压电驱动的超声悬浮精密轴承静动态承载特性

为研究超声悬浮轴承的静、动态承载特性,设计了一种压电陶瓷驱动的全包围结构超声悬浮轴承。分析了气体挤压膜润滑承载机理,在等温隔热条件下,根据牛顿流体的气体动力学理论,建立了描述轴承启动阶段及支撑回转体稳定旋转阶段气膜压力的静、动态雷诺方程。采用有限差分法并利用MATLAB自定义函数的功能,对超声悬浮轴承的静态及动态承载力进行了数值计算。为验证理论计算的正确性,通过轴承样机自悬浮实验验证轴承悬浮特性的理论计算结果,得出在其谐振频率下,相同结构尺寸及悬浮参数的轴承静态承载力理论计算值与测量值之间的误差为8.33%;在挤压数为100,2～5μm合理初始间隙下,动态悬浮力理论计算值与实验测量值相吻合。考虑样机结构特性引起的能量转换误差及实验环境因素影响,误差在合理允许范围之内,验证了理论分析及计算的正确性,对超声悬浮轴承的理论研究及设计具有一定的指导意义。     

基于压力反馈的玻璃基板形变预测研究

在输运过程中大型玻璃基板如发生较大变形，将会降低薄膜晶体管（TFT）阵列缺陷的检测精度。使用激光位移传感器进行大范围形变检测时效率较低，据此提出一种基于气膜压力反馈的玻璃基板形变间接检测方法。建立了包含多孔质流量特性和间隙流特性的气膜压力模型，在假设玻璃基板形变为二次曲线的前提下，基于模型分别利用单点压力和多点压力反馈的方法进行形变预测。搭建了玻璃基板形变测量装置，对形变计算结果与测量结果进行了对比分析。结果表明，多点压力反馈的方法能够更准确地预测玻璃基板的形变。     

空气静压导轨气膜波动的辨识

空气静压导轨的气膜波动已成为超精密加工工件波纹度的主要影响因素.为分析空气静压导轨性能,利用雷诺方程推导出双排节流孔结构形式的空气静压导轨气膜刚度计算公式,并对相应空气静压导轨进行静态刚度检测试验以验证建立的导轨气膜刚度模型的正确性与可行性.结合静压导轨的模态分析结果,建立空气静压导轨的动力学模型.根据气浮导轨系统的动力学方程,给出气浮溜板刚度及其在加工过程中随气膜厚度变化的波动频率的仿真步骤和结果,根据引起的振动幅值分析气膜波动对加工结果的影响.利用小波变换把加工工件面形检测结果分解为各尺度下低频信号和高频信号,并把各尺度下高频信号做功率谱密度分析,从导轨气膜波动频率出发辨识出导轨气膜波动信号所在的尺度,根据相应的功率谱密度幅值推导出对加工结果的影响程度.     

叶片旋转转速和吹风比对涡轮外环双层壁结构阵列冲击冷却特性的影响研究

采用数值模拟的方法,基于稳态雷诺平均方程（URANS）耦合k-ω SST模型和滑移网格法分析了涡轮叶片旋转扫掠条件下带有非定常气膜出流的外环腔内阵列冲击传热特性。在外环冲击-气膜复合冷却结构中,冲击孔和气膜孔呈交错排列,冲击距与冲击孔直径之比为1.25,斯特劳哈尔数St=2.35、3.52（对应转速Ω=10 000、15 000 r/min）,吹风比M=0.5、1及1.5。结果表明：叶片旋转扫掠效应引起的气膜孔出口压力波动会诱导冲击孔入口的瞬时质量流量发生变化,而时均质量流量几乎保持不变;吹风比在0.5~1.5之间变化时,靶面的瞬时和时均平均冲击换热特性随着吹风比的增大而增强;相同的吹风比时,叶片转速的提高对靶面瞬时和时均换热特性的影响非常微小。     

基于小波包方法的超声速气膜气动光学效应相干结构

当高速成像制导导弹在大气中飞行时,其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热,但是超声速气膜流动会引起光束退化,降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应,本文构建了主流马赫数为3.4,设计喷流马赫数为2.5,实际测得喷流马赫数为2.45的超声速气膜实验装置。利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获得了高时空分辨率流场图像,并对气膜冷却流动的密度场进行重构,利用光线追迹法获取了对应密度场的光程差。通过将光程差分布和K-H涡对比后发现,光程差的波谷位置对应于涡卷的中心,而光程差的波峰对应于涡卷中心之间的连接部分。但是,随着涡结构的发展破碎,对应关系不再成立。根据超声速气膜NPLS流场图像结果,利用分形原理获取的分形维数结果,将其沿流向划分为三个区域,其对应平坦度分别为3.4,2.9,3.6,验证了区域2更适合进行相干结构提取。     

不同喷射速度下厢体气膜减阻效果的实验研究

研究厢体表面渗透空气流的喷射速度对气膜在空气中的减阻效果的影响。通过气膜发生系统控制有气膜厢式车实验模型的气膜空气喷射速度,在30 m/s的流动空气速度下,于可调速拟层流风力发生装置中开展与无气膜厢式车实验模型的对比测阻实验,比较不同喷射速度下,有气膜厢式车实验模型的受阻情况。实验结果表明,在流速恒定的拟层流空气流体环境下,厢体表面渗透空气流有效地降低了厢体所受的空气阻力,且在一定范围内,减阻率随喷射速度的增大近似呈线性增长。     

短周期风洞叶栅表面冷却特性实验

通过在高速风洞中对带气膜孔叶片进行冷却效率的详细测量,研究了进口雷诺数、出口马赫数以及二次流与主流流量比对气膜冷却效率分布规律的影响,测量了Re为200 000～600 000,Ma为0.37～1.16,流量比Mr为0.05、0.1、0.15时叶片表面的冷却效率。结果表明:叶片表面气膜冷却效率随马赫数的增大而减小,雷诺数对气膜冷却效率没有明显的影响;增大二次流流量可以提高压力面的冷却效率,降低吸力面的冷却效率。     

不同孔型平板气膜冷却特性的数值模拟

为研究不同射流孔型对气膜冷却效率的影响,基于SIMPLEC算法,采用RNGκ-ε湍流模型,对射流倾斜角为35°的圆柱孔、扩散孔和横向扩散孔的平板气膜冷却模型进行了数值模拟。得到了不同吹风比M下的3种孔型的绝热气膜冷却效率曲线、速度矢量图和壁面温度分布。结果表明：横向扩散孔的气膜冷却效果优于圆柱孔和扩散孔,其产生的反向涡旋对的尺度最小,孔间的气膜冷却效果也较好。     

工艺参数对气膜软接触连铸坯组织性能的影响

研究了气体种类、气体流量、拉坯速度等工艺参数对气膜软接触连铸坯组织性能的影响.结果表明:随气体流量的降低、拉坯速度的增大,铸坯的表面质量变差,宏观组织中的等轴晶比例降低,铸坯的皮下反偏析层厚度增大;气膜软接触连铸坯的力学性能明显高于传统DC连铸坯.     

串联式干气密封的设计及其在液态烃泵上的应用

对液态烃泵用串联式干气密封的结构进行了优化，从理论上对影响干气密封性能的主要参数进行了研究。并设计制造出了适合轻烃类介质的串联式干气密封及其控制系统。工业运行获得成功，极大地提高了液态烃泵的性能及可靠性。