摘要
空气循环机（ACM）是飞机空调系统的核心部件，国外在装甲车上也有普遍应用，采用空气箔片轴承作为支承空气循环机（ACM）的转子系统已成为航空业的标准。空气箔片轴承是一种利用柔性结构作为支撑结构的动压气体轴承，它具有高转速、耐高温、无需辅助润滑、低损耗、免维护等优点，能够解决传统滚动轴承和滑动轴承在某些应用方面的许多限制。然而，国内对于空气箔片轴承的性能特性研究、制造工艺及其应用研究历历可数。本文依托于“微型燃气轮机冷热电联供系统”项目对制冷系统的要求，基于本团队对空气箔片轴承的理论研究和制造工艺开发一款可提供13Kw制冷功率的空气循环机（ACM）。本文主要设计空气循环机（ACM）的轴承-转子系统并对其进行调试和实验研究；另外，还针对空气箔片轴承研究的需要设计了一套包括数据采集、监测、存储和分析的虚拟测试系统，具体研究工作和结果如下： （1）根据 ACM的设计要求设计出满足要求的 ACM轴承-转子系统。根据前人在旋转机械和本团队空气箔片轴承的设计经验，初步确定 ACM转子和空气箔片轴承的结构参数，计算出径向空气箔片轴承的刚度、阻尼特性，将计算结果代入轴承-转子动力学模型，分析 ACM轴承-转子系统的临界转速、特征值和不平衡响应，根据分析结果修改轴承和转子的结构参数，最终得到满足设计要求的轴承-转子系统。 （2）开发一套包含数据采集、在线监测、离线分析的测试软件系统。此测试系统主要包括轴承的静态特性测试模块、轴承的动态特性测试模块和轴承-转子系统测试模块。 （3）加工出径向空气箔片体轴承和推力空气箔片轴承。对制作出的轴承进行起飞实验和动静态特性试验，最终得到满足 ACM使用要求的径向空气箔片轴承和推力空气箔片轴承。 （4）对加工出的 ACM样机进行安装、调试和实验研究。通过对实验过程和数据的分析发现，影响样机振动过大的主要原因是转子推力盘和透平壳体制造精度问题，使得推力空气箔片轴承与推力盘之间间隙过大和驱动气体驱动透平时产生径向力对转子形成冲击载荷。根据实验结果分析和调试最终将样机转子振动幅值减小到10μm左右。
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