冯凯:高端智能装备关键部件研究

2019年04月24日12:53  来源:人民网-科技频道
 

冯凯发言时照片(湖南大学新闻网图)

高端轴承是机械装备不可或缺的基础零部件,广泛应用于航天航空、能源动力、高端制造等领域。轴承技术往往决定了主机装备的性能和寿命,辐射作用大、带动性强,对国民经济发展和国防建设具有重要影响。特别是在航天领域,由于工作环境的限制,航天装备对功率密度、效率、寿命、温度、维护等有极其苛刻的要求,轴承技术往往成为“卡脖子”的关键技术难题。可以这么说,轴承技术对于航天装备的重要性一点都不亚于 “芯片”对于电子装备的重要性。

湖南大学高端智能装备关键部件研究中心多年以来一直聚焦“高端气体悬浮技术”,力争形成自主可控的关键核心零部件技术。气体悬浮技术可以根据工作原理不同分成很多种。课题组主要针对超高速、超高温动压气浮轴承技术和超精密重载静压气浮轴承技术展开多年的基础和应用研究。

动压气浮轴承技术的基本原理,简单地讲有点类似于飞机起飞。当飞机相对于地面的速度达到一定程度以后,飞机就可以悬浮在空气中。我们的设备也是如此,当转动设备的转轴到达一定转速后,就可以不需要外部辅助设备的情况下,悬浮在空气中。这其中还需要我们设计一些巧妙的结构来帮助空气形成高压气体,悬浮转轴。动压气浮轴承技术可以实现常规轴承技术无法企及的转速,而且由于使用气体作为悬浮介质,对温度不敏感,气体动压轴承技术可以用于非常宽的温度范围。因此,该技术非常适合于航天装备对功率密度、转速、寿命、温度的要求。我们和航天的相关院所一起研制了气悬浮高速陀螺仪,转速可达4万转美分,气体悬浮高速涡轮发电机,设计转速更是达到10万转每分。

另外一种气体悬浮技术在航天装备也大有作为。我们称之为气体静压轴承技术。它的基本工作原理是通过外接高压气体,将气体引入相对运动的两个物体之间,将物体隔开,实现非接触悬浮。我们和航天院所一起采用静压气体悬浮技术来模拟太空微小重力和无摩擦的工作环境,为航天器提供地面模拟仿真条件。我们先后设计和实现了多款多自由度姿态模拟平台。由于未来航天器的重量越来越大,对模拟太空环境的逼真度也要求越来越高,对我们气浮技术的承载能力和精度都提出了更高的要求,需要我们从润滑机理、轴承材料、结构设计及系统集成方面开展更加系统和详细的工作。

航天科技水平是衡量一个国家综合国力水平的标杆,我国相继发射神州系列飞船,完成了空间站交会对接,开展了探月工程,作为一名普通的科技工作者,湖南大学的一员,非常荣幸能够加入到我国航天建设事业中。

(本文来源于湖南大学新闻网,系机械与运载工程学院冯凯教授在2019年“中国航天日”新闻媒体走进湖南大学活动上的发言节选)

(责编:刘婧婷、熊旭)

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