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에어포일 베어링은 공기를 이용한 두꺼운 유막을 형성시켜서 회전부를 지지하는 용도로 사용된다. 에어포일 베어링은 윤활유의 공급 장치와 회수 및 기밀 구조가 필요 없어서 윤활유의 유입이 성능에 영향을 미치는 터보형 냉매 압축기, 연료전지 자동차 등에 사용된다. 그러나 공기는 윤활유에 비하여 점성이 낮아 하중을 지지하기 위해서는 베어링이 고속으로 회전해야 하고 회전부의 스러스트 런너와 정지부의 ...

에어포일 베어링은 공기를 이용한 두꺼운 유막을 형성시켜서 회전부를 지지하는 용도로 사용된다. 에어포일 베어링은 윤활유의 공급 장치와 회수 및 기밀 구조가 필요 없어서 윤활유의 유입이 성능에 영향을 미치는 터보형 냉매 압축기, 연료전지 자동차 등에 사용된다. 그러나 공기는 윤활유에 비하여 점성이 낮아 하중을 지지하기 위해서는 베어링이 고속으로 회전해야 하고 회전부의 스러스트 런너와 정지부의 포일 간의 간극이 오일 베어링에 비하여 훨씬 작아야하는 단점이 있다. 에어포일 베어링은 고속 회전하는 특성과 베어링 내부의 좁은 간극으로 인하여 베어링 내부에서 고온의 마찰열이 발생할 수 있으며, 마찰열로 인한 스러스트 런너의 열 변형으로 유막이 불안정해져 파손되는 문제가 발생하기 때문에 마찰열에 의한 축변형 저감 연구는 중요하다. 기존의 베어링 유동해석은 다양한 가정을 바탕으로 1D, 2D Reynolds 방정식을 기반으로 하여 주요변수를 예측하고 있다. 그러나 Reynolds 방정식은 3차원 Navier-Stokes 방정식에서 베어링의 길이가 유막두께에 비하여 매우 길다는 가정을 적용하여 유막두께 방향에 대한 속도 및 압력 구배 등을 무시한 2차원 방정식이다. 베어링 내부의 압력유체가 유입되고 유출되는 부분과 같이 간극이 큰 부분은 3차원적인 압력 구배가 나타나기 때문에 근사적인 접근의 Reynolds 방정식을 이용한 베어링 내부의 열·유동을 해석하는 데에 한계가 있다.
따라서 기존 에어포일 베어링의 해석에 많이 사용되었던 Reynolds 방정식의 한계점을 극복하기 위해 에어포일 베어링의 3차원 열·유동 해석에 대한 연구가 필요하다. 또한, 3차원 열·유동 해석을 이용하여 스러스트 런너의 열변형에 영향을 미치는 베어링 내부 유량을 증가시키는 설계에 대한 연구를 진행하였다.

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