Power MEMS 微转子-轴承系统的非线性动力学研究

目前对微机电动力系统(Power MEMS )中微气体轴承非线性气膜力所建立的模型仍限于传统雷诺方程或基于沿周向气流充分发展假设的流体动力学方程，忽略了粘性拖曳力的影响，难以合理解释具有超小宽径比和超高转速特点的Power MEMS转子-轴承系统的非线性失稳机理。这是理论上迫切需要解决的问题，也是从源头上控制目前Power MEMS系统动力学失稳、获得动力学优化设计参数的核心基础。本项目从流体力学基本方程出发，充分考虑微轴承沿周向气流不能充分发展的特点，建立包括粘性拖曳力在内的非线性气膜力模型，在此基础上采用基于Chebyshev多项式展开的谱方法，并利用高精度的数值积分求解非线性动力学方程，重点探索微尺度参数、转速以及微转子不平衡量等对系统非线性稳定性的影响规律，通过与实验结果对比，提出控制分岔和混沌的设计参数及稳定性裕度，并研究与该设计参数尺度相匹配的硅微轴承及转子的加工工艺。