建立了阻抗匹配模型, 同时从冷指及压缩机两方面对制冷机性能进行优化.基于热声理论, 构建了30 K温区脉管冷指的一维DeltaEC理论模型, 优化了惯性管型单级脉管制冷机冷指和压缩机耦合的工作参数.从机理上分析了回热器填料、双段惯性管长度及气库体积对冷指声学阻抗及压缩机声功转化效率的耦合关系.搭建实验测试平台, 测试结果表明此单级脉管制冷机可以获得24.24 K的最低温度, 输入功227 W时可以在30 K获得1 W冷量, 可较好的满足空间红外探测器应用.

采用自由室温活塞取代惯性管及气库作为脉管制冷机(Pulse Tube Cryocooler, PTC)调相机构，不仅可以减小调相机构的体积，还可以提高其制冷性能。为了研究自由室温活塞对脉管制冷机性能的影响，设计加工了一台自由室温活塞脉管制冷机，并进行了实验研究。结果表明，在输入功不变的情况下，运行频率增大时，压缩活塞和自由室温活塞的位移相位角增大，压缩活塞与自由室温活塞的扫气容积之比增大；充气压力增加时，位移相位角增大，扫气容积比减小。研究结果对自由活塞型脉管制冷机的设计及优化具有重要指导意义。

设计了直线型脉管制冷机的低温回热 器，搭建了该回热器的低温在机交变流动压降实验平台，开 展了压降和冷端压比变化规律实验研究，比较了输入功、频 率、制冷温度和充气压力对回热器压降的影响。结果表明，脉 管制冷机的运行频率越小，制冷温度越低，回热器的压降越大；充 气压力为3.0 MPa时的回热器压降大于3.2 MPa时；回 热器的冷端压比越大，比卡诺效率越高；通过增加回热器的冷端压 比可提高脉管制冷机的效率。

回热器作为回热式低温制冷机的关键部件，其填充介质对整体性能影响很大。采用丙纶纤维作为回热器新型填充介质，对单级脉管制冷机进行了试验研究。对丙纶微尺度空间结构及物理性能进行了分析，基于充气压力分别为 3.5 MPa/3.0 MPa/2.8 MPa/2.5 MPa/2.0 MPa/1.5 MPa的工况下，进行了降温性能、频率性能、制冷性能试验，获取了最低制冷温度，最佳工作频率及最大比卡诺效率。研究结果表明，充气压力对丙纶填充回热器的制冷机整体性能影响较大，工作频率的影响不是很明显。最终获得了最大比卡诺效率 9.46%@170 K/10.06 W/77 W，最大制冷量为 5.47 W@120 K/2.5 MPa、12.02 W@150 K/3.0 MPa、16.49 W@170 K/3.0 MPa，并获得了 96.4 K的最低制冷温度。