随着磁记录技术的发展,硬盘驱动器磁头飞行高度已经下降到10nm左右,并将进一步降低到几纳米。超薄气体润滑理论作为气体轴承设计和分析的基础,一直是预测磁头飞行性能的重要手段。为了适应硬盘记录技术面密度持续快速增长,获得近场读写数据所必需的稳定超低飞行姿态,新型磁头的研发必须发展纳米尺度气体润滑理论；同时,还要解决与其结构和工况条件相适应的数值计算方法。在头/盘界面环境中,搭载读写线圈的滑块是气体轴承的主要元件,其结构发展的总趋势是小型化、精密化和复杂化。对于小至几个纳米间隙中的空气流动状态的研究,尚无一种完善的直接实验方法。光干涉技术在测试磁头飞行高度中得到了应用和发展,不但为新型磁头的设计、研发和生产提供了有力的保障；而且为完善理论模型、验证算法的正确性提供了间接实验手段。本文从实验和理论两个方面较为系统地研究和分析了当今硬盘驱动器中磁头的飞行特性。 实现动态纳米间隙的绝对测量是一个较困难的工作。本论文利用飞高动态测量仪进行测量工作。在给出了三波长光干涉法测量飞行高度的实验原理、实现方法之后,分析了在测试过程中出现的各种误差来源。在此基础上,通过大量的实验研究了盘片速度、气流入射角等参数对pico和pemto负压磁头飞行姿态的影响。研究发现,尽管三波长光干涉法在原理上具有很高的分辨率,但是将其应用到磁头动态飞行测试中,尤其是要面对模拟磁头的真实工况环境(包括加载、改变转速和气流入射角等)所必须的各种机械运动时,将会影响到其重复测量精度。随着工况条件的变化,同一型号的各磁头飞行姿态表现出相同的变化趋势,但是不同磁头间由于制造中不可避免的结构参数上的微小差异,其飞行姿态也有较明显的差别。 之后,针对滑块大轴承数、大间隙比和膜厚突变等磁头滑块结构发展的特点和最新趋势,利用一维气体流动形式简单、具有近似分析解的优势,分别对有限差分法中间元以及有限体积法中控制界面系数插值方法问题进行了研究。大量的数值计算表明,无论是FDM还是FVM,在新型磁头所面临的极端条件下,对于含有H3的系数,选用常规的线性插值方案都无法得到收敛解；而采用调和平均法不仅收敛速度快,而且在节点数足够密集的前提下,能够得到和近似分析解一致的结果。随后,应用上述结论,将算法扩展到真实二维滑块,考察了FDM和FVM在计算负压型滑块压力分布和承载能力上的差异。FDM具有收敛速度快的特点,但得到的承载能力较实际情况偏大；FVM虽然收敛速度慢,但在选择了合适的润滑模型基础上,所得结果接近于实际情况。最后,提出了刚度矩阵方程求解滑块的平衡位置方法,该方法能够快速、稳定地计算磁头飞行特性。在此基础上,研究了负压磁头结构参数以及工况条件对其飞行特性的影响。对于负压磁头,浅台阶高度、冠面高度、加载载荷等因素对飞行特性影响明显,而主槽深度和悬臂预加转矩在一定范围内的变化对磁头的飞行参数影响不大。在磁头设计参数真实的情况下,各种工况条件下的飞行姿态的实验结果和理论计算结果表现出较好的吻合度,但对比实验表明：理论计算所得的飞行高度偏大,而纵向倾角偏小,这些有待在润滑模型、算法精度上进行改进得以解决。另外,从理论上研究了动态作用对气体轴承性能影响趋势表明,对于膜厚的突然变化,轴承面会产生类似于液体润滑的挤压作用阻止膜厚的改变；这也进一步解释了飞行高度实验中磁盘回转宏观误差并没有引起飞行高度发生较大变化的现象。