题目：可重复使用液体火箭发动机涡轮泵流体静压轴承研究

随着我国航天事业的发展，为了降低成本，需要可重复使用的航天运载器，这对发动机提出了更高的要求。流体静压轴承没有DN值的限制，摩擦阻力和磨损都很小，主轴回转精度高，能够提供滚动轴承技术无法获得的寿命和速度特性，已经成为未来可重复使用液体火箭发动机涡轮泵轴承的首选。为了避免处理小孔边界条件的困难，将流量项直接引入气体Reynolds方程中求解，本文采用微分和积分两种方法推导了流量项公式，并用有限差分法离散此方程，采用牛顿迭代法进行数值计算。程序计算结果表明牛顿迭代方法在高离心率下不收敛。为了解决上述问题，根据流量守恒推导出微元控制体的差分方程，用牛顿—拉夫逊方法求解此方程。对于较难处理的小孔边界条件，由区域流量平衡构造目标函数，用POWELL优化算法进行求解。采用这种区域流量平衡方法得到的轴承承载力与Powell实验结果和其他理论分析方法的计算结果进行精确比较，在所有离心率下，结果均符合得很好，表明本文的程序具有很高的计算精度。将区域流量平衡法应用于高速液氮润滑流体静压轴承数值计算，推导出液体润滑Reynolds方程的公式，并编写程序，根据最小功率损失与最大刚度、阻尼和承载力原则进行轴承的优化设计。最后完成了低温轴承试验台系统的设计，包括轴承试验台方案布局和各主要零件的结构设计，以及配气台和测量系统设计。低温轴承试验台能在液氮和DN值为20 mm×100000rpm条件下，进行长径比从0.5到1.2、最高供给压力8MPa、最高转速100000rpm、不同液膜厚度和离心率参数下的轴承试验，可以用于开展流体静压轴承低温试验研究。这将有助于了解其低温应用特性，为可重复使用航天运载器应用做好技术储备。