气体轴承是采用粘度低且随温度变化小、清洁无污染、耐辐射、可压缩性好等特性的气体作为润滑介质的滑动轴承。气体的诸多特点一方面使轴承具有功耗低、寿命长和精度高等优点,在高速支承、低摩擦低功耗支承、高精度支承和特殊工况下的支承领域占有绝对的应用优势。另一方面,气体的低粘度和可压缩性等特点抑制了轴承在重载领域的应用。由于气体的可压缩性,气体轴承不能像液体轴承一样通过提高润滑介质压力来不断提高轴承承载力。研究发现,当不断增加气体供气压力时,气体在节流口流入轴承间隙处会发生拥塞,并在轴承间隙中出现亚音速流、超音速流甚至激波等复杂的流场特性,在超音速区域造成压力损失,降低了轴承的承载力。为了保证转子高速运转的可靠性和特殊工况下对重载的需求,轴承的稳定性和承载特性是关键。因此,本文针对气体轴承,研究了气膜流场特性、轴承承载特性以及轴承支承下转子运行的稳定性,主要开展了以下工作：1、对包括节流流道和轴承间隙内的完整轴承气流流场进行建模,根据轴承结构和润滑气体参数,确定轴承间隙气体选用的计算模型,对气体轴承静压流场进行分析。首先1)建立节流口流道模型,计算节流口出口气体参数,并判断节流口出口是否达到拥塞；2)根据润滑气体状态参数和轴承结构参数,判断轴承间隙内是否发生激波,确定轴承间隙气膜流态类型；3)分别选用亚音速和超音速模型来计算轴承间隙内流场特性。通过分析润滑气体状态参数、轴承结构参数和轴承间隙内流场分布的关系,来进行合理的静压气体轴承结构设计。2、从气体动力学方程、连续性方程及气体状态方程出发,推导可压缩气体雷诺方程。采用有限元法求解方程,使用伽辽金加权余量法离散方程,得到雷诺方程有限元方程形式。使用三角形单元作为插值函数,迭代法求解有限元方程,得到轴承压力分布。计算了气体静压轴承、人字槽型线动压轴承和动静压混合轴承的承载力、涡动力、刚度和阻尼。3、采用转子的动力学特性来衡量轴承特性的方法,建立轴承支承转子的有限元模型,求解了转子轴承系统固有频率和不平衡响应,并研究了轴承动力特性参数对轴承转子系统固有频率的及转子振幅的影响。4、对气体轴承静、动态特性两方面展开实验：1)静特性实验用来测试轴承的承载力和刚度；2)动特性实验在高速旋转的转子轴承设备上,采用非线性测试分析方法,测试不同结构气体轴承支承下转子高速下振动特性,通过转子的振动特性反应轴承的性能。实验研究静压轴承支承下出现的低频涡动、双低频振动和振荡现象；动压轴承不同槽型线对转子的影响；动静压混合轴承特性研究。