摘要：为满足高温超导器件对斯特林制冷机需求,开展了15W@77K气体轴承斯特林制冷机研究与开发.提出小孔节流和连续狭缝节流相结合的气体静压轴承,采用Sage整机热力学和麦克斯韦电机电磁学仿真分析,设计了整体直线式的15W@77K气体轴承斯特林制冷机,制作样机进行性能测试.测试结果表明：制冷机在环境温度23℃下获得15.85W@77K的制冷量,输入电功为258.6W,制冷系数为0.0613,质量仅为3.5kg（不含控制器和散热器）,冷量质量比（制冷量/质量）达到4.53W/kg,制冷机最低温度为35K.

摘要：分置式斯特林制冷机广泛应用于空间红外遥感探测器中,由于制冷机存在运动部件,工作过程中不可避免的产生振动输出,是影响探测器正常工作的主要振动源之一。为保证探测器正常工作,制冷机微振动必须足够小。从分置式斯特林制冷机微振动控制和隔振设计方面进行了研究,分析了制冷机微振动影响的主要因素,并对整机隔振理论进行了分析,将理论与实践相结合,从而有效降低制冷机的微振动,满足探测器的使用要求。

摘要：本文基于高热流密度电子元器件的散热问题,提出一种新的换热器技术——气体轴承换热器。气体轴承换热器是一种全新的强制风冷换热器,它将传统风扇和散热片组合创新,设计成旋转散热片和固定基板的结构形式。由于散热片高速旋转,散热片带动周围的空气做离心运动,大大降低了热量包裹边界层的厚度,使得自身与离心运动的冷却空气形成充分热交换,从而将热量散发出去。本文从气体轴承换热器的研究背景、散热机理、理论设计及实验研究等方面阐述该技术,结果表明气体轴承换热器在强制风冷散热上有较大的优势。

摘要：分置式微型斯特林制冷机是一种多变量强耦合的非线性系统。针对分置式微型斯特林制冷机的温度控制存在超调量大和抗负载扰动能力不佳的问题,提出了分置式斯特林制冷机自耦PI的温度控制方法。该方法使用斯特林制冷过程近似温度模型,运用递推最小二乘法辨识温度模型参数,设计二阶观测器获取平滑微分信号,进而构造误差函数,最后应用自耦PI控制器实现系统的有效控制。仿真和实验结果表明该控制方法的有效性,具有良好的动态特性和稳态性能。

摘要：为满足小型超导磁体等领域对20 K温区制冷机的需求,本文进行了20 K温区单级斯特林制冷机的理论研究,通过对20 K温区高频交变流动换热机理和材料的热容、热渗透深度的影响分析,明确了20 K温区对回热器的设计准则,通过建立整机的热力学模型进行计算,计算结果表明,在铅丝丝径为24μm时,斯特林制冷机可获得的制冷量为0.65 W@20 K、1.84 W@25 K、3.02 W@30 K、4.26 W@35 K、5.48 W@40 K。满足设备对20 K温区单级斯特林制冷机的需求。

摘要：为缩短旋转整体式斯特林制冷机的研发周期、提高设计效率及降低开发成本,提出了一种基于计算机辅助设计的旋转整体式斯特林制冷机动力学设计方法。根据外形尺寸、输入功率及振动输出等已知参数,重点从旋转电机、轴承选型、飞轮设计及曲柄连杆机构强度校核4个方面采用计算机辅助设计方式进行动力学设计研究。通过三维设计软件Pro/E对制冷机组件建模后导入Adams虚拟样机进行动力学仿真分析,将仿真分析结果导入Ansys有限元软件进行制冷机组件强度校核。通过该方法设计出的制冷机实测制冷量为1.65 W@80 K/23℃,比目标值提高27%,振动输出为0.3N,比目标值降低25%。

摘要：膜片弹簧技术已成为低温制冷机工作时获得长寿命的关键核心技术。膜片弹簧是支撑往复运动活塞、实现间隙动态密封的关键部件。本文通过有限元应力分析,得到满足轴向/径向刚度和极限应力要求的形线,对设计完成的膜片弹簧进行性能测试及寿命试验,给出关键数据。结果表明,所设计的膜片弹簧性能及可靠性满足设计要求。

摘要：设计了一种气体轴承斯特林制冷机控制器,它在传统斯特林制冷机控制器基础上采用频率为500 Hz的PWM载波取代频率为100 kHz的SPWM载波,提高了控制器输出能力。通过分时控制热敏电阻通断,优化H桥电路开关死区时间和减小载波频率等设计方案提升了控制器转换效率。采用过热保护和关机保护提高了制冷机安全性能。

摘要：为探讨不同回热器填充参数对-80℃斯特林制冷机性能的影响,讨论了回热器填料的选型原则,建立了回热器力学模型,计算了不同填充长度、截面积和冷端质量流量。结果显示,对于250目、300目、400目三种不锈钢丝网,回热器最佳填充长度为20—25 mm,丝网存在最佳的Ag/mc使COP最大,300目丝网作为填充材料COP最高为35.95%。实验验证了计算结果,300目不锈钢丝网填充的回热器性能最佳,制冷量达到85.3 W。

摘要：为了解决单侧式斯特林制冷机在运行时振动较大的问题,在研究的被动减振器的基础上,提出一种结构的柱簧减振器,并对该柱簧减振器进行设计和试验研究。通过对设计出的柱簧减振器进行试验验证和优化,柱簧减振器减振效果较板簧减振器有明显的提升;同时,在制冷机输入功率240 W左右时,将制冷机冷指时域加速度由板簧减振器的2.2 g优化至0.85 g,制冷机冷指最大频域加速度优化至0.275 g,大幅降低了制冷机的振动,有效拓宽了制冷机的应用范围。