Een experiment van EPFL-onderzoekers heeft een theorie bevestigd die al meer dan een halve eeuw in de mechanica wordt gebruikt, hoewel deze nooit volledig is gevalideerd. Het team kon de theorie nu op gedurfdere en innovatievere manieren gebruiken in hun zoektocht om steeds betere energiesystemen te ontwikkelen.

Sommige theorieën worden veel gebruikt, ook al zijn ze nooit experimenteel gevalideerd. Een voorbeeld is de zogenaamde smalle groeftheorie, of NGT, waarin wordt uitgelegd hoe luchtgesmeerde lagers werken in mechanische systemen.

De theorie werd in 1965 voorgesteld, maar tot voor kort, het was slechts gedeeltelijk of indirect getest. Onderzoekers van EPFL's Laboratory for Applied Mechanical Design (LAMD), gevestigd in Microcity in Neuchâtel, hebben nu een leemte gedicht die al meer dan 50 jaar in de wetenschappelijke literatuur bestaat. Het team heeft zijn bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Mechanische systemen en signaalverwerking .

Waarom duurde het zo lang om de theorie te valideren? "Destijds, ingenieurs waren tevreden te constateren dat de theorie werkte, " zegt Eliott Guenat, een doctoraatsassistent bij EPFL en de hoofdauteur van het artikel. "Maar dat is allemaal veranderd, omdat de mechanische onderdelen die we vandaag ontwikkelen veel geavanceerder en ingewikkelder zijn."

De smalle groeftheorie werd in 1965 voorgesteld door J.H. Vohr en C.Y. Chow, twee ingenieurs bij Mechanical Technology in New York, Inc. De theorie verklaart de werking van visgraatgegroefde glijlagers, of HGJB's - een type luchtgesmeerd lager dat roterende onderdelen in mechanische systemen ondersteunt. Er bestaan ​​veel verschillende soorten lagers, maar HGJB's zijn het meest veelbelovend voor het ontwikkelen van ultrasnelle roterende machines omdat de rotor wordt ondersteund op een luchtkussen dat wordt gegenereerd door de roterende as. "Wat HGJB's speciaal maakt, is dat ze geen slijtage veroorzaken omdat er geen contact is, " legt Jürg Schiffmann uit, die aan het hoofd staat van de LAMD. "In mijn laboratorium we gebruiken dit ontwerp om de energiesystemen van de toekomst te ontwikkelen."

De theorie valideren

Om de smalle groeftheorie te valideren, de onderzoekers monteerden een rotor ondersteund door verschillende HGJB's op een testopstelling, zet hem op 100, 000 omwentelingen per minuut. Volgende, ze gebruikten een schudsysteem om de rotor te trillen en keken hoe deze reageerde. Dankzij de waarnemingen konden ze de stijfheid en dempingscoëfficiënten 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 stand houdt, " zegt Guenat. "Nu we ons begrip hebben versterkt, we kunnen de theorie op nieuwe manieren toepassen in de industrie en in onderzoek."

Guenat is van plan meer experimenten uit te voeren om verdere metingen te doen. "In plaats van luchtgesmeerde lagers te gebruiken, we doen het experiment opnieuw 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 geldt, maar ook in een medium met duidelijk verschillende chemische en fysische eigenschappen."

Elegant in zijn eenvoud

NGT is een wiskundig elegante theorie die waarschijnlijk nooit het daglicht zou hebben gezien als ingenieurs nu pas belangstelling hadden getoond voor luchtgesmeerde lagers. "Tegenwoordig, we voeren onze gegevens in een computer en laten de processor het zware werk doen, " legt Guenat uit. "Maar zelfs met moderne verwerkingskracht, het bereiken van het resultaat zou enkele minuten duren. Met NGT, we kunnen hetzelfde doen in slechts een paar seconden." De volledig gevalideerde theorie zou innovatieve toepassingen kunnen hebben in het ontwerp van energiesystemen.