斯特林制冷机的振动分析及控制

低振动大冷量气动斯特林制冷机的设计与试验研究

ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｔｏｄｏｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｒｙｏｃｏｏｌｅｒ
ｈａｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔａｇｅｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｙｏ —
２０１５年第５期
总第２０７期
低温工程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
ＮＯ．５２０１５ＳｕｍＮＯ．２０７
低振动大冷量气动斯特林制冷机的设计与试验研究
李娜蒋珍华蔡诗
（中国科学院上海技术物理研究所上海（上海理工大学能源与动力工程学院上海２０００８３）２００识码：Ａ
文章编号：１０００．６５１６（２０１５）０５－００６４－０５
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｌｏｗｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄａｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙ

气动分置式斯特林制冷机被动减振技术研究

ＬｎｈｕＩｓｉｔｆＰｙｉｓａｚｏｎｔｕｅｏｈｓｃ，Ｌａｚｏ３００，Ｃｉａｔｎｈｕ７００ｈｎ）
Ａｂｓｒｃ：Ｖｉｒｔｎｏｒｅａｄｈｒｃｅｉｔｃｒｎｌｚｄｉｔｒｉｇｃｙｃｏｅ，ｔｅａｕａｒ — ｔａｔｂａｉｓｕｃｎｃａａｔｒｓｉｓｗｅｅａａｙｅｎＳｉｌｎｒｏｏｌｒｈｎｔｒｌｉｅｏｑｅｅｆｃｌｉｇｒｗｅｅｃｌｕａｅｕｉｇｂａｍｏｅｕｎｙｏｏｄｆｎｅｒａｃｌｔｄｓｎｅｍｄ１．Ｄｅｉｎｉｇｍｅｈｄｎｐｓｉｅａｓｒｅｓｅ — ｓｇｎｔｏｓ０ａｓｖｂｏｂｒｗａｘｐａｎｄｉｈｏｙＢａｅｏｔａａｙｉｔｅｙｍｉａｏｂｒｗａｓｌｃｅａｉｒｔｏｃｎｒｌｎｉｌｉｅｎｔｅｒ．ｓｄｎｈｅｎｌｓｓ，ｈｄｎａｃｂｓｒｅｓｅｅｔｄｓｖｂａｉｎｏｔｏｌｇｎｉｐｅｍａｉａｌｒｖｎｅｐｎｅｎｐｉＳｉｌｎｙｃｏｅ．ＡｙａｉｂｏｂｒｗａｓｇｅｂｓｄＯ３ｔｅｎｕｔｃｌｄｉｅｘａｄｒｉｓｌｔｔｒｉｇｃｏｏｌｒｙｄｎｍｃａｓｒｅｓｄｅｉｎｄａｅ１ｈｔｏｙｐｅｉｉｏＴｈｘｒｍｅｔ１ｒｓｌｓｏｔｗａｕｌｇｅｍｅｔｗｉｈｏｙｐｅｉｔｎ．ｈｅｒｒｄｃｔｎ．ｅｅｐｅｉｎａｅｕｔｈｗｎｉｉｓｆｌｙａｒｅｎｔｔｅｒｒｄｃｉｈｏ

空间斯特林制冷机的振动控制研究

安装方便、制冷量大等优点，在空间侦察领域得到
了广泛的应用。
当时生产力水平低下，整套制冷设备的经济性比较差，斯特林制冷机未能得到推广。１９５４年荷兰
Ｐｌｉｌｉｐｓ实验室研制成实用的逆向斯特林循环制冷
低温与超导
低温技术
Ｃｒｙｏ．＆Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ
Ｖｏ１．４２Ｎｏ．２
第４２卷
第２期
空间斯特林制冷机的振动控制研究
史韦意，陈剑，曾维俊，乔晋红
（合肥工业大学噪声振动工程研究所，安徽省汽车ＮＶＨ工程技术研究中心，合肥２３０００９）摘要：研究了斯特林制冷机的发展历程，分析了斯特林制冷机常见的两种结构，并对比了几种典型的制冷介质。从专业的角度阐述了它的工作原理，分析了其振动来源，介绍了其振动测试方法，最后着重从主动、被动控制两个方面提出了一些振动控制手段。关键词：斯特林制冷机；结构原理；制冷介质；主动控制；被动控制
利用逆向斯特林循环进行制冷，获得成功。由于
冷机作为低温获得装置；此外，如高温超导器件的通信卫星、天基信息传输系统为了获得较高的信噪比，都是利用制冷机作为冷却装置＿４Ｊ。斯特林
制冷机因其具有结构紧凑、占有空间小、质量轻、
ＡｂｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆＳｔｉｌｉｆｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｗｏｃｏｍｍｏｎＳｔｉｒｌｉｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｗａｓ

斯特林制冷机自适应主动振动控制系统研究的开题报告

斯特林制冷机自适应主动振动控制系统研究的开题报告一、研究背景及意义斯特林制冷机是一种基于惯性力的循环式制冷设备，它具有体积小、重量轻、低噪音、低振动、无污染等诸多优点，已被广泛应用于航空航天、军事、医疗、电子、能源等领域。

然而，由于斯特林制冷机中的工作物体主要以气体为介质，因此气体的惯性和压缩弹性引起的振动一直都是制冷机运行过程中的一个难点，严重制约了其提高制冷效率和可靠性的发展。

因此，开展斯特林制冷机振动控制系统的研究，对于提高其工作性能和应用价值具有重要的意义。

二、研究内容与目标本文针对斯特林制冷机中被动振动控制问题，提出了一种自适应主动振动控制系统，目标是在保证制冷机正常工作的前提下，降低振动和噪声的影响，提高机器的可靠性和安全性。

具体研究内容和方案如下：1.制冷机运行过程中的振动分析和控制理论研究，建立基于物理模型的数学模型，分析机器的振动产生机理，探究振动控制手段和技术方法。

2.设计自适应主动振动控制系统，包括振动检测、信号处理、控制算法、执行机构等部分。

3.实验验证和性能优化，在实现振动控制的同时，根据实验数据进一步优化控制算法和实现技术方案，提高机器的稳定性和效率。

三、研究方法与技术路线1.文献调研和分析，了解斯特林制冷机工作原理和振动控制方法。

查找和整理相关文献和资料，以便为研究提供理论依据和实验设计的参考。

2.建立数学模型，采用振动分析理论和控制理论，对斯特林制冷机的结构、工作原理和动态特性进行建模和分析。

3.设计并实现自适应主动振动控制系统，包括振动检测、信号处理、控制算法和执行机构等部分，评估其控制效能和性能优化。

4.实验验证和分析，制定实验方案，根据实验数据进行性能评估和优化。

5.研究成果的撰写和总结，撰写论文并同时进行科研成果的呈报和宣传，扩大创建斯特林制冷机自适应主动振动控制系统的科学和技术的影响和收益。

四、研究项目的预期效益1.完善斯特林制冷机的振动控制方法和技术，增强机器的稳定性和可靠性。

专用直线振荡电机的振荡特性分析

果与理论分析本一致。
斯特林制冷机的模型如图１所示。压缩气体的活塞由直线振荡电机的动子推动，系统的输入值是控制电压
，
输出值是动子的位移量。由图１可知，整个闭环系在
统中，线振荡电机决定着整个系统的可靠性、定性、直稳能耗以及电压与位移的关系。
文献标识码：Ａ
关键词：振荡电机；斯特林制冷机；直线电机；振荡特性
中图分类号：Ｍ３９４Ｔ５．文章编号：０４— ０８（０２０１０７１２０）５－０１０５—０３
ＡｂｓｒｃＴｈｅｓｉｌｔｏａａｙｉｂａｅｎｈｅｌｃｒｍａ — ｔａｔ：ｏｃｌａｉｎｎｌｓｓ，ｓｄｏｔｅｅｔｏｇ
ｓｓｅｔｗｔｈｈｏｙｉｎｉｔｅｔｅｒ．ｔｈ
Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｓｉｌｔｏｍｏｏ；ｓｉｌｎｅｇｎｄｏｃｌａｉｎｔｒｔｒｉｇｎｉｅ；ｌｎｒｉｅａｍｏｉｎ；ｔｏ
ｏｃｌｔｎｃａａｔｒｓｃｓｉａｉｈｒｃｅｉｔｌｏｉ
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专用直线振荡电机的振荡特性分析
陈杰峰，自强王
（北京航空航天大学，北京１０８）００３
ＴｈｅＯｓｉｌｔｏｎＣｈａａｃｅｉｔｃＡｎａｙｓｓｏｅｉｌＬｉａｏｔｏＯｓｉｌｔｏｏｔｃｌａｉｒｔｒｓｉｌｉｆａＳｐｃａｎｅｒＭｉｎｃｌａｉｎＭｏｒ

斯特林制冷机直线压缩机共振频率与特性研究

Ｂ —— 气隙中的磁感应强度；
￡ — 有效线圈长度； — ｉ — 线圈中的电流；ｌ — ｐｈ — 充气压力； —
作者简介：张存泉（９９）１６一，男，副教授／学博士，１９年毕业于西安交通大学低温工程专业，２０工９１０３年于上海交
通大学制冷与低温工程研究所获得博士学位，现主要研究方向为新型低温制冷技术及空间气体制冷机。
・
２・６
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曰 —— 永久磁体磁场强度；
Ｚ — 动线圈最大长度； —
簧振动系统动力学行为符合一般受迫振动的规律，
ｈｉｅｒｏｒｓｒｉｔｎａｌｚｄｙｔｍａｉｌｙ，ｗｈｃｉｓｇｉｃｔｏｒｅｉｎｐｉｚｔｎｎｄｅｆｒｎｅｔｅｌｎａｃｍｐｓｏｓｈｅｎａｙｅｓｓｅｔａｌｅｃｉｈｓｉｎｆａｆｄｓｇｏｔｉｎｍｉａｉａｐｒｏｍａｃｏ
ＲｅｅｒｈｏｅｏａｔｆｅｕｎｙａｄｃａａｔｒｓｉｓｏｎａｓａｃｎｒｓｎｎｒｑｅｃｎｈｒｃｅｉｔｆｌｅｒｃｉｃｍｐｅｓｒｏｔｌｇｃｙｃｏｅｏｒｓｏｆＳｉｉｒｏｏｌｒｒｎ
摘要：文章主要基于斯特林制冷机直线压缩机及其相应简化物理模型，给出了压缩活塞一弹
簧振动系统的动力学控制方程，就直线压缩机的共振频率及特性进行了系统分析，对整机优化设

斯特林制冷机自适应主动振动抑制算法研究

斯特林制冷机自适应主动振动抑制算法研究李娟;周吉【摘要】空间机械制冷机产生的振动会影响空间探测仪器对探测目标的分辨率和定位精度,是制约制冷机空间应用的一个关键因素.为了降低斯特林制冷机在应用中产生的振动,将自适应主动振动抑制算法引入到系统中.分析了目前采用的主动振动抑制算法的原理和优缺点,表明该方法依赖于减振制动器传递函数,因而稳定性、收敛性受传递函数误差的制约.基于延迟补偿修正filter-X结构和仿射投影算法提出了自适应主动振动抑制系统,该系统由控制器、振动传感器组成.仿真结果显示,相比于常用的控制方法,摆脱了减振器传递函数误差影响的制约,稳定性、收敛性和鲁棒性更好.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】4页(P283-286)【关键词】斯特林制冷机;自适应滤波;主动振动抑制;仿射投影算法【作者】李娟;周吉【作者单位】北京空间机电研究所中国空间技术研究院空间光学遥感器技术核心专业实验室,北京 100094;北京空间机电研究所中国空间技术研究院空间光学遥感器技术核心专业实验室,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TB65+.50 引言随着空间遥感任务对精度要求的提高，卫星上的有效载荷对振动环境也提出了更高要求。

机械制冷机产生的振动会对星载仪器产生极大的危害，是影响其空间应用的一个关键因素。

目前国际上红外光电探测项目依赖于长寿命机械制冷机的成功应用。

由于运动部件和气体穿梭导致制冷机产生振动干扰，尤其是冷指的振动会使红外探测器、焦平面器件偏离仪器光学系统的正常范围，导致成像模糊，对探测目标的分辨率和定位精度下降，甚至引起其他设备、结构的机械共振[1-3]。

随着深空高分辨率观测、红外干涉等空间技术的发展，对振动的要求越来越苛刻，必须对输出的振动力进行抑制。

美、欧等国已开展机械制冷机的主动振动抑制算法研究，其中包括JPL （Jetpropulsion Laboratory）[4]、NASA（National Aeronauticsand Space Administration）[5]、Hughes（即现在的 Raytheon）[6]、Lockheed、Sunpower等。

自由活塞斯特林制冷机的研究概述

自由活塞斯特林制冷机的非接触运行，如图 4 为静压气体轴承活塞运动技术；而 Infinia 采用柔性弹簧的径向刚度来保证自由活塞斯特林制冷机的非接触运行，如图 5 为柔性弹簧支撑活塞运动技术。静压轴承技术的缺点是设计难度较大，需要耗费部分压缩氦气，带来性能的局部衰减，而柔性弹簧的径向刚度支撑的缺点在于装配技术难度较高，装配的一致性很难保证，因此不适合大批量生产。自由活塞斯特林制冷机未来的发展依赖于这两种技术的进一步改进。
表 4 自由活塞斯特林制冷机的研制情况[3,4,5]
公司
Sunpower
Twinbird Global cooling
型号 M77 M87 CT MT GT M223 TB40
M100A
制冷量 4W@77K 7.5W@77K 10W@77K 5W@77K 15W@77K 35W@223K 40W@250K
90 年代以来，动磁式直线压缩机的发展比较迅速，通过改进磁路设计，改进径向充磁方式，优化气隙等设计思路，目前的动磁式直线电机的效率已可以达到 85%以上，而动圈式直线电机的效率一般在 75%～80%之间。与动圈式直线电机比较，动磁式直线电机无引线问题，且可方便消除线圈的放气对氦气纯度的影响，效率更高，结构更可靠。表 2 为动磁式和动圈式直线电机技术的比较。由表 2 可见
Abstract Free-piston Stirling cooler(FPSC) adopts linear motor driven, flexure spring, clearance sealing, pneumatically driven expander advanced technology etc., which possess many advantages, including compact configuration, light weight, oil-free lubrication, few movement parts, high reliability, low vibration, long life, easy capacity modulation operation etc. With the rapid techonical improvement of aeroscope, solid electronics and cryobiology, high cooling capacity free-piston Stirling cooler owns bright and extensive application prospect. In this paper, Trend in development and research status of FPSC is reviewed in domestic and foreign. In particular, the cryogenic and refrigeration application of FPSC are expected. Keywords Free-piston Stirling cooler (FPSC) Linear compressor Refrigerator Reliability Application

斯特林制冷机的操作原理

斯特林制冷机的操作原理斯特林制冷机是一种常用的制冷设备，它基于斯特林循环原理，通过驱动活塞的往复运动来实现制冷效果。

它的操作原理相对简单，但在应用和实践中有着广泛的用途。

1. 简介斯特林制冷机：斯特林制冷机是一种热力循环装置，由两个具有高热容量的热源--热源和冷源--以及两个工作活塞组成。

这些活塞通过间歇式的往复运动来改变气体的压力和体积，从而实现制冷效果。

2. 斯特林循环原理：斯特林循环是一种理想的热力循环过程，包括等温膨胀、等容冷却、等温压缩和等容加热四个阶段。

具体操作如下：- 等温膨胀阶段：冷源的热量传递给工作气体，使其膨胀，活塞从冷端往热端移动。

- 等容冷却阶段：冷源继续吸收热量，但气体不再膨胀，活塞保持在最高点位。

- 等温压缩阶段：热源向工作气体传递热量，使其压缩，活塞从热端往冷端移动。

- 等容加热阶段：热源继续传递热量，但气体不再压缩，活塞保持在最低点位。

3. 操作原理：斯特林制冷机的操作原理基于斯特林循环，通过循环改变工作气体的温度和压力，从而实现制冷效果。

具体操作过程如下：- 冷源吸热：在等温膨胀阶段，冷源向工作气体传递热量使其膨胀，同时活塞从冷端向热端移动。

这个过程中，工作气体吸收热量，并将其带到热端。

- 冷却：在等容冷却阶段，冷源继续吸收热量，但气体不再膨胀，活塞保持在最高点位。

这个过程中，工作气体的温度降低，散热至冷源。

- 热源加热：在等温压缩阶段，热源向工作气体传递热量使其压缩，同时活塞从热端向冷端移动。

这个过程中，工作气体释放热量，并将其带到冷端。

- 加热：在等容加热阶段，热源继续传递热量，但气体不再压缩，活塞保持在最低点位。

这个过程中，工作气体的温度升高，吸收热量的热源带走了制冷效果所需的热量。

4. 观点和理解：斯特林制冷机的操作原理相对简单，通过驱动活塞的往复运动，循环改变工作气体的温度和压力来实现制冷效果。

相比传统的制冷设备，斯特林制冷机具有以下优点：- 无需制冷剂：斯特林制冷机使用工作气体作为制冷介质，不需要传统的制冷剂，因此对环境友好。

斯特林制冷机振动数学模型的Laplace变换及仿真

递函数方程可写为:
G (s)
=
s2 +
10000P2 2N@ 100Ps+ 10000P2
@
1 100
00
=
P s2 + 200PNs+ 10000P2
( 5)
为了分析阻尼比 N在 N< 0、N= 0、N> 0时, 系
统输入的简谐激振力 F ( t) = F0 sinX t( 设系统达到最佳工作状态, 此时系统工作频率 X U Xn ) 对输出位移 x( t) 不同的作用结果, 可设计如下仿真程
by m icrow aves[ J]. Physica C, 2001 354: 429- 432. [ 8]谢清连, 阎少林, 赵新杰, 等. 高温其振动系统位移输出的时间响应是正弦周期振动, 振幅逐渐增大, 振动
周期为 0. 02秒, 与振动频率 f= 50H z是一致的;
当阻尼比 N> 0时, 其振动系统位移输出的时间响应也是正弦周期振动, 振动周期亦为 0. 02秒, 与
振动频率 f= 50H z一致, 只是振幅为等幅的, 但随
着阻尼比 N的逐渐增大, 系统等幅振动的幅值也
相应减小, 这与我们实际的实验结果是吻合一致的。
第 4期
低温技术 C ryogenics
# 7#
图 3 N< 0、N= 0时 x( t) 的仿真原始图 F ig. 3 X ( t) s' pr ima l sim ulation chart as N< 0、N= 0
图 4 N< 0、N= 0时 x ( t)的仿真放大图 F ig. 4 X ( t) s' am plificatory sim ulation cha rt as N< 0、N= 0

制冷系统压缩机振动分析与控制技术研究

制冷系统压缩机振动分析与控制技术研究随着制冷设备应用范围的不断扩大，制冷系统压缩机振动也日益受到重视。

因为压缩机振动会影响设备的稳定性和正常运行，甚至可能导致设备故障。

因此，制冷系统压缩机振动分析与控制技术的研究显得尤为重要。

一、制冷系统压缩机振动的原因分析1. 制冷系统本身的原因制冷系统是由多个部件组成的，包括压缩机、冷凝器、蒸发器等。

这些部件难免存在一些制造或使用中的缺陷，如制造质量不良、部件损坏、安装不规范等，这些问题都可能导致制冷系统的振动。

2. 外部环境的影响制冷设备常常运行在恶劣的环境下，如高温、高湿等。

这些环境因素也会对系统的稳定性产生一定的影响，导致压缩机振动。

3. 压缩机本身的问题压缩机是制冷设备的核心组件，如果在工作过程中存在过热、过载、排气阀门失效等问题都会导致压缩机的振动。

二、压缩机振动对设备的影响1. 影响设备的稳定性压缩机振动会导致整个制冷系统的运行不稳定，进而影响到整个设备的稳定性。

如果振动量过大，连带周围的设备也会受到影响。

2. 催化设备故障振动可能导致设备内部部件的脱落、松动等问题，这些问题一旦发生，会催化设备的故障，并且可能会进一步加剧问题。

3. 影响设备的使用寿命长期的振动会对设备的零部件造成损伤，导致设备提前失效。

如果长期不控制振动，对设备的使用寿命影响将会非常大。

三、振动分析与控制技术的研究为了有效控制振动的发生，制冷系统压缩机振动分析与控制技术的研究就呼之欲出。

其中，振动分析技术可以从多个方面入手，如加速度传感器、热成像技术等，对设备的振动情况进行全面的监测和分析。

控制技术可以通过控制力、运动精度、速度、角度等对振动进行控制，降低振动的影响。

四、实际应用制冷系统压缩机振动分析与控制技术已经在实际应用中取得了很好的效果。

例如，通过振动分析技术，可以检测出空调设备中的故障，及时修复，避免设备的性能下降和损坏。

通过控制技术，可以有效地控制设备的振动，延长设备的使用寿命。

冷冻机组振动停车原因分析及改进措施

第２卷６
第４期
石油化工技术与经济
Ｔｃｎｌｇｅｈｏｏｙ＆ＥｏｏｃｎＰｔｃｅｃｌｃｎｍｉｓｉｅｒｈｍｉａｓｏ
２１年８月００
冷冻机组振动停车原因分析及改进措施
张专华
（中国石化上海石油化工股份有限公司化工事业部，０４）２５００
第２卷６
第４期
ｐ＼赠
口；＆
ＯＯＯ
２１年８月００
Ｌｍ
０Ｏ
大于联锁值时就导致了振动联锁停车。
Ｏ
联锁停车原因主要有以下两点：一，凝器第冷
ｐ
＼
管板泄漏使换热效果变差；第二，温度控制的比例
压缩机进出口压力上升，变化情况如图３所示。其
要维持高的压比，流量一定时，缩机只有提高在压
转速，终导致转速在１１最０５９— １０／ｎ波１２０ｒｍｉ
收稿日期：００－５— ０２１０３。
作者简介：张专华，１６男，９４年出生，９５年毕业于上海化学１８
变，即冷凝器中的热流量要保持不变，由此可推断
丙烯腈装置制冷机组由蒸汽透平驱动，用采丙烯为制冷介质的两级离心式制冷压缩冷凝机组
及远置式蒸发器经管路连接共同构成一个制冷系
统，工艺流程见图１。制冷气体经压缩机压缩后进入冷凝器，冷凝器中与冷却水进行热交换冷在却成液体，冷却后的液体经贮液器分别进入过冷器的管程和壳程进行自冷却，冷器中蒸发的气过

分置式斯特林制冷机气动膨胀机阶梯轴振子运动特性研究

ＪＩＡＮＧＣｈｏｎｇ — ｈｕａ，ＣＨＥＮＸｉａｏ－ｐｉｎｇ，ＸＩＡＭｉｎｇ，ＬＩＨａｉ — ｙｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＷｅｉ，ＣＨＥＮＪｕｎ
（ＫｕｎｍｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ尸厅ｉｃｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０２２３，Ｃｈｉｎａ）
江重桦，陈晓屏，夏明，李海英，黄伟，陈军
（昆明物理研究所，云南昆明６５０２２３）
摘要：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
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｉｌｉｆｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ，ｐｎｅｕｍａｔｉｃｄｒｉｖｅｒ，ｓｔｅｐｐｅｄ — ｒｏｄ，ｓｔｒｏｋｅ，ｐｈａｓｅａｎｇｌｅ
第３６卷第１期２０１４年１月
红外技术
ＩｎｆｒａｒｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１＿３６ＮＯ．１Ｊａｎ．２０１４
（制冷技术＞
分置式斯特林制冷机气动膨胀机阶梯轴振子运动特性研究

斯特林制冷机用动圈式直线压缩机共振频率特性仿真分析

ｐｙｉａｍｏｅ，ｅｄｎｍｉｓｃｎｒｌｑａｉｎｆｒｉｒｔｎｓｓｅｂｉｇｃｍｐｉｅｙｔｅｃｍｐｅｓｒｉｔｎａｄｈｓｃｌｄｌｔｙａｃｏｔｕｔｂａｉｙｔｍｅｎｏｒｄｂｈｏｒｓｏｓｏｎｈｏｅｏｏｖｏｓｐ
整机优化设计与性能改进具有重要意义。
关键词：斯特林制冷机；动圈式直线压缩机；振频率；共性能仿真
中图分类号：Ｈ５Ｔ４文献标识码：Ａ
ＳｉｍｕｌｔｏＡｎａｙｉｎＲｅｏａｅｕｅｙＰｅｆｒｎｃｆａｉｎｌｓｓｏｓｎｎｔＦｒｑｎｃｒｏｍａｅｏＭｏｉ－ｏｌＬｉａｍｐｅｓｒｆｒＳｉｌｎｇＣｒｏｏｌｒｖｎｇｃｉｎｅｒＣｏｒｓｏｏｔｒｉｙｃｏｅ
（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉４０６）３０３
摘
要：于斯特林制冷机用动圈式直线压缩机及其相应简化物理模型，出了振子的受力特性和振子基给
系统动力学控制方程，通过对动圈式直线压缩机的性能仿真系统的就其共振频率及特性进行了分析，对
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２０年第６总２６０７期（０期）
压缩机技术
薪文￣０７ … 章－６１编：－１２０９一ｏ
． ◆ ◆ ◆ ◆ ．
◆
斯特林制冷机用动圈式直线压缩机共振频率特性仿真分析
饶凌．存泉张
压缩机技术

行波热声斯特林机中自激振荡的实验分析 ———利用相空间重构方法

图! 压力信号 !" 的时间序列所重构的相空间单位：*%
（ %）高频模态；（(、 )）过渡态；（&）低频模态。
振荡的动态特性可以用相空间来描述，该振荡系统的相空间为稳定的极限环，表示了系统是自治的，即热声系统的动力学是由内部源所控制，而不是由外部力量所决定。因此，在热声系统中一定存在某些内在的因素维持系统的振荡和稳定，此外，极限环也描述了系统在所做的实验范围是线性声范围，还没有产生非线性的声现象，这与我们的实验观察是一致的。对本行波热声系统，使用相空间重构方法进行高幅热声以及热声系统稳定性条件与决定系统起振模态因素的研究，将是我们下一步的研究工作。 ! 结论一个小型的热声斯特林机实验装置已在中科院的理化技术所设计和建造，本文的实验分析工作将为适合于冷却微电子元件和设备的微型样机的设计、制造和运行提供有用的经验，用于信号分析的相空间可以用时间延迟法来重构，重构的相空间可以用来分析热声系统的动态特性和稳定性条件，相空间中的极限环表示了系统是自激的稳定振荡，且在本文的实验条件下是线性声的范围，关于实验样机的系列实验正在进行中。
［)］波，它是高频波与低频波的叠加，具有两个频率或周期，实验已证实了 !$" 78 是系统环形圈中行波的基频，而 )" 78 是包括环形圈在内的谐振管系统的谐振基频，此过渡波事实上
是行波圈中行波与驻波管中驻波的合成与叠加，此合成波具有调制波或叠加波的特点，从图 (（ &）可见，低幅的高频波叠加到较高幅值的低频波上，它表示了模态间转换的过程。在本
!
［!］自从 () *+,, 以来的几十年，关于热声的许多研究工作，引起了对热与声波间相互作用现象研究兴趣的日益增多，其中广泛研究的绝大部分是关于驻波热声机和制冷机。行波热［"］［$， #］声的设计思想虽然在 "% 多年前就已提出，但只是在最近几年才有更多的研究兴趣注重

基于DIC的斯特林制冷机振动非接触三维全场测试方法

基于DIC的斯特林制冷机振动非接触三维全场测试方法作者：朱魁章程腾仰叶张文君高越苏勇徐小海张青川来源：《中国测试》2015年第05期摘要：为快速准确测试斯特林制冷机在工作时的振动状态，建立一种基于数字图像相关（DIC）的非接触三维仝场测试新方法。

该方法通过对制冷机表面的自然或人工标识进行图像相关分析，获得制冷机表面的外形（或标识）位移和应变的非接触三维仝场测量，对测量的三维位移场进行傅里叶分析，进一步计算制冷机表面（或标识）的三维全场振动，实现制冷机振动振幅与频率的高精度无接触测量。

通过斯特林制冷机的三维振动测试结果表明：该方法不仅能作为斯特林制冷机振动输出测量的新方法，还能有效应用于其他运动物体的振动输出测量。

关键词：制冷机振动；数字图像相关；三维；全场测试文献标志码：A文章编号：1674-5124（2015）05-0001-040 引言斯特林制冷机是为高精度红外探测器提供80 K低温环境的一种机电组件，工作时因为内部部件运动而产生振动，振动大小直接影响红外探测器的探测准确度和成像质量，航天红外热像仪对制冷机的振动要求较高。

目前，斯特林制冷机的振动通常使用加速度传感器（或位移传感器）量测其振动加速度时程曲线（或位移时程曲线），从而评估制冷机的振动特性。

这类振动测试方法的局限性在于：1）通常是一维的点测量，为了较全面地分析制冷机的振动特性，需在制冷机的不同方位布置数个传感器；2）接触式测量，传感器必需粘贴在制冷机的表面上，还有测量引线，这对振动测试结果的准确性有一定影响，尤其是被测量物体尺寸和质量较小时。

数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术是一种基于现代数字图像处理技术的新型光测技术，它通过分析变形前后被测物体表面的数字图像，获得被测器件表面的形貌和变形（位移、应变）信息，通过软件分析获得被测物体的振动位移量。

随着数字摄像技术的发展，各种高分辨率（>1200万像素）、高帧频（>1000 Hz）的数字相机不断涌现，基于DIC的测试技术也相应得到了快速发展，已被广泛应用于工业、科研、军事、医疗等领域，比如：混凝土的变形检测、材料表面变形测量、板材的成形极限曲线测量等。