Forskere bekræfter endelig en 50-årig teori inden for mekanik

Et eksperiment af EPFL -forskere har bekræftet en teori, der har været brugt i mekanik i over et halvt århundrede - på trods af at den aldrig er blevet fuldt ud valideret. Teamet kunne nu bruge teorien på mere dristige og mere innovative måder i deres søgen efter at udvikle stadig bedre energisystemer.

Nogle teorier er meget udbredt, selvom de aldrig er blevet eksperimentelt valideret. Et eksempel er den såkaldte small-groove-teori, eller NGT, som forklarer hvordan luftsmurede lejer fungerer i mekaniske systemer.

Teorien blev foreslået i 1965, men indtil for nylig, den var kun blevet testet delvist eller indirekte. Forskere ved EPFL's Laboratory for Applied Mechanical Design (LAMD), baseret på Microcity i Neuchâtel, har nu lukket et hul, der har vedvaret i den videnskabelige litteratur i over 50 år. Holdet har offentliggjort sine resultater i tidsskriftet Mekaniske systemer og signalbehandling .

Hvorfor tog det så lang tid at validere teorien? "Dengang, ingeniører var tilfredse med at observere, at teorien virkede, "siger Eliott Guenat, en doktorandassistent ved EPFL og papirets hovedforfatter. "Men det er alt ændret, fordi de mekaniske dele, vi udvikler i dag, er meget mere avancerede og indviklede. "

Den smalle rille -teori blev foreslået i 1965 af J. H. Vohr og C. Y. Chow, to ingeniører på New York-baseret mekanisk teknologi, Inc. Teorien forklarer arbejdet med sildebensrillede journallejer, eller HGJB'er-en type luftsmurt leje, der understøtter roterende dele i mekaniske systemer. Der findes mange forskellige typer lejer, men HGJB'er holder størst løfte om at udvikle ultrahastigheds roterende maskiner, fordi rotoren understøttes på en luftpude, der genereres af den roterende aksel. "Det, der gør HGJB'er specielle, er, at de ikke forårsager slid, fordi der ikke er kontakt, "forklarer Jürg Schiffmann, der leder LAMD. "I mit laboratorium, vi bruger dette design til at udvikle fremtidens energisystemer. "

Validering af teorien

For at validere den smalle rille teori, forskerne monterede en rotor understøttet af flere HGJB'er på en testrig, sætter den til 100, 000 omdrejninger i minuttet. Næste, de brugte et ryster -system til at vibrere rotoren og så hvordan den reagerede. Observationerne tillod dem at beregne lejernes stivhed og dæmpningskoefficienter, som de sammenlignede med teoriens forudsigelser. De fandt ud af, at NGT havde en tendens til marginalt at overvurdere begge værdier.

"Vi var i stand til at kvantificere i hvilket omfang teorien holder, "siger Guenat." Nu hvor vi har forstærket vores forståelse, vi kan tage teorien og anvende den i industrien og forskningen på nye måder. "

Guenat planlægger at udføre flere eksperimenter for at foretage yderligere målinger. "I stedet for at bruge luftsmurede lejer, vi kører eksperimentet igen med kølemiddel, en gas, der bruges i varmepumper, "forklarer han." Ideen er at bekræfte, at teorien ikke kun holder i luften, men også i et medium med markant forskellige kemiske og fysiske egenskaber. "

Elegant i sin enkelhed

NGT er en matematisk elegant teori, der sandsynligvis aldrig ville have set dagens lys, hvis ingeniører først nu havde interesseret sig for luftsmurede lejer. "Disse dage, vi fodrer vores data ind i en computer og lader processoren gøre de tunge løft, "forklarer Guenat." Men selv med moderne processorkraft, det ville tage flere minutter at nå frem til resultatet. Med NGT, vi kan gøre det samme på få sekunder. "Den fuldt validerede teori kunne have innovative applikationer inden for energisystemdesign.