一种气垫式电磁超声探头的研究

　　1前言

　　近年来，一种新的无损检测方法—电磁超声检测方法(EMAT)得到越来越]‘一泛的应用。根据电磁超声检测的要求，探头与被探物件之间必须保持0.10.3 mm的间隙，目前所采用的接触式电磁超声探头是在其两端安装两个耐磨块，探头靠自重压在被探物件上，探头耐磨块和被探物件直接接触，导致探头磨损严重，大大降低了使用寿命。此外，接触式探头易受工作振动影响。本文提出用一种气垫式探头代替原有的接触式探头，以解决探头磨损问题，同时将电磁超声方法应用于高温坯料无损检测。

　　2工作原理

　　图1所小为气垫式探头的结构原理小意图。压缩空气经供气孔流出后，探头与被探物件之间形成一定厚度的气膜，使得探头浮起，保证了探头与被探物件之间具有一定的间隙。

　　可以通过改变供气压力、气孔的数量、直径和位置，来改变气膜的厚度和刚度。

　　3理论分析

　　3. 1气膜压力的数学模烈

　　为了便于计算，有必要对气垫装置作一些假设:

　　(1)相对滑动速度u=o。实际上，速度u等于被探物体的滑动速度，与气膜内的气流速度相比极小，可以忽略不计。

　　(2)间隙内气体的流动是等温、定常状态。

　　做上述两个假设后，雷诺方程可写成:

　　因气膜周围是大气压，则其边界条件为(参见图2)

　　根据这一边界条件，由式(1)求出供气孔出口压力P。的特解，即压力分布。据此可以计算出气膜的承载能力、流量等。当已知某一气膜的供气力P、供气孔径}l和间隙(气膜厚度)h时，求供气孔的出口压力pa，如用解析方法，则相当烦琐，而借助简中计算又不能求解多孔供气问题。为了解决这个问题，可采用数值解法，为此要运用流量连续条件。即设通过供气孔流入气膜内的流量 r.等于由气膜周围流出的流量Ll。

　　对于图2所小的气垫模烈通过每个供气孔流入气膜的气体流量。由下式给出

　　式中符号的意义:l}一供气孔直径;h一气膜厚度;GO喷嘴的流量系数;P一供气压力;TO供气温度;功一喷嘴的流出速度系数;k一气体常数。

　　其当供气孔出口压力为Po、供气压力为P时，功可用下式表达:

　　上式中X一气体的绝热系数;g一重力加速度。

　　另一方面，从气膜边缘流到气垫外的气体流量，可以根据长方形平行间隙，的粘性流动公式来求出。如图3所小，设间隙为h，流过、"Y处微小元素<1x ,街A平行于、轴及)轴的流动体积流量dqx、和dqy:

　　囚此，当环境压力为P、温度为T,，的气体密度为v。时，由气膜边缘流出的气体质量流量。