Wetenschappers bevestigen eindelijk een 50-jarige theorie in de mechanica

De narrow groove theory of NGT, die verklaart hoe luchtgesmeerde lagers in mechanische systemen werken, werd in 1965 voorgesteld, maar was tot voor kort slechts gedeeltelijk of indirect getest. Onderzoekers van EPFL’s Laboratory for Applied Mechanical Design (Neuchâtel) hebben nu een kloof gedicht. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Mechanical Systems and Signal Processing.

De narrow groove theory werd in 1965 voorgesteld door JH Vohr en CY Chow en verklaart de werking van glijlagers met visgraatgroeven, een luchtgesmeerd lager voor roterende delen in mechanische systemen. Hoofdauteur Eliott Guenat van het onderzoek: Deze lagers zijn beloftevol voor het ontwikkelen van ultrasnelle roterende machines, omdat de rotor wordt ondersteund op een luchtkussen dat wordt gegenereerd door de roterende as. "Er ontstaat geen slijtage, omdat er geen contact is", zegt afdelingshoofd Jürg Schiffmann. "In mijn laboratorium gebruiken we dit ontwerp daarom om de energiesystemen van de toekomst te ontwikkelen."

Om de theorie te valideren, monteerden de onderzoekers een rotor ondersteund door verschillende visgraatlagers op een testopstelling, waarbij deze op 100.000 rotaties per minuut draaide. Vervolgens gebruikten ze een schudsysteem om de rotor te laten trillen en keken hoe deze reageerde. Vervolgens konden ze de stijfheid en dempingcoëfficiënten van de lagers berekenen, die ze vergeleken met de voorspellingen van de theorie. Ze ontdekten dat NGT de neiging had om beide waarden marginaal te overschatten.

"We waren in staat om te kwantificeren in hoeverre de theorie geldt", zegt hoofdauteur Eliott Guenat. "Nu we ons begrip hebben opgeschroefd, kunnen we de theorie op nieuwe manieren toepassen in de industrie en onderzoek."

Niet alleen lucht

Guenat is van plan meer experimenten uit te voeren om verdere metingen te verrichten. "In plaats van luchtgesmeerde lagers te gebruiken, zullen we het experiment opnieuw uitvoeren met koelmiddel, een gas dat wordt gebruikt in warmtepompen", legt hij uit. "Het idee is om te bevestigen dat de theorie niet alleen in de lucht zit, maar ook in een medium met duidelijk verschillende chemische en fysische eigenschappen."

NGT is een wiskundig elegante theorie die waarschijnlijk nooit het daglicht zou hebben gezien als ingenieurs nu alleen belangstelling hadden voor luchtgesmeerde lagers. "Tegenwoordig voeren we onze gegevens in een computer en laten we de processor het zware werk doen", legt Guenat uit. "Maar zelfs met moderne rekenkracht zou het enkele minuten duren om tot het resultaat te komen. Met NGT kunnen we hetzelfde doen in slechts enkele seconden."