基于谐波原理的空间液体润滑储油结构和供油方式关键技术

空间时代带来了过去从未经历过的润滑问题。本项目以空间液体润滑系统为研究对象，以赫兹接触理论和谐波振动原理为理论基础，通过分析相互接触运动零件之间的能量传递过程和彼此接触零件之间的相互作用以及变形规律，研究零件运动过程中产生的自激振动并在一定环境下转换为谐波振动，进而把储油结构中的润滑油输送到摩擦表面。主要研究内容包括弹性承载体的微小变形和谐波振动模型；空间液体润滑油自密性模型；自储油结构的供油模型、自储油结构和供油方式的验证研究等四个方面。本研究的科学意义是创新性地提出一种液体润滑，它不需要油泵等其它外界动力的驱动，而是利用系统中零件运动产生的自激振动把储油结构中的润滑油输送到摩擦表面。这对于携带能量有限的空间机器和仪器设备无疑具有重大的现实意义和工程应用价值。其研究结果为进一步开发新型的空间液体润滑系统提供理论基础，能够解决目前技术条件下航天液体润滑系统存在的使用寿命短等突出问题。

为延长空间机械设备的使用寿命，提出一种基于谐波原理的液体润滑系统。设计了储油结构和供油系统，分析了基本结构和供油机理；建立了液体润滑系统几何模型。弹性体是润滑系统主要零件，其弹性变形和质点振动是实现润滑油供应的关键。建立了弹性体的变形曲线理论模型和弹性体质点振动模型；研究了通过自激振动把储油腔内润滑油输送到摩擦表面而实现供油的方法；建立了供油模型；分析了迷宫密封泄漏量与密封端面结构尺寸和密封面两侧压比之间的关系；设计了微米柱和微米孔的密封端面；建立了密封端面的开启压力和密封压力模型并研究了实现自密封的条件。利用有限元软件对弹性体变形进行了计算和分析，对储油腔内润滑油向摩擦表面的供应进行了仿真计算。计算结果表明：在工作载荷作用下弹性体沿径向发生变形，弹性体质点产生振动，质点振动使储油腔内润滑油经连通油孔流向摩擦表面，实现基于谐波原理的润滑油供应，验证了所提出供油方式的有效性；在密封端面设计合适的微造型面积，能够有效阻止润滑油的挥发和爬移；刷式密封端面泄漏量小，可用于空间液体润滑系统的端面密封；润滑油物性参数影响系统的供油性能，低饱和蒸汽压的高粘度润滑油和表面张力较大的空间润滑油都能够改善密封面的自密封性能。研究结果为空间机械的液体润滑供油方式提供了一种新思路，是一种具有良好应用前景的新型液体润滑系统。可以作为未来长寿命空间润滑方式之一进行深入研究。