Академиялык изилдөөлөр, түшүнүктүү тил

Verianla | Кыргызча академиялык изилдөөлөр жана илим

27 сентябрь 2026, Жекшемби
VERİANLAКөз карандысыз илимий басма
Менюну ачуу же жабуу
...
Башкы бет / Колдонмо илимдер / Энергетикалык изилдөөлөр / Физика маалыматы киргизилген нейрон тармагы менен суутек отун элементинин аба компрессорлорунда газ фольга подшипнигинин эскиришин жогорку тактыкта симуляциялоо
Энергетикалык изилдөөлөр

Физика маалыматы киргизилген нейрон тармагы менен суутек отун элементинин аба компрессорлорунда газ фольга подшипнигинин эскиришин жогорку тактыкта симуляциялоо

Суутек отун элементтүү унааларда колдонулган жогорку ылдамдыктагы аба компрессорлорунун ишенимдүүлүгү жана энергия натыйжалуулугу ротордун майсыз айланышын камсыз кылган газ фольга подшипниктерине көз каранды.

27/07/2026  Veri Anla 40 көрүү
Физика маалыматы киргизилген нейрон тармагы менен суутек отун элементинин аба компрессорлорунда газ фольга подшипнигинин эскиришин жогорку тактыкта симуляциялоо

Hidrojen отун hücreli araçlarda kullanılan жогорку hızlı hava kompresörlerinin ишенимдүүлүгү жана энергия натыйжалуулугу, ротордун майсыз biçimde dönmesini sağlayan газ фольга подшипниктериa bağlıdır. Kompresörün sık sık başlatılıp durdurulması sırasında yeterli газ пленкасы henüz oluşmadığı үчүн ротор менен üst фольга arasında temas жана эскириш meydana gelebilir. Бул изилдөө, эскириштин ротор titreşimini, газ пленкасы kalınlığını, басым бөлүштүрүлүшүnı жана sürtünmeden kaynaklanan кубат жоготуусуnı nasıl değiştirdiğini жогорку doğrulukla tahmin etmeyi amaçlamaktadır.

Изилдөөчүлөр; aşınmaya bağlı газ пленкасы geometrisini, geçici Reynolds теңдемесиni, фольга rijitliği жана sönümünü, гидродинамикалык подшипник kuvvetlerini жана dört эркиндик даражалуу rijit ротор hareketini içeren fizik tabanlı bir dinamik модель kurmuştur. Teorik modelde temsil edilemeyen etkiler ise ротор hareket denklemine eklenen, öğrenilebilir dört boyutlu bir модель uyuşmazlığı terimiyle telafi edilmiştir. Bu terim; bir önceki zaman adımındaki орун которуу, ылдамдык жана ылдамдануу bileşenleriyle mevcut ротор hızını alan tek gizli katmanlı bir нейрон тармагы tarafından üretilmektedir.

Model, 20.000 менен 40.000 айлануу/мүнөт arasındaki beş hızda дени сак газ фольга подшипнигиtan alınan тажрыйбалык титирөө verileriyle калибрлөө edilmiş; дагы кийин 30 µm derinliğinde жана 140°-220° aralığında yapay эскириш bulunan ayrı bir подшипник grubuyla sınanmıştır. Geleneksel fizik modeli дени сак durumda ortalama %9,11, эскирген durumda %25,22 senkron титирөө hatası verirken, önerilen жогорку тактыктагы modelde bu ortalamalar sırasıyla %2,02 жана %2,48’e düşmüştür. Bütün ылдамдык жана yön koşullarındaki en жогорку bağıl hata %5,73 olmuştur.

Parametrik модель sonuçları, эскириш derinliği жана эскирген çevresel bölge büyüdükçe minimum газ пленкасы kalınlığının azaldığını, maksimum basıncın yükseldiğini жана басым alanının tek tepeli dağılımdan iki ayrı жогорку басым bölgesine dönüştüğünü көрсөтөт. Yaklaşık 15 µm эскириш derinliğine kadar hızlı bir bozulma görülmüş, дагы büyük derinliklerde газ пленкасы жана басым değişimleri kısmen doygunluğa yaklaşmıştır.

30 µm derinliğinde жана 80° genişliğinde эскириш senaryosunda hesaplanan подшипник сүрүлүү gücü, дени сак duruma kıyasla 20.000 dev/dakikada en fazla %44,5, 40.000 dev/dakikada ise %28,1 artmıştır. Bu oranlar гана газ фольга подшипниги-ротор sistemindeki hesaplanmış илээшкек сүрүлүү kaybını туюнтат; аба компрессоруnün же aracın toplam enerji tüketiminin ошол эле oranlarda arttığını göstermemektedir.

Изилдөө, титирөө tabanlı жогорку тактыктагы modelleme жана эскириш etkilerinin nicel analizi bakımından güçlü натыйжалар sunmaktadır. Bununla birlikte гана tek bir подшипник geometrisi, tek bir yapay эскириш profili жана beş dönme hızı denenmiştir. Gaz filmi basıncı, minimum пленка калыңдыгы жана сүрүлүү gücü doğrudan тажрыйбалык olarak ölçülmemiş; bu büyüklükler титирөө verileriyle калибрлөө edilen модель üzerinden эсептелген. Model ayrıca эскириштин zaman içinde nasıl ilerlediğini же подшипниктин kalan kullanım ömrünü doğrudan tahmin etmemektedir.

Araştırmanın негизги problemi nedir?

Proton değişim membranlı отун hücrelerinde аба компрессору, katot tarafına gerekli басым жана debide hava sağlamaktadır. Çalışmanın girişinde önceki araştırmalara dayanılarak, hava sıkıştırma işleminin bir отун элементи sistemindeki yardımcı güç tüketiminin %80’den fazlasını oluşturabileceği belirtilmektedir. Bu oran araştırmanın kendi deneyinde ölçülmemiş; hava besleme sisteminin neden kritik olduğunu açıklamak үчүн literatürden aktarılmıştır.

Hava kompresöründeki ротор, көп жогорку dönme hızlarında жана yağ kullanılmadan çalışmalıdır. Gaz фольга подшипник, ротор hareket ettikçe oluşan гидродинамикалык газ пленкасыyle mili yüzeyden kaldırır. Böylece sıvı yağ gereksinimi ortadan kalkar жана жогорку hızlı изилдөө mümkün olur.

Gaz filmi yeterli kalınlığa бирок ротор belirli bir hıza ulaştığında erişir. Başlatma жана durdurma dönemlerinde газ пленкасы zayıftır; ротор менен подшипниктин üst folyosu temas edebilir. Araç güç talebine uyum sağlamak amacıyla tekrarlanan başlatma-durdurma çevrimleri, yük taşıyan bölgede kademeli бет aşınması oluşturabilir.

Aşınma гана geometrik bir бет kaybı değildir. Üst folyonun yerel biçimi değiştiğinde:

  • Rotor менен фольга arasındaki газ пленкасы kalınlığı değişir.
  • Hidrodinamik басым alanı yeniden dağılır.
  • Rotoru taşıyan подшипник kuvvetleri değişir.
  • Rotor yörüngesi жана титирөө genliği bozulabilir.
  • Gaz tabakasındaki илээшкек kesme жана сүрүлүү gücü artabilir.
  • Yerel yük yoğunlaşması yeni aşınmayı же yağlama kaybını hızlandırabilir.

Çalışmanın негизги sorusu şudur: Fizik tabanlı подшипник-ротор modeli тажрыйба verileriyle birlikte калибрлөө edilerek, дени сак жана эскирген газ фольга подшипниктериın титирөөлөрү менен aşınmaya bağlı yağlama жана сүрүлүү değişimleri ne kadar doğru tahmin edilebilir?

Literatürde hedeflenen boşluk nedir?

Önceki çalışmalar газ фольга подшипниктериın yük kapasitesi, güç tüketimi, фольга rijitliği, демпфирлөө, ön yük жана doğrusal olmayan ротор davranışlarını incelemiştir. Aşınmayı içeren моделдер de geliştirilmiş; geçici yağlama, эскириш topografyası, фольга deformasyonu жана ротор hareketi birlikte ele alınmıştır.

Ancak araştırmacılara göre iki негизги sorun devam etmektedir:

  1. Birçok ротор modeli yatağı başlangıçtaki kusursuz geometrisiyle temsil etmekte жана ilerleyen бет aşınmasını hesaba katmamaktadır.
  2. Çok fiziksel modellerdeki idealizasyonlar, bilinmeyen parametreler жана ölçülmesi zor dinamik etkiler nedeniyle teorik titreşimler чыныгы тажрыйба sinyalleriyle yeterince uyuşmamaktadır.

Изилдөө, fiziksel modeli ortadan kaldırıp гана veriye dayalı bir tahmin üretmemektedir. Bunun yerine Reynolds теңдемеси, фольга dinamiği жана ротор hareketini негизги yapı olarak koruyup açıklanamayan dinamik farkı küçük bir нейрон тармагыyla telafi etmektedir.

Gaz фольга подшипник-ротор системасы nasıl yapılandırılmıştır?

Çalışmanın 6. sayfasındaki Şekil 1, системасы üç ölçekte көрсөтөт. İlk bölümde аба компрессоруnün kesiti, ikinci bölümde türbin, ротор жана iki radyal газ фольга подшипнигиtan oluşan ротор düzeneği, üçüncü bölümde ise tek bir gaz фольга подшипниктин kesiti yer almaktadır.

Gaz фольга подшипниктин негизги bileşenleri şunlardır:

  • Yatak gövdesi: Dışta sabit mekanik destek sağlar.
  • Bombeli фольга: Üst folyoya elastik катуулук жана демпфирлөө sağlar.
  • Üst фольга: Rotoru çevreleyen жана газ пленкасыyle doğrudan etkileşen düzgün yüzeydir.
  • Gaz filmi: Rotor hareketiyle basınçlanan, mili temas etmeden taşıyan ince gaz tabakasıdır.

Modelde газ пленкасы жана фольга yapısı birbirinden bağımsız değildir. Basınç folyoyu deforme eder; фольга deformasyonu газ пленкасы kalınlığını değiştirir; değişen kalınlık ise Reynolds теңдемесиndeki yeni басым alanını belirler. Bu iki büyüklük yakınsayıncaya kadar итеративдүү çözüm yapılmaktadır.

Önerilen жогорку тактыктагы modelin жалпы yapısı

Şekil 1’deki modelleme çerçevesi üç негизги bileşeni birleştirmektedir:

  1. Aşınmayı içeren fizik tabanlı модель: Gaz filmi, фольга yapısı, подшипник kuvvetleri жана ротор dinamiğini çözer.
  2. Öğrenilebilir модель uyuşmazlığı terimi: Teorik modelde yer almayan dinamik etkileri нейрон тармагыyla temsil eder.
  3. Fiziksel sınırlarla parametre tanımlama: Ölçülmesi güç модель parametrelerini тажрыйба sinyallerinden belirlerken değerlerin fiziksel aralıkların dışına çıkmasını engeller.

İleri hesaplamada модель ротор titreşimlerini, газ пленкасы basıncını жана пленка калыңдыгыnı üretir. Geri hesaplamada тажрыйба менен simülasyonun frekans spektrumları karşılaştırılır; hem fiziksel модель parametreleri hem нейрон тармагы салмактары hata geriye yayılımıyla güncellenir.

Aşınma газ пленкасы kalınlığı denklemine nasıl eklenmiştir?

Üst фольга aşınması dikkate alındığında yerel газ пленкасы kalınlığı şu şekilde ifade edilmiştir:

\[ h(\theta,z)=C+e\cos(\theta-\theta_0)+\delta(\theta,z)+\delta_w(\theta) \]

  • h(θ,z): Çevresel açı жана eksenel konuma bağlı газ пленкасы kalınlığı,
  • C: Nominal подшипник boşluğu,
  • e: Rotor eksantrikliği,
  • θ0: Rotorun tutum açısı,
  • δ(θ,z): Basınç altında oluşan фольга deformasyonu,
  • δw(θ): Aşınma nedeniyle oluşan yerel geometrik değişimdir.

Aşınma, yük taşıyan alt bölgede sabit derinlikli жана keskin sınırlı bir parça fonksiyonu olarak modellenmiştir:

\[ \delta_w(\theta)= \begin{cases} d_m, & \theta_s<\theta<\theta_f \\ 0, & \text{diğer açılarda} \end{cases} \]

  • dm: Aşınma derinliği,
  • θs: Aşınmış bölgenin başlangıç açısı,
  • θf: Aşınmış bölgenin bitiş açısıdır.

Şekil 3, aşınmayı подшипниктин alt yük taşıma bölgesinde dikdörtgen profilli bir бет kaybı olarak көрсөтөт. Bu basitleştirme параметрдик etkilerin ayrıştırılmasını kolaylaştırmaktadır; бирок чыныгы yataklarda эскириш derinliği çevresel жана eksenel yönde düzgün olmayabilir, kenarlar keskin olmayabilir жана бет pürüzlülüğü zamanla değişebilir.

Gaz filmi basıncı nasıl эсептелген?

İdeal gaz kabulü altında kullanılan boyutsuz geçici Reynolds теңдемеси жалпы olarak şu biçimdedir:

\[ \frac{\partial}{\partial\theta} \left(PH^3\frac{\partial P}{\partial\theta}\right) + \frac{\partial}{\partial Z} \left(PH^3\frac{\partial P}{\partial Z}\right) = \Lambda\frac{\partial(PH)}{\partial\theta} + 2\Lambda\nu\frac{\partial(PH)}{\partial T} \]

Boyutsuz değişkenler жана подшипник sayısı şu tanımlara dayanır:

\[ P=\frac{p}{p_0},\qquad H=\frac{h}{C},\qquad Z=\frac{z}{R},\qquad \Lambda=\frac{6\mu\omega R^2}{p_0C^2} \]

  • P: Boyutsuz газ пленкасы basıncı,
  • p: Yerel mutlak басым,
  • p0: Ortam basıncı,
  • H: Boyutsuz газ пленкасы kalınlığı,
  • R: Yatak yarıçapı,
  • μ: Gazın dinamik viskozitesi,
  • ω: Rotor açısal hızı,
  • Λ: Dönme hızı, viskozite, yarıçap жана boşluk etkilerini birleştiren подшипник sayısıdır.

Denklemin sol tarafı çevresel жана eksenel басым yayılımını; sağ tarafı ротор hareketi жана zamanla değişen film geometrisinin gaz sıkıştırma etkisini temsil etmektedir.

Folyo yapısı nasıl temsil edilmiştir?

Üst фольга жана bombeli destek yapısı, eşdeğer катуулук жана sönüme sahip yerel bir dinamik destek olarak modellenmiştir:

\[ P=K_v\delta+C_v\frac{d\delta}{dt} \]

  • Kv: Boyutsuz фольга yapısal rijitliği,
  • Cv: Boyutsuz yapısal демпфирлөө,
  • δ: Folyo deformasyonudur.

Gaz filmi basıncı менен фольга deformasyonu tek adımlı zaman alanı fark yöntemiyle tekrar tekrar çözülmektedir. Basınç yakınsadığında подшипник yüzeyine integrasyon uygulanarak yatay жана düşey гидродинамикалык kuvvetler elde edilir:

\[ F_x=-\int_0^L\int_0^{2\pi}(p-p_0)R\sin\theta\,d\theta\,dz \]

\[ F_y=-\int_0^L\int_0^{2\pi}(p-p_0)R\cos\theta\,d\theta\,dz \]

Sayısal integrasyon үчүн Simpson 1/3 kuralı колдонулган.

Sürtünmeden kaynaklanan кубат жоготуусу nasıl эсептелген?

Gaz filmi içindeki илээшкек kesme; ротор бет hızından kaynaklanan Couette akışı менен çevresel басым gradyanından kaynaklanan akışın birleşimi üzerinden эсептелген. Bu kesme geriliminin подшипник yüzeyinde integrasyonu сүрүлүү torkunu vermektedir.

Çalışmada Fc simgesiyle gösterilen сүрүлүү torkundan илээшкек güç tüketimi şu ilişkiyle эсептелген:

\[ P_c=\omega F_c \]

  • Pc: Gaz фольга подшипник-ротор sisteminin hesaplanmış илээшкек сүрүлүү gücü,
  • ω: Rotorun açısal hızı,
  • Fc: Makaledeki gösterimle сүрүлүү torkudur.

Bu büyüklük компрессордун toplam elektrik tüketimi değildir. Türbin kayıpları, aerodinamik sıkıştırma işi, motor же güç elektroniği kayıpları bu denklemde yer almamaktadır.

Rotor dinamik modeli

Rotor, kütle merkezine göre dört эркиндик даражалуу rijit bir cisim olarak modellenmiştir:

  • Yatay doğrusal орун которуу xG,
  • Düşey doğrusal орун которуу yG,
  • X ekseni çevresindeki açısal орун которуу φxG,
  • Y ekseni çevresindeki açısal орун которуу φyG.

İki подшипниктин konumları kütle merkezi hareketinden şu tür ilişkilerle elde edilmektedir:

\[ x_A=x_G-d_{AG}\varphi_{yG},\qquad y_A=y_G+d_{AG}\varphi_{xG} \]

\[ x_B=x_G+d_{BG}\varphi_{yG},\qquad y_B=y_G-d_{BG}\varphi_{xG} \]

Temel ротор hareket denklemi:

\[ \mathbf{M}\ddot{\mathbf{u}}+\omega\mathbf{G}\dot{\mathbf{u}} =\mathbf{F} \]

şeklindedir. Burada:

  • M: Rotor kütlesini жана atalet momentlerini içeren kütle matrisi,
  • G: Jiroskopik matris,
  • u: Dört bileşenli doğrusal жана açısal орун которуу vektörü,
  • F: İki yataktan gelen газ пленкасы kuvvetleri, bunların momentleri жана ротор dengesizliği kuvvetlerinden oluşan toplam kuvvet vektörüdür.

Zaman integrasyonu үчүн koşulsuz kararlı bir algoritma olarak Wilson-θ ыкмасы колдонулган. Ek A’da yöntemin ылдамдануу, ылдамдык жана орун которуу güncelleme denklemleri ayrıntılı biçimde verilmiştir.

Sinir ağı fiziksel modele nasıl eklenmiştir?

Teorik ротор denklemi чыныгы системасы tam temsil edemediği үчүн hareket denklemine öğrenilebilir bir модель uyuşmazlığı terimi eklenmiştir:

\[ \mathbf{M}\ddot{\mathbf{u}}_t+ \omega\mathbf{G}\dot{\mathbf{u}}_t = \mathbf{F}_t+\mathbf{E}_t \]

Et, dört bileşenli bir нейрон тармагы çıktısıdır. Ağın girişleri şunlardır:

  • Önceki zaman adımındaki yatay жана düşey орун которууler,
  • Önceki yatay жана düşey hızlar,
  • Önceki yatay жана düşey ivmeler,
  • Mevcut ротор dönme hızı.

Ağ, Reynolds теңдемеси же ротор denkleminin yerine geçmemektedir. Fiziksel модель негизги dinamiği hesaplamaya devam ederken нейрон тармагы, modellenmemiş kuvvet жана moment benzeri kalan dinamik etkileri temsil etmektedir.

Bilinmeyen fiziksel parametreler nasıl sınırlandırılmıştır?

Öğrenilebilir parametrelerin fiziksel olmayan değerlere gitmesini önlemek үчүн ölçeklenmiş sigmoid dönüşümü колдонулган:

\[ w_i= \frac{1}{1+e^{-\theta_i}} \left(w_{i,\max}-w_{i,\min}\right)+w_{i,\min} \]

  • θi: Optimizasyon sırasında serbestçe güncellenen ham değişken,
  • wi,min жана wi,max: Parametrenin önceden belirlenen fiziksel sınırları,
  • wi: Modele giren sınırlandırılmış fiziksel parametredir.

Bu ыкма, tanımlanan parametrelerin belirtilen aralıkların dışına çıkmasını engellemektedir. Ancak parametrelerin bu aralıklar içinde benzersiz biçimde tanımlandığını же ар башка parametre kombinasyonlarının ошол эле titreşimi üretemeyeceğini tek başına далилдебейт.

İleri hesaplama döngüsü

Çalışmanın 8. sayfasındaki Şekil 2, ileri hesaplamanın iki bağlantılı sütununu көрсөтөт:

  1. Başlangıç орун которууsi, hızı жана ivmesi tanımlanır.
  2. Rotor konumu жана эскириш profili kullanılarak газ пленкасы kalınlığı hesaplanır.
  3. Reynolds теңдемесиyle басым alanı çözülür.
  4. Folyo deformasyonu güncellenir жана басым yakınsayıncaya kadar döngü tekrarlanır.
  5. Basınç alanı integrasyonuyla подшипник kuvvetleri hesaplanır.
  6. Kütle, jiroskopik жана kuvvet matrisleri oluşturulur.
  7. Sinir ağı модель uyuşmazlığı terimini üretir.
  8. Wilson-θ ыкмасы ротордун yeni орун которуу, ылдамдык жана ivmesini hesaplar.
  9. Yeni ротор durumu yeniden газ пленкасы modeline gönderilir.
  10. Sonlandırma zamanına kadar döngü sürdürülür.

Model çıktıları ротор титирөөлөрү, газ пленкасы basıncı жана газ пленкасы kalınlığıdır.

Model hangi kayıp fonksiyonuyla eğitilmiştir?

Deney жана симуляция karşılaştırması doğrudan бардык zaman sinyalinde değil, ayrık Fourier dönüşümüyle elde edilen frekans spektrumu üzerinde yapılmıştır:

\[ D_k=\sum_{j=0}^{n-1}d_j e^{-i2\pi jk/n} \]

Toplam eğitim kaybı iki bileşenden oluşmaktadır:

\[ L_{\mathrm{total}}=\lambda_A L_A+\lambda_E L_E \]

Titreşim spektrumu eşleştirme kaybı:

\[ L_A= \frac{1}{2n} \sum_{i=1}^{n} \left[ (A_{xi}-\hat A_{xi})^2+ (A_{yi}-\hat A_{yi})^2 \right] \]

Sinir ağının açıklanamayan kuvveti gereksiz ölçüde büyütmesini sınırlayan düzenlileştirme bileşeni ise жалпы olarak:

\[ L_E= \frac{1}{n_t}\sum_{t} \|\mathbf{E}_t\|^2 \]

şeklindedir.

  • Axi, Ayi: Deneysel yatay жана düşey spektrum genlikleri,
  • Âxi, Âyi: Modelin spektrum genlikleri,
  • LE: Sinir ağının модель uyuşmazlığı çıktısını sınırlayan terimdir.

Spektrum eşleştirme салмагы 100, модель uyuşmazlığı düzenlileştirme салмагы 1 olarak verilmiştir. PDF’de Denklem 17 bu ikinci katsayıyı λE olarak gösterirken Tablo 2’de λB yazılmıştır. Metinsel açıklamaya göre ikisi de модель uyuşmazlığı kaybının ağırlığına işaret etmektedir; бирок sembol tutarsızlığı ыкма yeniden uygulanırken açıklığa kavuşturulmalıdır.

Deney düzeneği

Çalışmanın 14. sayfasındaki Şekil 5, laboratuvar test düzeneğini жана sökülmüş ротор grubunu көрсөтөт. Rotor bir ucunda жогорку basınçlı gazla çalışan türbin tarafından döndürülmekte, iki radyal газ фольга подшипниги tarafından desteklenmektedir. Karşı uçtaki itme diski жана iki itme фольга yatağı eksenel kararlılık sağlamaktadır.

Ölçüm системасы:

  • Türbin ucundaki yansıtıcı banttan okuma yapan lazer takometre,
  • Yatay жана düşey yönlerde birbirine dik yerleştirilmiş iki girdap akımlı орун которуу sensörü,
  • 20 kHz маалымат örnekleme системасы

kullanılarak ротордун hızı жана radyal титирөөлөрү kaydedilmiştir.

Sağlıklı жана эскирген yataklar

İki подшипник durumu hazırlanmıştır:

GrupDurumAşınma özelliğiModeldeki rolü
T0Sağlıklı газ фольга подшипнигиYapay эскириш yokModel eğitimi жана fiziksel parametre kalibrasyonu
T1Aşınmış газ фольга подшипниги30 µm derinlik; 140°-220° aralığında 80° bölgeBağımsız эскирген durum doğrulaması

Kullanılan yatakların негизги özellikleri:

  • Yatak çapı: 30 mm,
  • Eksenel подшипник uzunluğu: 30 mm,
  • Üst фольга kalınlığı: 0,1 mm,
  • Bombeli фольга kalınlığı: 0,1 mm,
  • Folyo malzemesi: X-750,
  • Bombe yüksekliği: 0,55 mm,
  • Bombe şeridi sayısı: 26.

Çalışmanın 15. sayfasındaki Şekil 6, T0 жана T1 yataklarını yan yana көрсөтөт. T1’deki эскирген bölge yük taşıyan alt бетте belirgin biçimde işlenmiştir. Bu durum tekrarlanabilir bir текшерүү örneği sağlar; бирок чыныгы başlatma-durdurma aşınmasının düzensiz topografyasını tam olarak temsil etmez.

Deney маалыматтары nasıl bölünmüştür?

Rotor yavaşlama deneylerinde ылдамдык 40.000 dev/dakikadan 20.000 dev/dakikaya düşürülmüştür. Her подшипник durumu үчүн:

  • 20.000 айлануу/мүнөт,
  • 25.000 айлануу/мүнөт,
  • 30.000 айлануу/мүнөт,
  • 35.000 айлануу/мүнөт,
  • 40.000 айлануу/мүнөт

olmak üzere beş hızda 0,05 saniyelik sinyal parçaları çıkarılmıştır.

T0 дени сак подшипниктин beş hızdaki маалыматтары eğitim үчүн, T1 эскирген подшипниктин ошол эле hızlardaki маалыматтары bağımsız текшерүү үчүн ayrılmıştır. Böylece модель, rastgele bölünmüş ошол эле подшипник verisinde değil, ар башка бет durumundaki bir yatakta sınanmıştır.

Bununla birlikte eğitim kümesinde эскирген örnek жок. T1 başarısı, fiziksel эскириш geometrisinin modele doğru biçimde verilmesine жана дени сак durumdan öğrenilen hata telafisinin эскирген duruma aktarılabilmesine bağlıdır. Farklı derinlik жана şekillerde чыныгы aşınmalar тажрыйбалык текшерүү kümesine alınmamıştır.

Sinir ağı mimarisi жана eğitim ayarları

HiperparametreDeğer
Sinir ağı tipiTam bağlantılı ileri beslemeli ağ
Gizli катмар sayısı1
Gizli nöron sayısı20
AktivasyonTanh
Çıkış boyutu4, doğrusal
OptimizasyonAdam
Azami eğitim dönemi500
Yığın uzunluğu1.000 zaman örneği
Öğrenme oranı0,01
Spektrum kaybı салмагы100
Uyuşmazlık düzenlileştirme салмагы1

Tek gizli katmanlı жана 20 nöronlu yapı, modelin fiziksel denklemlerin yerini alacak büyük bir kara kutu yerine sınırlı bir hata telafi bileşeni olarak tasarlandığını көрсөтөт. Ancak изилдөө ар башка ağ genişlikleri, катмар sayıları же aktivasyonlarla karşılaştırmalı mimari duyarlılık analizi sunmamaktadır.

Tanımlanan fiziksel parametreler

Parametreİzin verilen aralıkKalibre edilen мааниBirim
Rotor системасы kütlesiÖnceden biliniyor1,18kg
Nominal подшипник boşluğu20-10035,52µm
Yatak yapısal kayıp faktörü0,1-0,90,25Boyutsuz
Rotor enine atalet momenti162-172164,53kg·mm2
Rotor kutupsal atalet momenti5.837-6.1975.980,90kg·mm2
Dengesizlik eksantrikliği1-105,79µm
Kütle merkezinden GFB A’ya yatay mesafe-62 менен -58-58,50mm
Kütle merkezinden GFB B’ye yatay mesafe58-6261,50mm

Изилдөө tek bir optimal маани kümesi raporlamaktadır. Bu değerler үчүн güven aralıkları, posterior dağılımlar же birden fazla rastgele başlangıçtaki değişkenlik берилген эмес. Bu nedenle parametrelerin тажрыйбалык belirsizliği жана tanımlanabilirliği ayrı ayrı belirlenememektedir.

Sağlıklı yataktaki текшерүү sonuçları

Çalışmanın 18. sayfasındaki Şekil 8, her ылдамдык үчүн üç grafik sunmaktadır:

  • Rotor merkezinin X-Y düzlemindeki yörüngesi,
  • Düşey титирөө frekans spektrumu,
  • Yatay титирөө frekans spektrumu.

Mavi eğriler deneyi, sarı eğriler özgün fizik modelini, kırmızı eğriler нейрон тармагыyla düzeltilmiş жогорку тактыктагы modeli көрсөтөт. Kırmızı eğriler hem yörünge boyutunda hem senkron spektrum tepesinde тажрыйба sinyaline sarı eğriden дагы yakındır.

Sağlıklı T0 grubunda:

  • Özgün модель hata aralığı: %2,49-%14,00,
  • Özgün модель ortalama hatası: %9,11,
  • Yüksek doğruluklu модель hata aralığı: %0,14-%4,74,
  • Yüksek doğruluklu модель ortalama hatası: %2,02.

Aşınmış yataktaki текшерүү sonuçları

Çalışmanın 19. sayfasındaki Şekil 9, T1 эскирген подшипниктин ротор yörüngelerinin дени сак duruma kıyasla büyüdüğünü жана дагы düzensiz biçimlere dönüştüğünü көрсөтөт. Aynı hızlarda senkron титирөө genlikleri de жалпы olarak T0 grubundan дагы yüksektir.

Изилдөөчүлөр bu değişimi, эскириштин газ пленкасы kalınlığını жана басым бөлүштүрүлүшүnı bozarak ротор üzerinde ek doğrusal olmayan kuvvetler oluşturmasıyla açıklamaktadır.

Aşınmış T1 grubunda:

  • Özgün модель hata aralığı: %17,49-%38,23,
  • Özgün модель ortalama hatası: %25,22,
  • Yüksek doğruluklu модель hata aralığı: %0,25-%5,73,
  • Yüksek doğruluklu модель ortalama hatası: %2,48.

Özgün modelin эскирген durumda belirgin biçimde kötüleşmesi, гана başlangıç geometrisine жана teorik parametrelere dayanan simülasyonun бет bozulmasını doğru temsil edemediğini көрсөтөт. Aşınma geometrisi жана öğrenilmiş hata telafisi birlikte kullanıldığında senkron genlikler deneyle көп дагы yakın eşleşmiştir.

Minimum газ пленкасы kalınlığına эскириш derinliğinin таасири

Şekil 10(a), эскирген bölge 140°-220° arasında sabit tutulurken эскириш derinliğini 0-30 µm arasında değiştirmektedir. Bütün hızlarda minimum пленка калыңдыгы ilk aşamada hızlı biçimde azalmaktadır.

Yaklaşık 15 µm kritik derinlikten кийин eğrilerdeki azalma büyük ölçüde yavaşlamakta, bazı hızlarda küçük dalgalanmalar görülmektedir. Изилдөөчүлөр bunu эскирген boşluk içindeki басым жана film geometrisinin doygunluğa yaklaşmasıyla açıklamaktadır.

Bu натыйжа, 15 µm’nin бардык газ фольга подшипниктери үчүн evrensel arıza sınırı olduğu anlamına gelmez. Değer, bu çalışmadaki 30 mm çaplı подшипник, boşluk, фольга yapısı, yükleme жана ылдамдык koşullarına aittir.

Aşınmış bölgenin genişliğinin таасири

Şekil 10(b), derinlik 30 µm’de sabitken эскирген çevresel bölgeyi 0°-80° arasında genişletmektedir. Minimum газ пленкасы kalınlığı бардык hızlarda düzenli biçimde azalmaktadır.

Grafikten болжол менен okumaya göre 20.000 dev/dakikada minimum пленка калыңдыгы дени сак geometride болжол менен 15 µm iken 80° эскириш bölgesinde болжол менен 10 µm’ye düşmektedir. 40.000 dev/dakikada karşılık gelen değerler болжол менен 19 µm жана 14 µm’dir. Bunlar grafikten болжол менен okunan değerlerdir.

Aşınma derinliği yerel film çökmesinin büyüklüğünü, эскирген bölgenin genişliği ise bozulmanın çevresel yayılımını belirlemektedir.

Gaz filmi kalınlığı dağılımı

Şekil 11, 40.000 dev/dakikada подшипниктин orta düzlemindeki пленка калыңдыгыnı çevresel açıya göre көрсөтөт.

Aşınma derinliği arttığında 140° жана 220° sınırları arasında жогорку, basamak benzeri bir geometrik bölge oluşurken bu bölgenin giriş жана çıkışında пленка калыңдыгы keskin biçimde değişmektedir. Aşınma bölgesi genişletildiğinde bu basamak alanı genişlemekte жана sınır gradyanları ар башка açılara taşınmaktadır.

Grafikler, toplam подшипник boşluğunun эскирген çukur içinde geometrik olarak дагы büyük olabilmesine rağmen ротор konumu жана гидродинамикалык yük dağılımının yeniden ayarlanması nedeniyle sistemin başka bir konumundaki minimum çalışan газ пленкасыnin inceldiğini көрсөтөт. Dolayısıyla “эскириш boşluğu artırır, film neden incelir?” sorusunun yanıtı ротордун yük altında орун которууsi жана гидродинамикалык kama etkisinin bozulmasıdır.

Maksimum газ пленкасы basıncının değişimi

Şekil 12(a), 80° genişliğindeki эскириш bölgesinde derinlik arttıkça boyutsuz maksimum basıncın болжол менен 1,23 düzeyinden 1,5-1,6 aralığına yükseldiğini көрсөтөт. Artış ilk 10-15 µm’de hızlı, дагы кийин sınırlıdır.

Şekil 12(b), эскириш bölgesi genişledikçe maksimum basıncın жалпы olarak yükseldiğini көрсөтөт. Bununla birlikte bazı ылдамдык eğrileri болжол менен 60° civarında tepe yaptıktan кийин 80°’de hafif düşmektedir. Ana metin eğilimi жалпы artış olarak özetlese de grafik, en geniş эскириш bölgesinde küçük bir ылдамдык bağımlı doğrusal olmama bulunduğunu көрсөтөт.

Minimum пленка калыңдыгыnın azalması менен maksimum basıncın yükselmesi birlikte, yükün дагы küçük yerel bölgelerde yoğunlaştığına işaret etmektedir.

Basınç alanı neden tek tepeden çift tepeye dönüşmektedir?

Şekil 13, 40.000 dev/dakikada çevresel басым бөлүштүрүлүшүnı көрсөтөт. Sağlıklı durumda yük taşıyan bölgede tek жана geniş bir басым tepesi vardır.

Aşınma derinliği arttıkça эскирген bölgenin iki sınırında газ пленкасы geometrisinin ani değişmesi ayrı гидродинамикалык kama etkileri meydana getirmektedir. Basınç alanı:

  • Birinci tepeyi эскирген bölgenin girişine yakın,
  • İkinci жана дагы жогорку tepeyi çıkış sınırına yakın

oluşturacak biçimde ikiye ayrılmaktadır.

Derinlik 15 µm’yi aştığında tepe büyüklükleri büyük ölçüde kararlı hâle gelmektedir. Aşınma bölgesinin genişliği değiştirildiğinde ise tepelerin çevresel konumu эскириш sınırlarıyla birlikte kaymaktadır.

Araştırmanın mekanistik yorumuna göre эскириш derinliği басым tepesinin büyüklüğünü, эскирген bölge ise tepelerin yerini belirlemektedir. Çift tepe yapısı, düzgün olmayan yerel yükleme жана yağlama kaybı үчүн potansiyel bir belirti olarak sunulmuştur.

Sürtünme gücü neden artmaktadır?

Aşınma iki etkili mekanizmayı ошол эле anda oluşturmaktadır:

  1. Minimum газ пленкасы inceldiği үчүн ротор менен фольга arasındaki ылдамдык gradyanı жана илээшкек kesme artar.
  2. Yerel газ пленкасы basıncı yükseldiği үчүн басым kaynaklı kesme жана yük yoğunlaşması güçlenir.

Şekil 14(a), sabit 80° эскириш bölgesinde derinlik büyüdükçe сүрүлүү gücünün doğrusal olmayan biçimde arttığını көрсөтөт. Yaklaşık 15 µm’den кийин artış hızı, film жана basınçtaki doygunlukla uyumlu biçimde yavaşlamaktadır.

Şekil 14(b), 30 µm sabit derinlikte эскириш bölgesi genişledikçe сүрүлүү gücünün yükseldiğini көрсөтөт.

KoşulAşınma senaryosuSağlıklı duruma göre azami bağıl artış
20.000 айлануу/мүнөт30 µm derinlik, 80° bölge%44,5
40.000 айлануу/мүнөт30 µm derinlik, 80° bölge%28,1

Grafikten болжол менен olarak mutlak сүрүлүү gücü 20.000 dev/dakikada 7 W civarından болжол менен 10 W’a, 40.000 dev/dakikada 23 W civarından болжол менен 29 W’a yükselmektedir. Mutlak güç жогорку hızda дагы büyük olmasına rağmen төмөн hızdaki başlangıç мааниси дагы küçük olduğu үчүн yüzdesel artış 20.000 dev/dakikada дагы yüksektir.

Çalışmanın күчтүү жактары

  • Aşınma, газ пленкасы, esnek фольга жана dört эркиндик даражалуу ротор dinamiği ошол эле modelde birleştirilmiştir.
  • Sinir ağı fiziksel modelin yerine değil, модель uyuşmazlığını telafi eden sınırlı bir terim olarak колдонулган.
  • Bilinmeyen fiziksel parametreler sigmoid fonksiyonlarla makul aralıklar içinde tutulmuştur.
  • Deneysel титирөө verileriyle fiziksel parametreler жана ağ салмактары birlikte калибрлөө edilmiştir.
  • Sağlıklı подшипник eğitim үчүн, ayrı bir эскирген подшипник ise bağımsız текшерүү үчүн колдонулган.
  • Yatay жана düşey yönler, beş ар башка dönme hızında ayrı ayrı değerlendirilmiştir.
  • Özgün fizik modeliyle doğrudan karşılaştırma yapılarak нейрон тармагы telafisinin katkısı көрсөтүлгөн.
  • Sağlıklı жана эскирген durumda ortalama senkron титирөө hataları болжол менен %2 düzeyine indirilmiştir.
  • Aşınma derinliği жана çevresel genişliğin пленка калыңдыгы, басым жана сүрүлүү üzerindeki rolleri ayrı ayrı incelenmiştir.
  • Basınç alanının tek tepeden çift tepeye dönüşmesi mekanistik olarak эскириш sınırlarıyla ilişkilendirilmiştir.
  • Makale, modelin doğrulandığı aralığın dışına doğrudan taşınmaması gerektiğini натыйжа bölümünde açıkça belirtmektedir.

Çalışmanın чектөөлөрү

  • Изилдөө hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
  • Yalnızca bir подшипник geometrisi, X-750 фольга malzemesi жана tek ротор düzeneği колдонулган.
  • Doğrulama 20.000-40.000 айлануу/мүнөт aralığındaki beş hızla sınırlıdır.
  • Model дени сак T0 verileriyle eğitilmiş жана гана tek yapay эскириш durumu T1 менен sınanmıştır.
  • T1 aşınması 30 µm derinliğinde жана 80° genişliğinde düzgün bir profildir; чыныгы эскириштин iki boyutlu жана düzensiz topografyasını temsil etmez.
  • Başlatma-durdurma sırasında эскириштин zaman içinde oluşumu modellenmemiştir. Aşınma profili modele önceden verilmiştir.
  • Model эскириш hızını, toplam çevrim ömrünü же kalan faydalı ömrü doğrudan tahmin etmemektedir.
  • Gaz filmi basıncı жана пленка калыңдыгы параметрдик analizde модель çıktısıdır; изилдөө bunları doğrudan sensörle doğrulamamıştır.
  • Sürtünme gücü de doğrudan айлантуу моменти же elektrik gücü ölçümüyle doğrulanmamıştır.
  • Model doğrulaması ağırlıklı olarak senkron титирөө genliklerine dayanır; бардык geniş bant spektrumu, faz жана zaman alanı hatası үчүн tek bir toplu критерий берилген эмес.
  • Her hızda гана 0,05 saniyelik sinyal parçaları колдонулган.
  • Deney tekrar sayısı, ölçüm belirsizliği жана sensör güven aralıkları raporlanmamıştır.
  • Kalibre edilen fiziksel parametreler үчүн belirsizlik aralıkları берилген эмес.
  • Farklı parametre kümelerinin benzer titreşimler üretip üretemeyeceğine ilişkin tanımlanabilirlik analizi yapılmamıştır.
  • Sinir ağı mimarisi, öğrenme oranı жана kayıp салмактары үчүн sistematik duyarlılık же ablation analizi жок.
  • Farklı fizik-маалымат hibrit yöntemleriyle karşılaştırma yapılmamıştır.
  • Sıcaklık, termal genleşme, gaz viskozitesinin sıcaklığa bağımlılığı жана эскириш-termal-dinamik etkileşim modele dâhil edilmemiştir.
  • Kaçak, фольга kaplama bozulması, бет pürüzlülüğü gelişimi жана malzeme sıcaklığı ayrı durum değişkenleri olarak modellenmemiştir.
  • Denklem 17 менен Tablo 2 arasında ikinci kayıp ağırlığının simgesinde λE/λB tutarsızlığı бар.
  • %44,5’lik artış гана hesaplanan подшипник сүрүлүү kaybıdır; бардык аба компрессору же отун элементи системасы verimini temsil etmez.
  • Gerçek zamanlı çevrim içi durum izleme, arıza alarm eşiği же bakım kararı bu çalışmada uygulanmamıştır.

Изилдөө neyi колдойт?

  • Fizik tabanlı газ фольга подшипниги-ротор modeli, öğrenilebilir bir модель uyuşmazlığı terimiyle тажрыйбалык titreşimlere дагы yakın hâle getirilebilir.
  • Sağlıklı yatakta калибрлөө edilen hibrit модель, bilinen bir эскириш geometrisi verildiğinde ayrı эскирген yataktaki senkron титирөөлөрү төмөн hatayla tahmin edebilmiştir.
  • Aşınmış подшипник, дени сак yatağa kıyasla дагы büyük жана дагы karmaşık ротор yörüngeleri üretmiştir.
  • Aşınma derinliği жана эскирген çevresel alan minimum газ пленкасы kalınlığını azaltmaktadır.
  • Aşınma maksimum газ пленкасы basıncını yükseltmekte жана yükün yerel alanlarda yoğunlaşmasına yol açmaktadır.
  • Yaklaşık 15 µm’den кийин incelenen modelde film жана басым değişimleri kısmen doygunluğa yaklaşmaktadır.
  • Aşınma, басым alanını tek tepeli yapıdan çift tepeli yapıya dönüştürebilmektedir.
  • Film incelmesi жана басым artışı birlikte hesaplanan илээшкек сүрүлүү gücünü yükseltmektedir.
  • Minimum пленка калыңдыгы жана максималдуу басым, incelenen sistemde aşınmaya duyarlı durum göstergeleri olarak kullanılabilir.

Изилдөө neyi далилдебейт?

  • Modelin бардык суутек отун элементи hava kompresörlerinde ошол эле doğruluğu vereceği kanıtlanmamıştır.
  • %5,73’ten төмөн hatanın текшерүү aralığı dışındaki hızlarda korunacağı gösterilmemiştir.
  • 15 µm эскириш derinliğinin бардык газ фольга подшипниктери үчүн evrensel bakım же arıza sınırı olduğu gösterilmemiştir.
  • Model чыныгы эскириш ilerlemesini же подшипниктин kalan ömrünü tahmin etmemektedir.
  • Hesaplanan басым жана пленка калыңдыгы alanları doğrudan тажрыйбалык ölçümle doğrulanmamıştır.
  • Sürtünme gücündeki %44,5 artışın aracın enerji tüketimini %44,5 artırdığı söylenemez.
  • Hava kompresörünün toplam yardımcı gücünün bu modelle doğrudan hesaplandığı gösterilmemiştir.
  • Sinir ağının öğrendiği uyuşmazlık teriminin tek bir fiziksel arızaya karşılık geldiği kanıtlanmamıştır.
  • Önerilen yöntemin diğer hibrit же tamamen veriye dayalı modellerden жалпы olarak üstün olduğu gösterilmemiştir.
  • Изилдөө çevrim içi saha verisiyle чыныгы zamanlı bakım системасы kurmamıştır.
  • Yapay эскириш profili чыныгы araç kullanımında oluşan бардык topografileri temsil etmemektedir.

Hidrojen отун hücreli araçlar açısından olası anlamı

Hava kompresörü verimindeki küçük kayıplar, отун элементи sisteminde önemli yardımcı güç tüketimine dönüşebilir. Gaz фольга подшипниктин эскириш durumunun doğru tahmin edilmesi şu alanlarda yararlı olabilir:

  • Bakım zamanının титирөө verilerine göre planlanması,
  • Aşınma ilerlemeden мурда yağlama bozulmasının belirlenmesi,
  • Kompresörün төмөн verimli изилдөө bölgesinden kaçınılması,
  • Yatak geometrisi жана фольга yapısının tasarım optimizasyonu,
  • Dijital ikiz же durum izleme sistemlerinin geliştirilmesi.

Ancak bu uygulamalar үчүн modelin ар башка yataklarda, ар башка sıcaklıklarda, чыныгы başlangıç-durdurma çevrimlerinde жана uzun dönem saha verilerinde yeniden калибрлөө edilmesi gerekir.

Gelecek araştırmalar

Yazarlar sonraki çalışmalar үчүн iki негизги genişleme önermektedir:

  1. Aşınma, sıcaklık жана ротор dinamiğinin karşılıklı etkileşimini içeren termal bağlantılı модель,
  2. Tekdüze parça profil yerine eksenel жана çevresel yönde gelişen iki boyutlu эскириш topografyası.

Bunlara ek olarak modelin bakım uygulamasına dönüşebilmesi үчүн doğrudan басым же пленка калыңдыгы ölçümü, çoklu эскириш seviyeleri, tekrarlı deneyler, parametre belirsizliği жана чыныгы zamanlı kestirim doğrulaması gereklidir.

Çalışmanın Yöntemi жана Bulguları

Deneysel жана sayısal tasarım özeti

BileşenÇalışmada uygulanan маани же ыкма
UygulamaСуутек отун элементи аба компрессору газ фольга подшипниги-ротор системасы
Fizik modeliAşınma geometrisi + Reynolds теңдемеси + фольга yapısal dinamiği + dört эркиндик даражалуу ротор
Veri modeliDört boyutlu модель uyuşmazlığı üreten tam bağlantılı нейрон тармагы
Zaman integrasyonuWilson-θ ыкмасы
Basınç-фольга çözümüYakınsamalı итеративдүү çözüm
Yatak kuvvetleriSimpson 1/3 sayısal integrasyonu
Deney tipiSerbest yavaşlama/run-down титирөө deneyi
Ölçülen değişkenlerRotor hızı, yatay жана düşey орун которуу
Örnekleme frekansı20.000 Hz
İncelenen hızlar20.000, 25.000, 30.000, 35.000 жана 40.000 айлануу/мүнөт
Sinyal parçasıHer ылдамдык үчүн 0,05 saniye
Eğitim grubuT0 дени сак подшипник
Doğrulama grubuT1, 30 µm жана 140°-220° эскирген подшипник
Kayıp alanıFrekans spektrumundaki yatay жана düşey genlikler

Bütün senkron титирөө текшерүү sonuçları

GrupHızYönDeneyÖzgün модельÖzgün hataYüksek doğruluklu модельYeni hata
T0 дени сак20.000Düşey6,323 µm7,172 µm%13,436,468 µm%2,29
T0 дени сак20.000Yatay6,648 µm6,185 µm%6,966,830 µm%2,74
T0 дени сак25.000Düşey7,829 µm8,325 µm%6,347,628 µm%2,57
T0 дени сак25.000Yatay7,904 µm7,461 µm%5,608,055 µm%1,91
T0 дени сак30.000Düşey8,779 µm8,560 µm%2,498,668 µm%1,26
T0 дени сак30.000Yatay8,603 µm7,934 µm%7,788,869 µm%3,09
T0 дени сак35.000Düşey8,919 µm8,040 µm%9,868,496 µm%4,74
T0 дени сак35.000Yatay8,633 µm7,614 µm%11,808,645 µm%0,14
T0 дени сак40.000Düşey7,987 µm6,869 µm%14,007,903 µm%1,05
T0 дени сак40.000Yatay7,563 µm6,591 µm%12,857,596 µm%0,44
T1 эскирген20.000Düşey7,746 µm5,595 µm%27,777,704 µm%0,54
T1 эскирген20.000Yatay8,519 µm5,262 µm%38,238,498 µm%0,25
T1 эскирген25.000Düşey9,422 µm7,774 µm%17,499,076 µm%3,67
T1 эскирген25.000Yatay9,752 µm7,897 µm%19,029,800 µm%0,49
T1 эскирген30.000Düşey10,359 µm8,299 µm%19,8910,387 µm%0,27
T1 эскирген30.000Yatay10,786 µm8,590 µm%20,3610,385 µm%3,72
T1 эскирген35.000Düşey10,375 µm7,866 µm%24,189,781 µm%5,73
T1 эскирген35.000Yatay10,731 µm8,304 µm%22,6210,221 µm%4,75
T1 эскирген40.000Düşey9,855 µm6,744 µm%31,5710,204 µm%3,54
T1 эскирген40.000Yatay10,201 µm7,029 µm%31,0910,013 µm%1,84

Doğruluk sonuçlarının özeti

Veri grubuÖzgün модель ortalama hatasıYüksek doğruluklu модель ortalama hatasıYüksek doğruluklu модель azami hatası
T0 дени сак eğitim grubu%9,11%2,02%4,74
T1 эскирген текшерүү grubu%25,22%2,48%5,73

Aşınmış grupta özgün modelin ortalama hatası болжол менен 10 kat azalarak %25,22’den %2,48’e düşmüştür. Bu karşılaştırma, нейрон тармагы telafisi жана калибрлөө edilmiş parametrelerin belirgin katkısını көрсөтөт. Bununla birlikte көрсөткүч, ошол эле test düzeneğinin bilinen эскириш geometrisine sahip tek текшерүү yatağında ölçülmüştür.

Parametrik bulguların teknik özeti

Değiştirilen parametreDiğer sabit koşulMinimum пленка калыңдыгыMaksimum басымSürtünme gücü
Aşınma derinliği: 0-30 µmAşınma bölgesi 80°İlk 10-15 µm’de hızlı azalır, кийин doygunluğa yaklaşırHızlı yükselir, болжол менен 15 µm’den кийин sınırlı değişirDoğrusal olmayan biçimde artar; artış hızı 15 µm’den кийин düşer
Aşınma bölgesi: 0°-80°Aşınma derinliği 30 µmGenel olarak düzenli azalırGenel olarak yükselir; bazı hızlarda 60° sonrası hafif düşüş vardırBölge genişledikçe artar

Şekillerin teknik yorumu

Şekil 1: Yüksek doğruluklu modelleme çerçevesi

Üst sırada компрессор, ротор жана газ фольга подшипниги kesiti; alt sırada fiziksel GFB modeli, нейрон тармагы uyuşmazlık terimi, sınırlandırılmış parametre tanımlama жана тажрыйба-модель kayıp minimizasyonu gösterilmektedir. Şekil, fizik жана verinin tek kapalı optimizasyon döngüsünde birleştirildiğini açıklamaktadır.

Şekil 2: İleri hesaplama akışı

Sol sütun Reynolds теңдемеси менен фольга deformasyonunun yakınsamasını, sağ sütun подшипник kuvvetlerinden ротор dinamiğine жана нейрон тармагы düzeltmesine uzanan zaman integrasyonunu көрсөтөт. İki sütun ротор durumları жана подшипник kuvvetleriyle birbirini sürekli beslemektedir.

Şekil 5 жана Şekil 6: Deney düzeneği жана подшипник durumları

Şekil 5’te sensörlerin yerleşimi, türbin, iki radyal подшипник, ротор жана itme diski görülmektedir. Şekil 6, дени сак T0 yüzeyiyle alt yük bölgesinde işlenmiş T1 aşınmasını görsel olarak karşılaştırmaktadır.

Şekil 7: Yavaşlama sinyalleri

Sağlıklı жана эскирген yatakların болжол менен 7-11 saniyelik yatay жана düşey zaman sinyalleri verilmiştir. Aşınmış grubun титирөө bandı дагы geniş жана дагы düzensizdir. Model eğitimi bu uzun sinyallerden seçilen 0,05 saniyelik bölümlere dayanmaktadır.

Şekil 8 жана Şekil 9: Rotor yörüngeleri жана spektrumlar

Sağlıklı grupta yörüngeler дагы düzenli жана sınırlıyken эскирген grupta genişlemekte жана şekil bozulmaktadır. Yüksek doğruluklu modelin kırmızı eğrileri тажрыйбалык mavi eğrilere, özgün sarı modelden дагы yakındır. Sayısal текшерүү senkron frekans tepesindeki genlikler üzerinden yapılmıştır.

Şekil 10 жана Şekil 11: Film kalınlığı

Şekil 10, minimum film değerlerini hızlara göre karşılaştırırken Şekil 11, 40.000 dev/dakikadaki çevresel dağılımı gösterir. Derinlik yerel çökmenin şiddetini, bölge genişliği ise bozulmanın yayılımını kontrol etmektedir.

Şekil 12 жана Şekil 13: Basınç alanı

Şekil 12 maksimum basıncın aşınmayla yükseldiğini; Şekil 13 ise tek басым tepesinin эскириш sınırlarında iki tepeye ayrıldığını көрсөтөт. Derinlik tepe büyüklüğünü, эскирген bölgenin sınırları tepe konumlarını değiştirmektedir.

Şekil 14: Sürtünme gücü

Mutlak сүрүлүү gücü ротор hızıyla yükselmektedir. Aşınmaya bağlı bağıl artış ise 20.000 dev/dakikada дагы büyüktür. Derinlik таасири болжол менен 15 µm’den кийин doygunluğa yaklaşırken genişlik таасири incelenen aralıkta artmaya devam etmektedir.

İstatistik жана belirsizlik notu

Изилдөө klasik hipotez testleri, p-değerleri же ölçüm tekrarlarına dayalı güven aralıkları raporlamamaktadır. Model doğruluğu, senkron титирөө genliğindeki bağıl hata üzerinden değerlendirilmiştir.

“Bütün koşullarda %5,73’ün altında hata” ifadesi, гана:

  • İki ölçüm yönü,
  • Beş ротор hızı,
  • Bir дени сак жана bir эскирген подшипник durumu,
  • Bu laboratuvar düzeneği

үчүн geçerlidir. Sonucun дагы geniş bir popülasyondaki istatistiksel ишеним аралыгы raporlanmamıştır.

Kaynak жана Yöntem Notu

Tam özgün başlık: High-fidelity wear simulation of gas foil bearing-ротор systems in hydrogen fuel cell air compressors using a physics-informed neural network

Yazarlar жана sıraları: Yongliang Zhou; Xingkai Yang; Pengcheng Zhu; Junyang Shang; Xulong Hu; Wenjun Li; Kai Feng.

Eş katkı же eş birinci yazarlık: PDF’de eş katkı ya da eş birinci yazar beyanı жок.

PDF’de belirtilen sorumlu yazarlar: Xingkai Yang жана Kai Feng.

Sorumlu yazar e-postaları: xkyang1992@163.com жана jkai.feng@gmail.com.

SSRN iletişim yazarı kaydı: Resmî SSRN sayfasında Kai Feng “Contact Author” olarak gösterilmektedir. PDF’de iki sorumlu yazar bulunduğundan bilimsel kimlik açıklamasında PDF beyanı esas alınmıştır.

Kurum: College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China.

Kaynak türü: Deneysel текшерүү, көп fiziksel ротор-подшипник modellemesi жана физика маалыматы киргизилген нейрон тармагы kalibrasyonu içeren preprint araştırma makalesi.

Araştırma alanları: Gaz фольга yataklar, ротор dinamiği, triboloji, суутек отун элементи hava kompresörleri, физика маалыматы киргизилген makine öğrenmesi жана durum izleme.

Sayfa sayısı: 29.

Yayın platformu: SSRN.

SSRN yükleme tarihi: 15 Haziran 2026.

DOI: 10.2139/ssrn.6945898

Resmî bağlantı:https://ssrn.com/abstract=6945898

DOI bağlantısı:https://doi.org/10.2139/ssrn.6945898

Hakemlik durumu: Hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. PDF’nin her sayfasında “Preprint not peer reviewed” uyarısı бар.

Hakemli dergi: 27 Temmuz 2026 itibarıyla doğrulanmış bir hakemli dergi sürümüne ulaşılamamıştır.

Özgün dergi yayınevi: Hakemli dergi yayını doğrulanmadığı үчүн mevcut değildir. Güncel bilimsel yayın platformu SSRN’dir.

Yazar katkıları

Yüklenen PDF’de CRediT yazarlık katkısı же yazar bazında görev dağılımı жок. Bu nedenle hangi yazarın kavramsallaştırma, тажрыйба, модель geliştirme, yazılım же yazım görevlerini üstlendiği tahmin edilmemiştir.

Finansman

Изилдөө aşağıdaki projeler tarafından desteklenmiştir:

  • National Science and Technology Major Project, proje numarası 2026ZD0719001,
  • National Natural Science Foundation of China, hibe numarası 52505181,
  • Hunan Provincial Natural Science Foundation of China, hibe numarası 2025JJ60319.

Çıkar çatışması

Yazarlar, çalışmayı etkileyebilecek bilinen bir mali çıkar же kişisel ilişki bulunmadığını beyan etmiştir.

Veri erişimi

Verilerin talep üzerine sağlanacağı айтылган. Açık bir маалымат deposu, eğitim kodu же модель салмагы bağlantısı PDF’de берилген эмес.

Makale hazırlama ыкмасы

Bu Türkçe Verianla makalesi, kullanıcının yüklediği 29 sayfalık preprintin başlık жана yazar bilgileri, ana metni, 17 негизги denklem, Wilson-θ eki, dört tablo, 14 ana şekil, тажрыйба görüntüleri, титирөө yörüngeleri, spektrumlar, газ пленкасы kalınlığı жана basıncı grafikleri, сүрүлүү gücü sonuçları, finansman beyanı жана kaynakçası incelenerek hazırlanmıştır.

Bilimsel açıklamalar гана yüklenen PDF’de sunulan изилдөө, ыкма жана sonuçlara dayanmaktadır. Dış kaynaklar гана başlık, yazarlar, kurum, DOI, yükleme tarihi, platform жана güncel yayın durumunun bibliyografik doğrulanması amacıyla колдонулган. PDF dışından yeni bir тажрыйбалык bulgu eklenmemiştir.

Temel yöntemsel sınır

Çalışmanın en güçlü doğrulaması, дени сак durumda калибрлөө edilen modelin yapay biçimde aşındırılmış ayrı bir yataktaki senkron титирөөлөрү en fazla %5,73 bağıl hatayla tahmin etmesidir. Buna karşılık yağlama жана enerjiyle ilgili пленка калыңдыгы, басым жана сүрүлүү sonuçları doğrudan ölçülmemiş модель çıktılarıdır.

Model; doğrulandığı подшипник geometrisi, malzeme özellikleri, эскириш profili жана 20.000-40.000 айлануу/мүнөт ылдамдык aralığı içinde yorumlanmalıdır. Farklı kompresörlere doğrudan aktarım үчүн fiziksel parametrelerin yeniden калибрлөө edilmesi, gerekirse модель denklemlerinin genişletilmesi жана yeni тажрыйбалык текшерүү yapılması gerekmektedir.

Bu preprint, газ фольга подшипниги aşınmasının ротор titreşimi жана hesaplanan yağlama kayıpları üzerindeki etkisini açıklayan güçlü bir fizik-маалымат hibrit çerçeve sunmaktadır. Ancak ыкма henüz saha ölçeğinde kalan ömür tahmini, otomatik bakım alarmı же бардык отун элементи hava sisteminin enerji optimizasyonu olarak doğrulanmamıştır.


Бөлүшүү:

Пикирлер текшерилгенден кийин жарыяланат.Пикириңиз жактыруу процессине жөнөтүлүп, ылайыктуу деп табылганда көрүнөт.

Пикир калтырыңыз

E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген

Бул сайтта кукилерге уруксат берүү тажрыйбаңызды жакшыртат. Куки саясаты