动压轴承流固界面非一致滑移流动分析方法及分布特征

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27639

流体力学与飞行力学

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动压轴承流固界面非一致滑移流动分析方法及分布特征

张镜洋¹(), 陈哲¹, 吕元伟¹, 孙义建¹, 张靖周², 陈卫东¹^,³, 罗欣洋⁴

^1.南京航空航天大学航天学院，南京　211106
^2.南京航空航天大学能源与动力学院，南京　210016
^3.南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京　210016
^4.南京机电液压工程研究中心航空机电系统综合航空科技重点实验室，南京　211106

收稿日期:2022-06-16 修回日期:2022-08-30 接受日期:2022-09-30 出版日期:2022-10-17 发布日期:2022-10-14
通讯作者: 张镜洋 E-mail:zjy@nuaa.edu.cn
基金资助:
航空科学基金(201928052008);南京航空航天大学科研与实践创新基金(xcxjh20211505)

Analysis method and distribution characteristics of non-uniform slip flow at fluid-solid interface of gas foil bearing

Jingyang ZHANG¹(), Zhe CHEN¹, Yuanwei LYU¹, Yijian SUN¹, Jingzhou ZHANG², Weidong CHEN¹^,³, Xinyang LUO⁴

^1.College of Astronautics，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 　211106，China
^2.College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 　210016，China
^3.State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 　210016，China
^4.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aero Electromechanical System Integration，Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems，Nanjing 　211106，China

Received:2022-06-16 Revised:2022-08-30 Accepted:2022-09-30 Online:2022-10-17 Published:2022-10-14
Contact: Jingyang ZHANG E-mail:zjy@nuaa.edu.cn
Supported by:
Aeronautical Science Foundation of China(201928052008);Scientific Research and Practice Innovation Foundation of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(xcxjh20211505)

摘要/Abstract

摘要：

为解决机载大过载、大偏心下动压轴承微间隙变尺度流动的分析问题，在推演局部剪应力计算滑移速度方程基础上，建立了剪应力方程、滑移修正雷诺方程、弹流润滑气膜厚度方程耦合迭代的界面非一致滑移流动分析方法。对比研究了非一致滑移模型与传统模型滑移流场的差异，以及周向非一致滑移速度演化规律，结果表明：非一致滑移模型可以获得与局部克努森数更相符的滑移速度分布，局部滑移对气膜压力的最大影响为10.6%，气膜压力分布数值与实验结果符合度好；随轴承数和偏心率增大，箔片侧与轴面侧依次出现滑移，滑移区域沿周向从最小气膜厚度处周向扩张且滑移速度不断增大，轴面侧滑移区域面积比箔片侧大，最高约为箔片侧的2倍。

关键词: 动压轴承, 非一致滑移, 极限剪应力, 滑移速度, 气膜压力

Abstract:

To solve the problem of the analysis method for the variable scale flow in the micro clearance of the airborne gas foil bearing under large overload and large eccentricity， a coupled iterative interface non-uniform slip flow analysis method of the shear stress equation， the slip correction Reynolds equation and the gas film thickness equation based on elastohydrodynamic lubrication are established by deducing the local shear stress to calculate the slip velocity equation. The differences of the slip flow field between the non-uniform slip model and the traditional model and the evolution law of the circumferential non-uniform slip velocity are compared. The results show that the slip velocity distribution obtained by the non-uniform slip model is more consistent with the local Knudsen number. The maximum effect of the local slip on the gas film pressure is 10.6%， and the gas film pressure distribution is in good agreement with the experimental results. With the increase of the bearing number and eccentricity， slip sequentially occurs on the foil side and the shaft side. The slip regions expand from the minimum gas film thickness to both sides along the circumferential direction with continuously increasing slip velocity. The area of the slip region on the shaft side is up to twice as large as that on the foil side.

Key words: gas foil bearing, non-uniform slip flow, ultimate shear stress, slip velocity, gas film pressure

中图分类号:

V211.1

张镜洋, 陈哲, 吕元伟, 孙义建, 张靖周, 陈卫东, 罗欣洋. 动压轴承流固界面非一致滑移流动分析方法及分布特征[J]. 航空学报, 2023, 44(11): 127639-127639.

Jingyang ZHANG, Zhe CHEN, Yuanwei LYU, Yijian SUN, Jingzhou ZHANG, Weidong CHEN, Xinyang LUO. Analysis method and distribution characteristics of non-uniform slip flow at fluid-solid interface of gas foil bearing[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(11): 127639-127639.

图/表 15

图 1

表 1

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值
轴颈半径R/mm	25.4
轴承套内壁半径R'/mm	25.7
轴承长度L/mm	62
平箔厚度t_p/μm	130
波箔厚度t_B/μm	130
弹性模量E/GPa	207
环境压力P₀/（10⁵ Pa）	1.013
空气动力黏度μ/（10^-5 Pa∙s）	1.84

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