以高压圆盘气体轴承平行间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化、壁面摩擦和热量输入时,通过理论推导及程序编制,利用数值计算方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数、静温和静压的分布规律。结果表明:对于一维模型而言,气膜对称线上的马赫数始终呈现下降的趋势,静温始终呈现上升的趋势,静压呈现先上升再缓慢下降的趋势;在整个平行气膜间隙中,热量的输入会导致马赫数下降的速率减缓,当热流密度不大时,马赫数受热量输入的影响很小,而热流密度较大时,热量输入对马赫数有较明显的影响;静温受热量输入的影响很大,且热流密度越大,温度上升的越明显,静压受热量输入的影响很小。

高压气体轴承实验具有压力高、流量大等特点。而现有的气体轴承实验气源的压力调节方法由于工作压力低、流量小无法应用于高压和大流量工况。为了对高压气体轴承暂冲实验气源的输出压力进行控制,提出了两级自力式压力调节阀串联调压方法,通过计算确定了自力式压力调节阀的相关参数,并进行了实际测试。测试结果表明:两级串联阀组能使阀后压力在4 s内由1.2 MPa快速下降至设定压力,可实现压力的快速调节。因采用流程工业广泛使用的自力式压力调节阀作为主要调压部件,显著地降低了高压气体轴承暂冲实验气源系统的建设成本,获得了较好的输出压力稳定性,具有较高的工作可靠性。为小型实验室内的暂冲实验气源系统的压力控制提供了一种简单有效的解决思路。

为研究两平行圆板间不可压缩径向扩散流动的规律,从动量积分方程出发,推导出在采用双对称收缩段供气的圆盘止推气体轴承中,描述平行间隙内湍流不可压缩无因次边界层厚度与无因次半径比之间变化规律的新公式;采用湍流边界层中的幂次速度型假设,分析得到两平行圆板间径向流动的速度分布的近似解。利用数值模拟的方式,计算得到圆盘气体轴承平行间隙内部的速度分布,并与近似解进行比较。结果表明,新公式能够比较准地反映边界层厚度的发展过程,从而能迅速得到平行间隙内部的速度分布特点。

为了实验研究圆盘止推气体轴承气膜间隙中的超音速流动特性，需要保证气膜入口处的气流速度达到临界音速。参考风洞中关于收缩段的设计理论，并结合轴承气膜间隙的流道形状，提出了一种柱对称出流新型双对称收缩段壁面型线的设计方法。利用设计的具有双对称结构的收缩段完成供气孔与气膜间隙的型面过渡，使轴向亚音速来流能够平顺地加速为径向音速气流，并且在气膜入口处该气流具有良好的平稳性和均匀度。数值计算结果验证了理论模型的有效性。

通过引入无穷小半径的概念，解决了具有整体圆盘的环面节流静压圆盘止推气体轴承中心点保角变换不存在的数学困难。借助小参数摄动和伽辽金有限元法，给出了求解柱坐标系下二维非定常雷诺气体润滑方程的一种近似解法，从而建立起分析沿气膜高度方向上该结构圆盘止推轴承动态特性的一类理论方法。在结构参数和供气压力不变的情况下，轴承的动态特性随气膜间隙高度以及摄动频率的变化而变化。

采用绝热气动管道平均摩擦系数计算新方法计算了不同长度管道声速流导与管道截面积的比值曲线，与按照ISO6358测试方法得到的测试结果拟合曲线进行了比较，二者基本吻合，表明该计算新方法具有可行性。