스퀴즈 필름 댐퍼는 구름 요소 베어링을 사용한 축 시스템에서 발생하는 진동 현상을 억제하기 위해 감쇠력을 부가해 주는 시스템 요소이다. 터보 차저, 제트 엔진 등 고속 회전 기기들에 댐퍼가 사용되고 있으며, 특히 항공용 고속 회전체인 가스 터빈 또한 고출력을 위한 고속 회전 시 고유진동수 구간을 거치게 되며 이를 문제 없이 넘어가기 위해 스퀴즈 필름 댐퍼를 적용하고 있다. 항공용 가스 터빈은, 높은 신뢰성과 안전성이 요구되며 이에 따라 스퀴즈 필름 댐퍼의 적절한 설계 및 운전 조건을 마련해야 한다. 따라서, 동적 성능 예측 모델 개발을 통해 시험 및 이론적 검증이 동시에 이루어질 필요가 있다. 이에 따라 다양한 끝단 형태(열린 끝단, 오링 끝단, 피스톤 링 실 끝단 등)의 스퀴즈 필름 댐퍼에 대한 연구가 진행되고 있지만, 양 끝단에서 판을 간단하게 설치하여 오일의 유출을 막아 감쇠 효과를 높일 수 있는 엔드 플레이트 실 끝단 형태 SFD에 대해 정량화된 연구 및 문헌이 부족한 상황이다. 이에 따라 기존에 꾸준히 연구가 진행되어온 두 가지 끝단 형태(열린 끝단, 피스톤 링 실 끝단)와 정량적으로 비교할 필요가 있다. 또한, 항공용 스퀴즈 필름 댐퍼의 성능은 댐퍼 끝단의 형상, 운전 조건과 설계 조건의 특성에 영향을 받으며 축 시스템에 적절한 감쇠력을 부가하기 위해 댐퍼 폭, 간극 등의 설계 조건과 공급 유량 및 압력, 양단 실(Seal) 유무 등의 운전 조건을 복합적으로 고려해야 한다. 상기의 특성을 고려한 스퀴즈 필름 댐퍼의 동적 특성에 관한 연구가 오랜 기간 수행되어왔지만, 세 가지 끝단 형상(열린 끝단, 피스톤 링 실 끝단, 엔드 플레이트 실 끝단)의 스퀴즈 필름 댐퍼에 대한 종합적인 실험 및 해석적 동특성 연구가 이루어지지 않았다.
본 논문에서는 스퀴즈 필름 댐퍼 단품 실험 장치와 적절한 실험 공정을 개발하며 스퀴즈 필름 댐퍼의 성능에 영향을 주는 설계 인자(간극, 폭, 앤드 실 등)와 운전 조건(가진 주파수, 진동 변위, 편심율, 공급 압력 및 유량)에 따른 성능을 측정하고 분석하고자 하였다. 본 연구의 기간 동안, 다양한 변수에 대해 정량적으로 파악하기 위해 시험 변수는 최소 두 가지 조건에 대해 시험적으로 비교하며, 향후 해석 결과와 비교하고자 한다. 실험에 사용한 끝단 조건은 총 3가지로, 각각의 경우에 대해 세부적으로 공급 압력 및 유량의 영향, 윤활 틈새의 영향, 축 방향 폭의 영향, 저널 편심율을 달리하여 이들이 성능에 미치는 영향에 대해 분석하였다.
열린 끝단 형태를 가진 경우 공급 압력 변화에 따라 감쇠 계수는 비슷하며, 공급 유량과 감쇠 계수는 근소한 차이를 보였다. 이 외에도 간극이 커지면 감쇠 계수는 감소하지만, 이와는 반대로 축 방향 폭이 커지면 감쇠 계수는 대폭 증가하는 모습을 보였다. 저널 편심이 존재할 때는 편심이 없는 상황에 비해 저주파수 구간에서 매우 큰 감쇠 계수가 측정되었다.
피스톤 링 형태의 경우 공급 압력과 유 량이 커지며 감쇠 계수가 증가하는 경향을 보였다. 이와 반대로 간극이 증가함에 따라 감쇠 계수는 감소하였으며, 축 방향 폭의 길이가 증가함에 따라 감쇠 계수가 증가함을 확인했다. 저널 편심이 존재할 경우, 편심율이 없는 상황보다 더 큰 감쇠 계수 값을 보였다.
엔드 플레이트 실 형태의 경우 오일 공급 압력 및 유량에 따른 감쇠 계수가 큰 차이를 보이지 않았으며, 저널 편심에 따른 영향으로 전 구간에서 편심이 없을 때보다 있을 때 더 큰 감쇠 계수를 보였다.
수학적 모델링 기반으로 스퀴즈 필름 댐퍼 성능 예측 모델을 제시하였으며, 검증을 위해 참고문헌의 시험 및 해석 결과와 비교하였다. 또한, 몇 가지 Case의 시험 결과와 동일 조건으로 해석 결과를 도출하여 상호 교차 검증을 진행하였으며 서로 일치함을 보였다. 이를 통해 시험하지 않은 여러 파라미터에 대해 정확한 시험 결과를 예측할 수 있음을 확인하였다.

Squeeze film dampers are devices designed to add damping forces to suppress vibrations occurring in rotor systems that use cloud element bearings. In the contemporary era, high-speed rotating machinery is employed across various industrial sectors, and the aerospace industry is no exception. Especially in the field of aviation, there is a need to provide operating conditions with even higher reliability and safety. Additionally, the development of numerical analysis programs is essential for simultaneous testing and theoretical validation. Furthermore, the application of squeeze film dampers in the development of high-speed rotating systems can enhance the safety of the rotating assembly.
The performance of squeeze film dampers is influenced by factors such as the damper ends shape, condition of operating and design parameters, and the need to add appropriate damping forces to the rotor system. This requires a comprehensive consideration of elements like the kinematics of the rotating shaft, supply flow rate and pressure, presence of seals at both ends, fluid inertia effects, and cavitation. While research on the dynamic characteristics of squeeze film dampers considering the mentioned factors has been conducted for a long time internationally, domestic research in South Korea is still lacking.
This paper develops a dynamic performance test rig for squeeze film dampers and an appropriate experimental procedure. The goal is to measure and analyze the performance of squeeze film dampers based on design factors (clearance, width, and end seals) and operating conditions (excitation frequency, vibration displacement, journal eccentricity ratio, supply pressure, and flow rate). Three different end conditions were used in the experiments, and analyses were conducted for each case regarding the influence of supply pressure and flow, the effect of lubrication gap, the impact of axial width, and eccentricity ratio.
For an open-ends configuration, the damping coefficient remains relatively consistent with changes in supply pressure, and there is a marginal difference observed in the supply flow and damping coefficient. Additionally, the gap and damping coefficient are inversely proportional. Conversely, the axial width and damping coefficient exhibit a direct proportional relationship. In the presence of journal eccentricity, significantly higher damping coefficients were measured in the low-frequency range compared to situations without eccentricity.
For the piston ring ends shape, it was observed that supply pressure and flow are directly proportional to the damping coefficient. Clearance and damping coefficient exhibit an inverse relationship, while the length of the axial width and the damping coefficient are in direct proportion. In the presence of journal eccentricity, higher damping coefficient values were observed compared to situations without eccentricity.
For an end plate seal ends configuration, there was not a significant difference in the damping coefficient based on oil supply pressure and flow. However, the influence of journal eccentricity resulted in a larger damping coefficient throughout the entire range when eccentricity was present compared to when it was absent.
Furthermore, numerical analysis software for squeeze film dampers was developed based on mathematical modeling, and the program''s results were compared with test and analysis results from the literature for program validation. The analysis results under the same conditions as the tests were derived and cross-validated, demonstrating consistency between the test results and the analysis results.