能 ,简化了压力分布方程式的计算 ,给出了轴承的静态特性 ,分析了结构工艺尺寸、狭缝宽度和轴承间隙等因素对径向和轴向承载性能的影响 ,揭示了轴颈和止推轴承之间的相互影响规律 ,并且研究了轴承内部气膜压力分布的规律 .最后 ,通过实测值对计算结果进行了验证     

纳米尺度气体滑动轴承的DSMC模拟

依据硬盘驱动系统中读写头与盘面的构造,结合现有的楔型和阶跃型气体滑动轴承的特点,提出了一种气体滑动轴承结构,并采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)法数值研究了滑动轴承的最小间距、移动速度和系统温度对轴承承载能力的影响.计算结果表明,所设计轴承的承载能力随移动速度的增大而增加,随最小间距的增加和系统温度的升高而减小;轴承的承载能力对轴承最小间距的变化更敏感.     

金属丝网橡胶压缩力学性能研究

对金属丝网橡胶进行了静态压缩试验。利用控制变量法研究了压缩量、相对密度、金属丝丝径、丝材和承压面积对金属丝网橡胶压缩力学性能的影响,并对平均刚度和能量耗散系数随压缩量和相对密度的变化关系进行了研究。试验结果表明:随着压缩量的增加,金属丝网橡胶非线性力学特性逐渐增强;相对密度越大,金属丝网橡胶承压能力越强;金属丝的丝径和丝材主要影响金属丝网橡胶非线性阶段的力学特性,丝径越大,丝材越硬,承压能力越强;承压面积越大,金属丝网橡胶的承压和耗能性能越好;随着压缩量的增加,平均刚度增大,承压能力增强,能量耗散系数减小,减震性能降低;随着相对密度的增加,平均刚度和能量耗散系数均增大,承压能力和减震性能均增强。