张 强,张霞妹

(中国飞行试验研究院 发动机所，西安 710089)

对于微小型航空飞行器而言，与之相配套的微型航空涡轮发动机也成为国外航空发动机强国重点研究的关键技术之一[1]。微型航空发动机尺寸小，各部件结构简单，呈现出以下特点：(1)气体流道尺寸小(最小为6微米)；(2)采用单级离心压气机和向心涡轮结构形式，转子转速达到几十万～上百万转/分；(3)转子系统支撑使用气体轴承；(4)采用蒸发燃烧技术。微型航空发动机具有20～30倍于LiSO2电池系统的能量密度特征，在微型无人机、可携带能源及未来战争等领域具有重大应用前景，其研究分外引人注目。

美国以其高超的发动机研究能力在此方面遥遥领先。21世纪初，麻省理工学院研制了一台直径为20 mm的微型涡轮发动机，其转子转速高达一百万转/分。斯坦福大学研制了直径约50 mm的微型涡轮发动机，其转子转速约为五十万转/分。我国在此方面研究起步较晚。“八·五”期间，我国第一台微型涡轮发动机原理样机诞生于西北工业大学。在2006年，南京航空航天大学试制并运转了一台直径约为11 cm、转速约为10万转/分的微型涡轮发动机。我国在此领域的研究水平与美国相比差距较大。

对于微型发动机转子设计而言，由于转速超高，轴承一般选用以气膜润滑为机理的气体轴承。气体轴承的原理就是利用薄膜气流在高速转动下产生的粘性，从而产生对转子的支撑作用力。为了合理正确地设计微型发动机的气体轴承-转子系统临界转速，本文首先阐述了气体轴承内气膜作用力产生的机理，气膜作用力以及气膜等效刚度的求解方程；……