【摘 要】
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超精密静压系统的稳定性受节流器微振动影响,然而当前对气体静压节流器微振动的产生机理尚未有明确定论、振动规律及特性研究也不够深入。论文基于节流器—气膜微流场的流固耦合模型,对节流器的法向微振动进行了深入研究,为提高气体静压系统的稳定性、优化气体静压系统的设计提供理论指导。本文的主要内容如下:（1）提出了基于冲击射流及流固耦合的节流器微振动机理假设并进行了验证。引入冲击射流思想,结合流固耦合理论分析了
【基金项目】
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“国家自然科学基金”面上项目（项目编号:51775529）,“超精密气体静压节流器及气膜微流场关键技术”项目；
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超精密静压系统的稳定性受节流器微振动影响,然而当前对气体静压节流器微振动的产生机理尚未有明确定论、振动规律及特性研究也不够深入。论文基于节流器—气膜微流场的流固耦合模型,对节流器的法向微振动进行了深入研究,为提高气体静压系统的稳定性、优化气体静压系统的设计提供理论指导。本文的主要内容如下:（1）提出了基于冲击射流及流固耦合的节流器微振动机理假设并进行了验证。引入冲击射流思想,结合流固耦合理论分析了节流器法向微振动的产生机理;对不同气膜厚度和供气压力下的气膜内气旋瞬态特性及压力分布进行仿真,验证了节流器流固耦合法向微振动机理的合理性;通过流固耦合基本原理建立了节流器法向微振动动力学模型,使用有限差分法对其进行求解及分析,初步推断得到单孔节流器以节流孔为对称中心、不同对称轴和振动旋转轴线等频率随机出现且时均振幅由节流孔向边缘逐渐增大的“跷跷板”随机微振动形式。（2）仿真研究了节流器-气膜微流场的流固耦合振动特性。建立了简化的单孔节流器-气膜的COMSOL仿真模型并对其进行了双向流固耦合仿真;综合分析模型的瞬时、时均振幅仿真结果,验证了理论计算得到的单孔节流器法向微振动特性;在此基础上推测了多孔节流器法向微振动的规律及特性。（3）搭建了以高性能OFV505/5000激光测振仪为主的实验装置,对双环联结型节流器（单孔）、双U型节流器（双孔）、多微通道式节流器（多孔）多个不同位置的法向随机微振动依次进行了测量实验。对实验结果进行时域与功率谱密度分析,验证了理论模型及仿真得到的节流器法向微振动特性及规律;双环联结型节流器、双U型节流器及多微通道式节流器的法向随机微振动分别在9.4 k Hz附近、7.9 k Hz附近以及12.0 k Hz附近携带较大功率;双环和双U型节流器性能稳定,振幅小于5 nm;而多微通道式节流器稳定性较差,在0.4 MPa供气压力下,边缘振幅达到38.72 nm。
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