固液复合双膜协同润滑机理及其在卫星姿控飞轮上的潜在应用

随着卫星性能向高精度及长寿命的不断发展，卫星姿控飞轮在过"零"和低速时存在"咬合"、磨损严重导致寿命降低以及摩擦非线性导致控制精度不足等问题成为迫切需要解决的"瓶颈"性问题。针对这一问题，本项目首次提出采用固液复合双膜润滑方式为飞轮从零速到最高转速全转速范围内提供有效润滑。拟从材料学、摩擦学、界面化学及流体力学等学科交叉融合的角度，采用理论分析和实验相结合的研究方法，分析润滑剂种类、速度、载荷、真空度以及润滑条件（边界润滑、混合润滑和流体动压润滑）等因素对复合双膜润滑性能影响、润滑油在固体润滑膜表面的耦合效应以及润滑油与固体润滑膜间的协同润滑机理，建立固液复合双膜润滑下的摩擦磨损模型，给出提高其摩擦磨损性能的方法和途径。该项研究拟从根本上解决卫星姿控飞轮中存在的上述"瓶颈"性问题。同时，其研究结果将为单一润滑向复合润滑方向发展提供初步的指导性依据。

本项目研究结果包括以下两方面内容：（1）Ag、MnO2、DLC和PTFE固体润滑膜在油和脂润滑剂存在下的球盘摩擦和磨损性能研究；（2）制作Ag、MnO2和DLC固体润滑膜轴承并研究了其在油和脂润滑剂存在下的摩擦和磨损性能。.在第一方面，润滑油和脂能显著减小Ag、MnO2、DLC的摩擦系数，油脂的存在增大了Ag膜和MnO2膜的磨损率，但DLC膜在油脂存在时的磨损率反而小了。一个有价值的发现是水可以对DLC膜提供相当于油的润滑效果，而磨损率增加有限。PTFE膜在油脂下的磨损性能恶化严重，初步判定其不适合于复合润滑。.在第二方面，上述固体润滑膜轴承在油和脂润滑下的摩擦和磨损特性同球盘试验结果一致。.综合看来，DLC固体润滑膜在油和脂润滑下具有更优良的摩擦和磨损特性，能为姿控飞轮提供相比单独固体和液体润滑更为良好的性能。