为研究回热器中填充结构的微观结构特征，基于多孔介质分形理论，使用压汞法对回热器孔隙分布情况及分形维数进行研究。回热器是微型斯特林制冷机的关键部件，使用不锈钢网片或不锈钢毡填充制备的回热器是一种典型的多孔介质。采用压汞法对回热器进行微观结构测试，得出回热器内部孔隙分布范围。结合多孔介质分形分析的基础理论，计算得出回热器分形维数，说明了回热器具有分形特征，得出回热器的分形维数区间。
斯特林制冷机 回热器 多孔介质 分形 Stirling cooler, regenerator, porous media, fracta
微机电系统 MEMS（micro-electro-mechanical system）是一种集合了微电子与机械工程技术的新型高科技装置，其制造工艺可以进行最小至纳米尺度的加工以及高度集成化的微型制造。其产品微小体积、高度集成化以及高性能高产热的特性也决定了其需要匹配相应的制冷解决方案，本文重点阐述了基于 MEMS制造工艺并同时应用于 MEMS产品的微型制冷器的工作原理、性能及发展趋势。分别分析了微型半导体制冷器以及微型节流制冷器各自的优势和不足，对微型制冷器的未来发展提出了建议。
微机电系统 微加工 微型制冷器 MEMS，micro manufacturing，micro coolers
为分析斯特林制冷机间隙密封泄漏量影响因素权重, 结合同心环形缝隙流动理论, 确定影响因素包括间隙厚度、密封长度、间隙两端压差、转速、间隙内径以及活塞冲程。通过正交试验搭建 32组数学模型, 基于计算流体 CFD数值模拟的方法, 研究分析不同密封间隙的泄漏情况。利用方差分析对仿真结果进行处理, 结果表明间隙厚度对斯特林制冷机的泄漏量影响最大；压差、密封长度、活塞冲程以及转速对泄漏量影响依次减小；间隙内径对泄漏量影响最小。这对斯特林制冷机间隙密封减小泄漏量的设计提供了参考。
间隙密封 正交试验 权重分析 泄漏量 clearance seal, orthogonal test, weight analysis,
微型节流制冷器因其快速冷却、结构简单紧凑等特性而被广泛地应用在红外探测器、超导量子干涉器件等器件的冷却当中。由于目前的仿真计算仍然存在较大的误差, 本文通过搭建实验平台, 对微型 J-T制冷器的稳态特性比如背压和稳定工作温度等进行了实验研究, 制冷工质分别为氮气及氩气。实验结果表明, 不同结构参数(比如换热器轴向长度、翅片间距)以及不同工况(比如不同的环境压力等)均会对制冷器的稳态特性产生较大影响。
节流制冷器 实验平台 背压 工作温度 J-T cooler experimental platform back pressure working temperature
回热器为回热式低温制冷机的主要部件之一, 其结构直接影响制冷机的性能。本文分析了分层填充回热器对制冷机性能的影响, 在此基础上, 结合回热器模拟软件 REGEN3.3的仿真结果, 设计了线性斯特林制冷机的分层填充回热器结构, 并做了实验验证。实验结果表明, 回热器采用适当的分层方式能大幅度提高制冷机的性能。该制冷机与优化前相比, 降温速度提升了 14%, 整机效率提高了 37.5%。
线性斯特林制冷机 分层回热器 linear Stirling cryocooler multi-layer regenerator REGEN 3.3 REGEN 3.3
介绍了国外军用航空器搭载的红外搜索跟踪系统、红外对抗系统、导弹及对应的制冷机匹配情况。对目前国外空军使用的在产或在研的各种整体集成式斯特林制冷机、线性斯特林制冷机的特点进行了总结，指出制冷机的环境适应性与可靠性是制冷机最重要的发展特点。
机载红外系统 斯特林制冷机 整体集成 线性制冷机 airborne IR Stirling cooler integral cooler linear cooler
现有旋转式斯特林制冷机控制器使用的是基于 PID控制的无刷直流电机, 存在控温波动较大、可靠性较低等问题。基于磁场定向控制的永磁同步电机控制性能卓越、运行平稳、损耗低, 将其作为提高斯特林制冷机性能的有效途径。根据这一方案进行硬件及软件设计, 并给出实际电路测试结果。实验表明基于 FOC及 PMSM的斯特林制冷机控制系统可以作为提高斯特林制冷机性能的措施和途径。
旋转式斯特林制冷机 磁场定向控制 永磁同步电机 主控芯片 rotary Stirling cryocooler field oriented control permanent magnet synchronous motor main control chip
通过对斯特林制冷机驱动控制电路的设计计算和器件优选, 设计了一款以 DSP为核心, 软硬件相结合, 可实现功率和频率连续可调的高精度控制电路。介绍了电路的设计思想、电路组成及功能, 以及实际电路的测试结果。电路具有较宽的功率和频率调节范围, 可满足现阶段大部分线性斯特林制冷机驱动控制的需求。
线性斯特林制冷机 控制器 正弦脉宽 数字信号处理器 linear stirling cooler controller SPWM DSP
对气动分置式膨胀机振子进行运动分析和实验验证，说明随气动杆面积增加，振子相角减小、振幅增加；将直连结构与气动杆结构制冷机性能进行对比，介绍了阶梯轴面积比会影响制冷机的压缩机和膨胀机匹配，实际研发中应结合压比、相角、振幅几方面确定阶梯轴面积；分析了阶梯轴结构膨胀机的宽频工作特性。
斯特林制冷机 气动膨胀机 阶梯轴结构 振子振幅 振子相角 stirling cryocooler pneumatic driver stepped-rod stroke phase angle
不同气动膨胀机与直线压缩机适配过程中必然带来的两个动力学问题是：膨胀机固有频率、运动阻尼的改变。针对这两个因素对制冷机制冷性能的影响进行了试验研究(充气压力为1.8MPa)＋试验表明：膨胀机固有频率、运动阻尼对直线压缩机的共振频率的影响较小，可忽略不计；存在一个最佳激力比(即激励力与膨胀机固有频率之比，约为O.7)使得制冷机制冷性能最佳，此比值在一定范围内受膨胀机运动阻尼的影响：最佳激力比随膨胀机运动阻尼的增大而减小。
气动膨胀机 固有频率 运动阻尼 pneumatic expander natural frequency motion damp
