Vodorod yoqilg'i elementli avtomobillarda qo'llaniladigan yuqori tezlikli havo kompressorlarining ishonchliligi va energiya samaradorligi rotorning moysiz aylanishini ta'minlovchi gaz-folga podshipniklariga (GFB) bog'liqdir. Kompressorning tez-tez ishga tushirilishi va to'xtatilishi paytida yetarli gaz plyonkasi hali to'liq shakllanmagani sababli rotor bilan ustki folga o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri kontakt va sirtqi yeyilish (yemirilish) sodir bo'lishi mumkin. Ushbu tadqiqot yeyilishning rotor tebranishi, gaz plyonkasi qalinligi, bosim taqsimoti va ishqalanishdan kelib chiqadigan quvvat yo'qotishlarini qanday o'zgartirishini yuqori aniqlikda bashorat qilishni maqsad qilgan.

Tadqiqotchilar yeyilishga bog'liq gaz plyonkasi geometriyasi, o'tkinchi Reynolds tenglamasi, folga bikrligi va dempferlanishi, gidrodinamik podshipnik kuchlari hamda to'rt erkinlik darajasiga ega qattiq rotor harakatini o'z ichiga olgan fizikaga asoslangan dinamik modelni tuzdilar. Nazariy modelda to'liq aks ettirib bo'lmaydigan ta'sirlar esa rotor harakati tenglamasiga qo'shilgan, o'rganilishi mumkin bo'lgan to'rt o'lchamli model nomuvofiqligi hadi orqali kompensatsiya qilindi. Ushbu had oldingi vaqt qadamidagi siljish, tezlik va tezlanish komponentlari hamda joriy rotor tezligini qabul qiluvchi yagona yashirin qatlamli neyron tarmog'i tomonidan ishlab chiqariladi.

Model 20 000 dan 40 000 ayl/daqiqa oralig'idagi beshta tezlikda soz gaz-folga podshipnigidan olingan eksperimental tebranish ma'lumotlari bilan kalibrlandi; so'ngra 30 µm chuqurlikda va 140°–220° burchak oralig'ida sun'iy yeyilish kiritilgan alohida podshipniklar guruhi bilan mustaqil sinovdan o'tkazildi. An'anaviy fizik model soz holatda o'rtacha %9,11, yeyilgan holatda esa %25,22 sinxron tebranish xatoligini bergan bo'lsa, taklif etilgan yuqori aniqlikdagi modelda ushbu o'rtacha xatoliklar mos ravishda %2,02 va %2,48 gacha tushdi. Barcha tezlik va yo'nalish sharoitlaridagi maksimal nisbiy xatolik %5,73 dan oshmadi.

Parametrik model natijalari shuni ko'rsatadiki, yeyilish chuqurligi va yeyilgan aylanma zona kengaygani sari minimal gaz plyonkasi qalinligi kamayadi, maksimal bosim ko'tariladi va bosim maydoni bitta cho'qqili taqsimotdan ikkita alohida yuqori bosim zonasiga aylanadi. Taxminan 15 µm yeyilish chuqurligigacha tezkor yomonlashuv kuzatilgan, undan katta chuqurliklarda esa gaz plyonkasi va bosim o'zgarishlari qisman to'yinish holatiga yaqinlashgan.

30 µm chuqurlik va 80° kenglikdagi yeyilish ssenariysida hisoblangan podshipnik ishqalanish quvvati yo'qotilishi soz holatga nisbatan 20 000 ayl/daqiqa tezlikda maksimal %44,5 ga, 40 000 ayl/daqiqa tezlikda esa %28,1 ga oshgan. Ushbu foizlar faqat gaz-folga podshipnigi-rotor tizimidagi hisoblangan qovushqoq ishqalanish yo'qotilishini ifodalaydi; havo kompressori yoki avtomobilning umumiy energiya sarfi aynan shu nisbatda oshganini bildirmaydi.

Tadqiqot tebranishlarga asoslangan yuqori aniqlikdagi modellashtirish va yeyilish ta'sirlarini miqdoriy tahlil qilish bo'yicha mustahkam natijalarni beradi. Shunga qaramay, tajribada faqat bitta podshipnik geometriyasi, bitta sun'iy yeyilish profili va beshta aylanish tezligi sinab ko'rilgan. Gaz plyonkasi bosimi, minimal plyonka qalinligi va ishqalanish quvvati bevosita datchiklar bilan o'lchanmagan; bu kattaliklar tebranish ma'lumotlari bilan kalibrlangan model orqali hisoblangan. Model, shuningdek, yeyilishning vaqt o'tishi bilan qanday rivojlanishini yoki podshipnikning qoldiq xizmat muddatini to'g'ridan-to'g'ri bashorat qilmaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi nimadan iborat?

Proton almashinuvchi membranali yoqilg'i elementlarida havo kompressori katod tomoniga zarur bosim va sarfda toza havo yetkazib beradi. Tadqiqot kirishida avvalgi ilmiy ishlarga tayangan holda, havoni siqish jarayoni yoqilg'i elementi tizimidagi yordamchi quvvat iste'molining %80 dan ortig'ini tashkil qilishi mumkinligi eslatib o'tiladi. Bu nisbat tadqiqotning o'z tajribasida o'lchanmagan; havo ta'minoti tizimi nima uchun muhim ekanini tushuntirish uchun adabiyotlardan olingan.

Havo kompressoridagi rotor juda yuqori aylanish tezliklarida va moylash materiallarisiz ishlashi shart. Gaz-folga podshipnigi rotor harakati natijasida hosil bo'ladigan gidrodinamik gaz plyonkasi orqali valni sirt ustida tutib turadi. Shu tariqa suyuq moyga ehtiyoj qolmaydi va yuqori tezlikda ishlash ta'minlanadi.

Gaz plyonkasi yetarli qalinlikka faqat rotor ma'lum bir tezlikka yetgandagina erishadi. Ishga tushirish va to'xtatish davrlarida gaz plyonkasi zaif bo'ladi; rotor bilan podshipnikning ustki folgasi o'zaro ishqalanadi. Avtomobil quvvat talabiga moslashish maqsadida takrorlanadigan ishga tushirish-to'xtatish sikllari yuk ko'taruvchi zonada sirtning bosqichma-bosqich yeyilishiga olib keladi.

Yeyilish shunchaki geometrik sirt yo'qolishi emas. Ustki folganing lokal shakli o'zgarganda:

• Rotor bilan folga orasidagi gaz plyonkasi qalinligi o'zgaradi.
• Gidrodinamik bosim maydoni qayta taqsimlanadi.
• Rotorni ko'tarib turuvchi podshipnik kuchlari o'zgaradi.
• Rotor trayektoriyasi va tebranish amplitudasi buzilishi mumkin.
• Gaz qatlamidagi qovushqoq siljish va ishqalanish quvvat yo'qotilishi oshishi mumkin.
• Lokal yuk konsentratsiyasi yangi yeyilishni yoki moylashning buzilishini tezlashtirishi mumkin.

Tadqiqotning asosiy savoli shudur: Fizikaga asoslangan podshipnik-rotor modeli eksperimental ma'lumotlar bilan birgalikda kalibrlansa, soz va yeyilgan gaz-folga podshipniklarining tebranishlari hamda yeyilishga bog'liq moylash va ishqalanish o'zgarishlari qanchalik yuqori aniqlikda bashorat qilinishi mumkin?

Ilmiy adabiyotdagi qaysi bo'shliq maqsad qilingan?

Oldingi tadqiqotlar gaz-folga podshipniklarining yuk ko'tarish qobiliyati, quvvat sarfi, folga bikrligi, dempferlanish, dastlabki yuklama va rotorning nochiziqli harakatlarini o'rgangan. Yeyilishni hisobga oluvchi modellar ham ishlab chiqilgan; o'tkinchi moylash, yeyilish topografiyasi, folga deformatsiyasi va rotor dinamikasi birga ko'rib chiqilgan.

Biroq tadqiqotchilar fikriga ko'ra, ikkita asosiy muammo saqlanib qolmoqda:

1. Ko'plab rotor modellari podshipnikni boshlang'ich benuqson geometriyada ifodalaydi va vaqt o'tishi bilan rivojlanuvchi sirt yeyilishini hisobga olmaydi.
2. Ko'p fizikali modellardagi ideallashtirishlar, noaniq parametrlar va o'lchash qiyin bo'lgan dinamik ta'sirlar tufayli nazariy tebranishlar real eksperimental signallarga to'liq mos kelmaydi.

Ushbu tadqiqot fizik modeldan voz kechib faqat ma'lumotlarga tayanuvchi model tuzmaydi. Aksincha, Reynolds tenglamasi, folga dinamikasi va rotor harakatini asosiy poydevor sifatida saqlagan holda, tushuntirilmagan dinamik tafovutni kichik neyron tarmog'i bilan to'ldiradi.

Gaz-folga podshipnigi-rotor tizimi qanday tuzilgan?

PDF ning 6-sahifasidagi 1-rasm tizimni uchta masshtabda ko'rsatadi. Dastlabki qismda havo kompressorining kesimi, ikkinchi qismda turbina, rotor va ikkita radial gaz-folga podshipnigidan iborat rotor majmuasi, uchinchi qismda esa bitta gaz-folga podshipnigining ko'ndalang kesimi berilgan.

Gaz-folga podshipnigining asosiy komponentlari quyidagilardan iborat:

• Podshipnik korpusi: Tashqi qattiq mexanik tayanch vazifasini bajaradi.
• Bo'rtmali (bump) folga: Ustki folgaga elastik bikrlik va dempferlanish beradi.
• Ustki folga: Rotorni o'rab turuvchi va gaz plyonkasi bilan bevosita aloqa qiluvchi silliq yuza.
• Gaz plyonkasi: Rotor harakati bilan bosim ostiga olinadigan, valni kontaktsiz ko'tarib turuvchi yupqa gaz qatlami.

Modelda gaz plyonkasi va folga strukturasi bir-biriga bog'liq holda yechiladi. Bosim folgani deformatsiyalaydi; folga deformatsiyasi gaz plyonkasi qalinligini o'zgartiradi; o'zgargan qalinlik esa Reynolds tenglamasidagi yangi bosim maydonini belgilaydi. Bu ikki kattalik o'zaro yaqinlashguncha iterativ yechim davom ettiriladi.

Taklif etilgan yuqori aniqlikdagi modelning umumiy tuzilishi

1-rasmdagi modellashtirish tuzilmasi uchta asosiy qismni birlashtiradi:

1. Yeyilishni hisobga oluvchi fizik model: Gaz plyonkasi, folga strukturasi, podshipnik kuchlari va rotor dinamikasini yechadi.
2. O'rganiluvchi model nomuvofiqligi hadi: Nazariy modelda mavjud bo'lmagan dinamik ta'sirlarni neyron tarmog'i bilan ifodalaydi.
3. Fizik chegaralangan parametrlarni aniqlash: O'lchash murakkab bo'lgan parametrlarni tajriba signallaridan aniqlayotganda ularning fizik mantiqiy chegaralardan chiqib ketishiga yo'l qo'ymaydi.

To'g'ridan-to'g'ri hisoblashda model rotor tebranishlarini, gaz plyonkasi bosimi va qalinligini aniqlaydi. Qayta hisoblashda tajriba va simulyatsiyaning chastota spektrlari taqqoslanadi; xatolikning teskari tarqalishi orqali fizik parametrlar va neyron tarmog'i og'irliklari birgalikda yangilanadi.

Yeyilish gaz plyonkasi qalinligi formulasiga qanday kiritilgan?

Ustki folga yeyilishi hisobga olinganda lokal gaz plyonkasi qalinligi quyidagicha ifodalanadi:

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

• h(θ,z): Burchak va o'q koordinatalariga bog'liq gaz plyonkasi qalinligi,
• C: Nominal podshipnik zazori,
• e: Rotor ekssentrisiteti,
• θ₀: Rotorning o'rnatilish burchagi,
• δ(θ,z): Bosim ostida hosil bo'lgan folga deformatsiyasi,
• δ_w(θ): Yeyilish tufayli yuzaga kelgan lokal geometrik o'zgarish.

Yeyilish yuk ko'taruvchi pastki zonada o'zgarmas chuqurlikdagi bo'lakli funksiya sifatida modellashtirilgan:

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

• d_m: Yeyilish chuqurligi,
• θ_s: Yeyilgan zonaning boshlang'ich burchagi,
• θ_f: Yeyilgan zonaning tugash burchagi.

3-rasm yeyilishni podshipnikning pastki yuk ko'tarish sohasida to'g'ri to'rtburchak shaklidagi chuqurlik sifatida ko'rsatadi. Ushbu soddalashtirish parametrik tahlilni osonlashtiradi; ammo real sharoitda yeyilish o'q va burchak bo'ylab notekis bo'lishi, qirralari silliq yoyilishi va sirt g'adir-budurligi o'zgarishi mumkin.

Gaz plyonkasi bosimi qanday hisoblangan?

Ideal gaz qabuli ostida o'lchamsiz o'tkinchi Reynolds tenglamasi qo'llanilgan:

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

O'lchamsiz o'zgaruvchilar va podshipnik soni quyidagi munosabatlarga asoslanadi:

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

• P: O'lchamsiz gaz plyonkasi bosimi,
• p: Lokal mutlaq bosim,
• p₀: Atrof-muhit bosimi,
• H: O'lchamsiz gaz plyonkasi qalinligi,
• R: Podshipnik radiusi,
• μ: Gazning dinamik qovushqoqligi,
• ω: Rotor burchak tezligi,
• Λ: Aylanish tezligi, qovushqoqlik, radius va zazor ta'sirini birlashtiruvchi podshipnik soni.

Tenglamaning chap tomoni burchak va o'q bo'yicha bosim diffuziyasini, o'ng tomoni esa rotor harakati va o'zgaruvchan plyonka geometriyasining gazni siqish effektini ifodalaydi.

Folga strukturasi qanday ifodalangan?

Ustki folga va bo'rtmali tayanch strukturasi ekvivalent bikrlik va dempferlanishga ega lokal dinamik tayanch sifatida modellashtirilgan:

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

• K_v: O'lchamsiz folga strukturaviy bikrligi,
• C_v: O'lchamsiz strukturaviy dempferlanish,
• δ: Folga deformatsiyasi.

Gaz plyonkasi bosimi va folga deformatsiyasi bir qadamli vaqt sohasi ayirmalar usuli bilan yechiladi. Bosim yaqinlashgach, podshipnik yuzasi bo'yicha integrallash orqali gorizontal va vertikal gidrodinamik kuchlar topiladi:

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

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

Raqamli integrallash Simpson 1/3 qoidasi bo'yicha bajarilgan.

Ishqalanish quvvati yo'qotilishi qanday hisoblangan?

Gaz plyonkasi ichidagi qovushqoq siljish rotor tezligidan kelib chiqadigan Kuett (Couette) oqimi hamda burchak bo'yicha bosim gradientidan hosil bo'ladigan oqimlar yig'indisi orqali aniqlangan. Ushbu siljish kuchlanishining podshipnik sirti bo'ylab integrali ishqalanish momentini beradi.

Tadqiqotda F_c belgisi bilan ko'rsatilgan ishqalanish momentidan qovushqoq quvvat sarfi quyidagicha hisoblanadi:

\[ P_c=\omega F_c \]

• P_c: Gaz-folga podshipnigi-rotor tizimining hisoblangan qovushqoq ishqalanish quvvati,
• ω: Rotorning burchak tezligi,
• F_c: Maqoladagi belgilash bo'yicha ishqalanish momenti.

Bu kattalik kompressorning umumiy elektr sarfi emas. Turbina yo'qotishlari, aerodinamik siqish ishi va elektr dvigatel yo'qotishlari bu formulaga kirmaydi.

Rotor dinamik modeli

Rotor og'irlik markaziga nisbatan to'rt erkinlik darajasiga ega qattiq jism sifatida modellashtirilgan:

• Gorizontal chiziqli siljish x_G,
• Vertikal chiziqli siljish y_G,
• X o'qi atrofidagi burchakli siljish φ_xG,
• Y o'qi atrofidagi burchakli siljish φ_yG.

Ikki podshipnikning o'rni og'irlik markazi harakatidan quyidagicha olinadi:

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

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

Asosiy rotor harakati tenglamasi:

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

• M: Rotor massasi va inersiya momentlari matrisasi,
• G: Giroskopik matrisa,
• u: To'rt komponentli siljish vektori,
• F: Gaz plyonkasi kuchlari, momentlar va nomutanosiblik kuchlaridan iborat umumiy kuch vektori.

Vaqt integratsiyasi uchun shartsiz barqaror Uilson-θ (Wilson-theta) usuli qo'llanilgan. A ilovasida usulning tezlanish, tezlik va siljish yangilanish tenglamalari batafsil berilgan.

Neyron tarmog'i fizik modelga qanday kiritilgan?

Nazariy rotor tenglamasi real tizimni to'liq qamrab ololmagani sababli harakat tenglamasiga o'rganiluvchi model nomuvofiqligi hadi kiritilgan:

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

E_t to'rt komponentli neyron tarmog'i chiqishidir. Tarmoq kirishlari:

• Oldingi vaqt qadamidagi gorizontal va vertikal siljishlar,
• Oldingi gorizontal va vertikal tezliklar,
• Oldingi gorizontal va vertikal tezlanishlar,
• Joriy rotor aylanish tezligi.

Tarmoq asosiy tenglamalarni almashtirmaydi; fizik model asosiy dinamikani hisoblashda davom etsa, neyron tarmog'i qolgan nomuvofiqlik kuch va momentlarini to'ldiradi.

Noma'lum fizik parametrlar qanday chegaralangan?

Parametrlarning mantiqsiz qiymatlarga ketib qolmasligi uchun masshtablangan sigmasimon (sigmoid) funksiya qo'llanilgan:

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

• θ_i: Optimizatsiya paytida erkin o'zgaruvchi xom parametr,
• w_i,min va w_i,max: Parametrning oldindan belgilangan fizik chegaralari,
• w_i: Modelga kiritiladigan chegaralangan parametr.

To'g'ridan-to'g'ri hisoblash sikli

PDF ning 8-sahifasidagi 2-rasm to'g'ridan-to'g'ri hisoblashning ikkita o'zaro bog'liq zanjirini ko'rsatadi:

1. Dastlabki siljish, tezlik va tezlanishlar aniqlanadi.
2. Rotor holati va yeyilish profili orqali gaz plyonkasi qalinligi hisoblanadi.
3. Reynolds tenglamasi orqali bosim maydoni yechiladi.
4. Folga deformatsiyasi yangilanadi va bosim yaqinlashguncha sikl takrorlanadi.
5. Bosim maydoni integratsiyasi orqali podshipnik kuchlari hisoblanadi.
6. Massa, giroskopik va kuch matrisalari shakllantiriladi.
7. Neyron tarmog'i model nomuvofiqligi hadini hosil qiladi.
8. Uilson-θ usuli rotorning yangi siljish, tezlik va tezlanishini hisoblaydi.
9. Yangi rotor holati qaytadan gaz plyonkasi modeliga yuboriladi.
10. Yakuniy vaqtgacha sikl davom ettiriladi.

Model qanday yo'qotish funksiyasi bilan o'rgatilgan?

Tajriba va simulyatsiya taqqoslashlari Fur'ye almashtirishi orqali olingan chastota spektrida amalga oshirilgan:

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

Umumiy yo'qotish funksiyasi:

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

Spektr moslashuvi yo'qotishi:

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

Neyron tarmog'ining haddan tashqari katta kuchlar hosil qilishini to'suvchi regulyarizatsiya hadi:

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

• A_xi, A_yi: Tajribadagi gorizontal va vertikal spektr amplitudalari,
• Â_xi, Â_yi: Model hisoblagan spektr amplitudalari,
• L_E: Neyron tarmog'i nomuvofiqlik kuchini me'yorda ushlab turuvchi had.

Spektr yo'qotish vazni 100, nomuvofiqlik regulyarizatsiyasi vazni 1 deb berilgan. 17-tenglamada bu koeffitsiyent λ_E, 2-jadvalda esa λ_B deb yozilgan. Ikkalasi ham ayni vaznga ishora qiladi.

Tajriba qurilmasi

PDF ning 14-sahifasidagi 5-rasm laboratoriya sinov stendini va qismlarga ajratilgan rotor majmuasini ko'rsatadi. Rotor yuqori bosimli gazli turbina bilan harakatga keltiriladi, ikkita radial gaz-folga podshipnigi bilan ushlab turiladi. O'qning narigi uchidagi disk va ikkita tayanch podshipnigi eksenel barqarorlikni ta'minlaydi.

O'lchov tizimi:

• Lazerli taxometr,
• O'zaro perpendikulyar joylashgan ikkita girdobli tok siljish datchigi,
• 20 kHz namuna olish chastotasiga ega ma'lumot yig'ish tizimi.

Soz va yeyilgan podshipniklar

Ikkita podshipnik holati tekshirilgan:

Podshipniklarning asosiy o'lchamlari: diametri 30 mm, uzunligi 30 mm, ustki va bo'rtmali folga qalinligi 0,1 mm (X-750 qotishmasi), bo'rtma balandligi 0,55 mm, bo'rtma tasmalar soni 26 ta.

Tajriba ma'lumotlari qanday taqsimlangan?

Rotor 40 000 dan 20 000 ayl/daqiqagacha sekinlashish rejimida sinovdan o'tkazildi. 20 000, 25 000, 30 000, 35 000 va 40 000 ayl/daqiqa tezliklarda 0,05 soniyalik signal parchalari ajratib olindi.

T0 soz podshipnikning ma'lumotlari o'rgatish uchun, T1 yeyilgan podshipnik ma'lumotlari esa modelni mustaqil tekshirish uchun ishlatildi.

Neyron tarmog'i arxitekturasi va o'rgatish parametrlari

Kalibrlangan fizik parametrlar

Soz podshipnikdagi tekshiruv natijalari

PDF ning 18-sahifasidagi 8-rasm har bir tezlik uchun rotor markazi trayektoriyasi hamda vertikal va gorizontal tebranish spektrlarini taqdim etadi.

Soz T0 guruhida:

• Dastlabki fizik model xatoligi: %2,49–%14,00 (o'rtacha %9,11),
• Yuqori aniqlikdagi model xatoligi: %0,14–%4,74 (o'rtacha %2,02).

Yeyilgan podshipnikdagi tekshiruv natijalari

19-sahifadagi 9-rasm T1 yeyilgan podshipnikda rotor trayektoriyalari ancha kengayganini va notekis shaklga kirganini ko'rsatadi. Sinxron tebranish amplitudalari ham soz holatga qaraganda ancha yuqori bo'lgan.

Yeyilgan T1 guruhida:

• Dastlabki fizik model xatoligi: %17,49–%38,23 (o'rtacha %25,22),
• Yuqori aniqlikdagi model xatoligi: %0,25–%5,73 (o'rtacha %2,48).

Minimal gaz plyonkasi qalinligiga yeyilish chuqurligining ta'siri

10(a)-rasm 80° kenglikdagi yeyilish zonasida chuqurlik 0 dan 30 µm gacha oshirilganda minimal plyonka qalinligi barcha tezliklarda avval tez kamayishini, taxminan 15 µm dan so'ng esa to'yinish holatiga yaqinlashishini ko'rsatadi.

Yeyilgan zona kengligining ta'siri

10(b)-rasm 30 µm doimiy chuqurlikda yeyilgan burchak 0° dan 80° gacha kengaytirilganda minimal gaz plyonkasi muntazam ravishda yupqalashib borishini tasdiqlaydi. 20 000 ayl/daqiqada u 15 µm dan 10 µm gacha, 40 000 ayl/daqiqada esa 19 µm dan 14 µm gacha pasaygan.

Gaz plyonkasi qalinligi taqsimoti

11-rasm 40 000 ayl/daqiqada burchak bo'yicha plyonka qalinligini ko'rsatadi. Yeyilish chuqurligi oshganda yeyilgan soha ichida zazor kengaysa-da, rotorning yuk ostida siljishi va gidrodinamik pona effektining buzilishi oqibatida boshqa zonadagi minimal ishchi gaz plyonkasi keskin yupqalashadi.

Maksimal gaz plyonkasi bosimi o'zgarishi

12(a)-rasm chuqurlik oshgani sayin o'lchamsiz maksimal bosim 1,23 dan 1,5–1,6 gacha ko'tarilishini ko'rsatadi. 12(b)-rasm esa yeyilish zonasi kengayishi bilan maksimal bosimning umumiy o'sishini aks ettiradi.

Bosim maydoni nega bitta cho'qqidan ikkita cho'qqiga aylanadi?

13-rasm 40 000 ayl/daqiqada bosim taqsimotini aks ettiradi. Soz holatda bitta keng bosim cho'qqisi mavjud bo'ladi. Yeyilish chuqurligi oshganda yeyilgan sohaning kirish va chiqish chegaralarida alohida gidrodinamik pona effektlari yuzaga kelib, bosim maydoni ikkita cho'qqiga (birinchisi kirishda, ikkinchisi va balandroq cho'qqi chiqish chegarasida) ajraladi.

Ishqalanish quvvati nima sababdan ortadi?

Yeyilish ikkita mexanizmni keltirib chiqaradi: minimal gaz plyonkasi yupqalashgani sababli siljish tezligi gradienti ortadi va lokal bosim ko'tarilishi tufayli kesish kuchlanishi kuchayadi.

Mutlaq ishqalanish quvvati 20 000 ayl/daqiqada taxminan 7 Vt dan 10 Vt ga, 40 000 ayl/daqiqada esa taxminan 23 Vt dan 29 Vt ga ko'tarilgan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Yeyilish, gaz plyonkasi, elastik folga va to'rt erkinlik darajali rotor dinamikasi yagona modelda birlashtirilgan.
• Neyron tarmog'i fizik model o'rniga emas, nomuvofiqlikni to'g'rilovchi cheklangan had sifatida kiritilgan.
• Fizik parametrlar sigmasimon funksiya bilan oqilona chegaralarda saqlangan.
• Eksperimental tebranishlar orqali parametrlar va neyron tarmog'i birga kalibrlangan.
• Soz podshipnik o'rgatish, mustaqil yeyilgan podshipnik tekshiruv uchun ishlatilgan.
• Sinxron tebranish xatoliklari o'rtacha %2 darajasiga tushirilgan.
• Bosim maydonining ikkita cho'qqiga ajralishi mexanistik jihatdan tushuntirib berilgan.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot taqrizdan o'tmagan preprintdir.
• Faqat bitta podshipnik geometriyasi va bitta rotor stendi sinab ko'rilgan.
• Doiraviy tekshirish 20 000–40 000 ayl/daqiqa oralig'idagi beshta tezlik bilan cheklangan.
• T1 yeyilishi 30 µm chuqurlikdagi sun'iy profildir; real notekis yeyilish topografiyasini to'liq ifodalamaydi.
• Yeyilishning vaqt o'tishi bilan o'sishi va podshipnikning qoldiq xizmat muddati modellashtirilmagan.
• Gaz plyonkasi bosimi va qalinligi to'g'ridan-to'g'ri datchiklar bilan o'lchanmagan.
• Ishqalanish quvvati ham to'g'ridan-to'g'ri moment datchigi bilan o'lchanmagan.
• Harorat, termik kengayish va gaz qovushqoqligining haroratga bog'liqligi hisobga olinmagan.

Tadqiqot nimani tasdiqlaydi?

• Fizikaga asoslangan gaz-folga podshipnigi-rotor modeli neyron tarmog'i nomuvofiqligi hadi bilan tajribaga ancha yaqinlashtirilishi mumkin.
• Soz podshipnikda kalibrlangan model alohida yeyilgan podshipnikdagi sinxron tebranishlarni yuqori aniqlikda (%2,48 o'rtacha xato bilan) bashorat qila oldi.
• Yeyilgan podshipnik ancha keng va murakkab rotor trayektoriyalarini yuzaga keltirdi.
• Yeyilish chuqurligi va kengligi minimal gaz plyonkasi qalinligini kamaytiradi, maksimal bosimni oshiradi va bosimni ikkita cho'qqiga ajratadi.
• Ushbu o'zgarishlar podshipnikning qovushqoq ishqalanish yo'qotilishini sezilarli darajada oshiradi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Model barcha vodorod kompressorlarida bir xil aniqlik berishini kafolatlamaydi.
• 15 µm chuqurlik barcha podshipniklar uchun universal nosozlik chegarasi ekanini ko'rsatmaydi.
• Model real yeyilish sur'atini yoki qoldiq xizmat muddatini to'g'ridan-to'g'ri hisoblab bermaydi.
• Ishqalanish quvvatining %44,5 ga oshishi avtomobil umumiy energiya sarfi ham shuncha oshishini anglatmaydi.

Tadqiqotning metodologiyasi va natijalari

Eksperimental va raqamli loyihalash xulosasi

Barcha sinxron tebranishlarni tekshirish natijalari

Aniqlik natijalari qisqartmasi

Manba va metodologiya bo'yicha izoh

To'liq asl sarlavha: High-fidelity wear simulation of gas foil bearing-rotor systems in hydrogen fuel cell air compressors using a physics-informed neural network

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

Mas'ul mualliflar: Xingkai Yang (xkyang1992@163.com) va Kai Feng (jkai.feng@gmail.com).

Tashkilot: College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, Xitoy.

DOI: 10.2139/ssrn.6945898

Nashr platformasi: SSRN (15-iyun 2026-yil).

Taqriz holati: Tadqiqot taqrizdan o'tmagan preprint hisoblanadi.

Moliyalashtirish: Xitoy Milliy Ilm-fan va Texnologiya Katta Loyihasi (2026ZD0719001), Xitoy Milliy Tabiiy Fanlar Jamg'armasi (52505181), Xunan Provinsiyasi Tabiiy Fanlar Jamg'armasi (2025JJ60319).

Ushbu o'zbekcha maqola yuklangan 29 sahifalik preprintning barcha matni, formulalari, grafiklari va tajriba natijalari asosida tayyorlandi. PDF dan tashqari yangi da'volar qo'shilmadi.

Ushbu tadqiqot taqrizdan o'tmagan preprint hisoblanadi; natijalar mazkur cheklovlar hisobga olingan holda o'qilishi lozim.