考虑滑移效应的织构化气体箔片轴承静特性分析

摘要

气体箔片轴承目前已在空气循环机等结构上得到广泛应用,但由于可压缩性气体和弹性箔片结构共同作用导致其承载能力相对较低,因此气体箔片轴承在燃气轮机乃至航空发动机上尚未得到推广应用,而表面织构将是改善其性能的一种潜在选择.为研究织构对第一代波箔式气体轴承静特性的影响,本文将波箔等价为线性弹簧结构,建立了考虑织构和箔片变形的气膜厚度方程.同时考虑到气体箔片轴承中滑移效应较为显著,因此,本文采用基于线性Boltzmann方程的广义Reynolds方程作为压力控制方程并结合Newton-Raphson法和有限差分法获取了轴承的静特性(承载力和摩擦力矩),在此基础上,通过与NASA试验结果进行对比验证了程序的可靠性.通过对织构周向和轴向初始位置、周向和轴向织构率、深径比以及织构密度的参数化分析,本文发现:相较于弹性工况和低转速工况,通过调整织构参数,多数情况下可以在刚性工况和高转速工况中达到更好的增加承载力的效果,可以在弹性工况和高转速工况中达到更好的降低摩擦力矩的效果.此外,织构尺寸的影响要强于其位置或数量,同时当织构位于沿轴颈旋转方向压力上升的的区域时,其效果会更好.据此,本文推荐以下织构设计方案:周向和轴向起始位置依次为0°和中轴线,周向和轴向织构率依次为0.5和0.8,深径比为0.2,织构密度为0.044.