Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Mihai ARGHIR : Laboratoire de Mécanique des Solides. Université de Poitiers
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Sébastien LE LEZ : Laboratoire de Mécanique des Solides. Université de Poitiers
-
Jean FRENE : Laboratoire de Mécanique des Solides. Université de Poitiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les butées et les paliers aérodynamiques fonctionnent sur les mêmes principes que ceux lubrifiés avec de l'huile ou de l'eau (voir Nota). Leur particularité vient de la très faible viscosité des gaz lubrifiants, à la fois avantage et inconvénient, à laquelle s'ajoutent les spécificités apportées par la compressibilité. Ils sont donc utilisés dans des machines de grande précision et de petite taille où se trouvent réunis de grandes vitesses de rotation avec de très faibles jeux (appareils de mesure, industrie médicale).
L'article présente les principales caractéristiques statiques (capacité de charge, couple) et dynamiques (coefficients dynamiques, stabilité, réponse au balourd) des butées et des paliers aérodynamiques, ainsi que les problèmes soulevés lors de leur intégration dans une machine tournante. Les particularités issues de la compressibilité du lubrifiant sont discutées pour l'air, mais les conclusions s'appliquent pour tout autre gaz parfait.
L'article est orienté vers des considérations d'ordre physiques et technologiques nécessaires à être connues lorsque le concepteur envisage l'utilisation des butées ou des paliers aérodynamiques. L'intégration de ces composants dans une machine tournante est présentée en supposant un rotor rigide.
: Le lecteur peut se reporter aux principes familiers largement abordés dans les références [1] et [14].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1996 par Pierre STÉPHAN, Yvan IORDANOFF
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Butées aérodynamiques
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2. Lubrification aérodynamique. Viscosité de l'air
L'air est le principal lubrifiant considéré dans cet article, bien que d'autres fluides compressibles puissent être utilisés (hydrogène, oxygène, azote, etc.). Pour les besoins de la lubrification aérodynamique, l'air est considéré comme un gaz idéal qui obéit à l'équation d'état :
où r = 287,03 m2/s2/K
et qui subit une évolution isotherme.
Dans ces conditions, la propriété principale de l'air est sa compressibilité (∂ ρ /∂P ) T / ρ qui est de l'ordre de 10–6…10–5 Pa –1 pour des pressions dans le film fluide de l'ordre de quelques bars.
Du point de vue de la lubrification, la plus importante caractéristique du fluide lubrifiant est sa viscosité.
L'air a une viscosité dynamique de cent à mille fois inférieure aux lubrifiants liquides. Les faibles valeurs de la viscosité sont, à la fois un avantage (très faibles valeurs de la puissance dissipée), et un désavantage (faibles capacités de charge, de raideur et d'amortissement).
Un avantage complémentaire vient du fait que la viscosité de l'air est très peu sensible aux variations de température.
Ainsi, la figure 1 montre que, pour des températures de 500 oC, la viscosité dynamique est le double de sa valeur à 20 oC. Donc, non seulement les butées et les paliers à air dissipent peu d'énergie, mais leur fonctionnement a lieu à viscosité constante. Il reste à souligner que, même si les vitesses de rotation sont très élevées, le régime d'écoulement en lubrification aérodynamique est généralement laminaire et caractérisé par Re < 1 000.
2.1 Modélisation mathématique. Équation de Reynolds
En lubrification, hydrodynamique ou aérodynamique, la répartition du champ de pression est déterminée à partir de l'équation de Reynolds [1]. En supposant que la masse volumique ρ ne varie pas suivant l'épaisseur du film, l'équation de Reynolds...
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Lubrification aérodynamique. Viscosité de l'air
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FRENE (J.), NICOLAS (D.), DEGUEURCE (B.), BERTHE (D.), GAUDET (M.) - Lubrification hydrodynamique. Paliers et Butées. - Éditions Eyrolles (1990).
-
(2) - RIEGER (N.F.) editor - Design of Gas Bearings Notes supplemental to the RPI-MTI course on gas bearing design (Conception des paliers à air. Notes supplémentaires au cours) . - RPI-MTI, 2 volumes (1967).
-
(3) - CONSTANTINESCU (V.N.) - Gas Lubrication (La lubrification à gaz). - ASME Press (1969).
-
(4) - GROSS (W.A.), MATSCH (L.A.), CASTELLI (V.), ESHEL (A.), VOHR (J.H.), WILDMANN (M.) - Fluid Film Lubrication (La lubrification à film fluide) . - Wiley-Interscience New York (1980).
-
(5) - ARGHIR (M.), LE LEZ (S.), FRENE (J.) - The Finite Volume Solution of the Compressible Reynolds Equation – Linear and Non Linear Analysis of Gas Bearings. - J. of Eng. Tribol. – Part. J., vol. 220, p. 617-627 (2006).
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...
ANNEXES
Ouvrages sur la technologie des paliers à feuilles
HESHMAT (H.), WALOWIT (J.A.), PINKUS (O.) - Analysis of Gas-Lubricated Foil Journal Bearings. - ASME J. of Lub. Tech., vol. 105, p. 647-655 (1983).
BLOK (H.), VAN ROSSUM (J.J.) - The Foil Bearing – A New Departure in Hydrodynamic Lubrication. - Lubr. Eng., p. 316-320, déc. 1953.
MA (J.T.S.) - An investigation of Self-Acting Foil Bearings. - ASME J. of Basic Eng., p. 837-846 (1965).
AGRAWAL (G.L.) - Foil Air/Gas Bearing Technology – An Overview. - ASME Paper 97-GT-347 (1997).
BARNETT (M.A.), SILVER (A.) - Application of Air Bearing to High Speed Turbomachinery. - SAE Paper 700720 (1970).
DELLACORTE (C.), VALCO (M.J.) - Oil-Free Turbomachinery Technology for Regional Jet, Rotorcraft and Supersonic Business Jet Propulsion Engines. - AIAA/ISABE Paper, 2003-1182 (2003).
DELLACORTE (C.), BRUCKNER (R.J.) - Oil-Free Rotor Support Technologies for an Optimized Helicopter Propulsion System , - ISABE Paper, 2007-1145 (2007).
WALTON II (J.F.), HESHMAT (C.A.), TOMASZEWSKI (M.), HESHMAT (H.) - On the Development of an Oil-Free Electric Turbocharger for Fuel Cells. - ASME Paper GT2006-90796 (2006).
DELLACORTE (C.), FELLENSTEIN (J.A.), BENOY (P.A.) - Evaluation of Advanced Solid Lubricant Coatings for Foil Air Bearings Operating at 25 oC and 500 oC. - STLE Tribology Transactions, 42(2), p. 338-342 (1999).
DELLACORTE (C.) - The Evaluation of a Modified Chrome Oxide Based High Temperature Solid Lubricant Coating for Foil Gas Bearings. - STLE Tribology Transactions, 43(2), p. 257-262 (2000).
DELLACORTE (C.), LUKASZEWICZ (V.), VALCO (M.J.), RADIL (K.C.), HESHMAT (H.) - Performance and Durability of High Temperature Foil Air Bearings for Oil-Free Turbomachinery. - NASA TM-2000-209187 (2000).
RADIL (K.C.), DELLACORTE (C.) - The Effect of Journal Roughness and Foil Coatings on the Performance of Heavily Loaded Foil Air Bearings. - STLE Tribology Transactions, 45(2), p. 199-204 (2002).
DELLACORTE (C.), ZALDANA (A.R.), RADIL (K.C.) - A Systems Approach to the Solid Lubrication of Foil Air Bearings for Oil-Free...
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