بررسی مشخصات ارتعاشاتی موتورهای توربین گازی میکروالکترومکانیکی

نوع مقاله : علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

2 دانشیار و عضو هیئت علمی دانشکدة مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله مشخصات ارتعاشاتی موتورهای توربین گازی میکروالکترومکانیکی که روی یاتاقان­های لغزشی سرعت بالای گازی قرار گرفته است، به‌صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. برای لحاظ‌نمودن آثار مربوط به کوچکی مقیاس میکروموتور، از مدل جف‌کات توسعه‌یافته براساس تئوری تنش کوپلی استفاده شده است. بدین‌صورت که ضریب فنریت میکروشفت براساس تئوری مذکور تعیین و با ضرایب فنریت و میرایی یاتاقان سرعت بالای گازی ترکیب شده است. سپس با نوشتن معادلات حرکت میکروموتور و حل آنها بعد از بی­بعد سازی، عباراتی برای فرکانس تشدید، سرعت در آستانة ناپایداری میکروسیستم در حین لنگ­زنی و پاسخ آن در اثر وجود نامیزانی در دیسک استخراج شده است. نتایج حاصل از مثال عددی در قالب نمودارهای تغییرات، مبین تأثیر بسزای پارامترهای مختلف از جمله پارامتر بی‌بعد شده مقیاس طولی و خواص فیزیکی یاتاقان بر مشخصات ارتعاشاتی میکروموتور شامل فرکانس­ تشدید، سرعت در آستانة ناپایداری و سرعت بحرانی می­باشد.

کلیدواژه‌ها


] S. D. Senturia, A. H. Epstein, O. Al-Midani, G. Anathasuresh, A. Ayon, K. Breuer, K-S Chen, F. E. Ehrich, E. Esteve, L. Frechette, G. Gauba, R. Ghodssi, C. Groshenry, S. Jacobson, J. L. Kerrebrock, J. H. Lang, C-C Lin, A. London, J. Lopata, A. Mehra, J. O. Mur Miranda, S. Nagle, D. J. Orr, E. Piekos, M. A. Schmidt, G. Shirley, S. M. Spearing, C. S. Tan, Y-S. Tzeng, I. A. Waitz, Micro-heat engines, gas turbines, and rocket engines- the MIT microengine project, in proceeding of the 28th AIAA Fluid Dynamics Conference, Snowmass Village, 1997.
[2] A. H. Epstein, Millimeter-scale gas turbine engines, in the Proceeding of ASME Turbo Expo 2003 Power for Land, Sea, and Air, Atlanta, Georgia, USA, 2003.
[3] J. H. Lang, Multi-Wafer Rotating MEMS Machines, Turbines, Generators, and Engines, Springer, 2009.
[4] D. C. C. Lam, F. Yang, A. C. M. Chong, J. Wang, P. Tong, Experiments and theory in strain gradient elasticity, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 51, pp. 1477-1508, 2003.
[5] A. W. McFarland, J. S. Colton, Role of material microstructure in plate stiffness with relevance to microcantilever sensors, Journalof Micromechanics and Microengineering, vol. 15, pp. 1060-1067, 2005.
[6] M. Hashemi, M. Asghari, Investigation of the small-scale effects on the three-dimensional flexural vibration characteristics of a basic model for micro-engines, Acta Mechanica, vol. 226, pp. 3085-3096, 2015.
[7] M. Hashemi, M. Asghari, On the Size-Dependent Flexural Vibration Characteristics of Unbalanced Couple Stress-Based Micro-Spinning Beams, Mechanics Based Design of Structures and Machines, 2016.
[8] J. M. Vance, F. Y. Zeidan, B. Murphy, Machinery vibration and rotordynamics, John Wiley & Sons, 2010.
[9] Z. S. Spakovszky, High-Speed Gas Bearings for Micro-Turbomachinery, in book Multi-Wafer Rotating MEMS Machines, Turbines, Generators, and Engines, Springer, 2009.