空間用有閥線性壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，制冷低溫技術(shù)在航空航天領(lǐng)域獲得了極其廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。探測對象不同，所需的制冷溫度也不同。為了拓寬探測波長范圍和提高低溫探測器精度，某些紅外探測器需要工作在4-6K的溫區(qū)范圍。早期，該制冷溫區(qū)主要使用液氦或超流氦杜瓦。隨著機(jī)械式低溫制冷機(jī)的發(fā)展，越來越多的機(jī)械式制冷機(jī)應(yīng)用于空間探測領(lǐng)域。在4-6K的溫區(qū)范圍，與斯特林制冷機(jī)或斯特林型脈管制冷機(jī)相比，Joule-Thomson(J-T)制冷機(jī)具有更高的效率和更靈活

2、的設(shè)計(jì)，因此獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。
　　有閥線性壓縮機(jī)是J-T節(jié)流制冷的關(guān)鍵技術(shù)之一?；陂g隙密封和無油潤滑技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)線性壓縮機(jī)的高效共振運(yùn)行，且具有潛在的長壽命和高可靠性;通過簧片閥的作用，使得壓縮機(jī)達(dá)到一個(gè)較高的壓比，實(shí)現(xiàn)J-T制冷機(jī)的工作循環(huán)。與動圈式相比，動磁式線性壓縮機(jī)具有更高的效率，更大的比推力;且無氣體污染，無飛線，結(jié)構(gòu)更緊湊，因此對于空間用液氦溫區(qū)的J-T節(jié)流制冷機(jī)，動磁式線性壓縮機(jī)將具有無法比擬的優(yōu)勢。據(jù)此

3、，本文開展了以下工作:
　　1.系統(tǒng)地總結(jié)了線性壓縮機(jī)的發(fā)展歷程，分別從優(yōu)勢、應(yīng)用領(lǐng)域、直線電機(jī)、支撐系統(tǒng)、氣閥、損失分析、減振、新型結(jié)構(gòu)和材料等領(lǐng)域?qū)€性壓縮機(jī)進(jìn)行全面的闡述。
　　2.建立了有閥線性壓縮機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型和非線性模型并進(jìn)行求解;對于單活塞線性壓縮機(jī)，建立了采用動態(tài)平衡器進(jìn)行被動減振的數(shù)學(xué)模型;同時(shí)也分析了有閥線性壓縮機(jī)的損失機(jī)理及其效率定義;針對柔性板彈簧，提出了同時(shí)考慮“徑軸向剛度比”和“最大應(yīng)力與軸向剛

4、度比”為板彈簧的優(yōu)化參數(shù)，從而更加精確地指導(dǎo)板彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。
　　3.結(jié)合上述理論分析和有限元方法，設(shè)計(jì)了一臺動磁式有閥線性壓縮機(jī)，具體介紹了活塞氣缸的直徑行程計(jì)算、直線電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、板彈簧的選型及氣閥設(shè)計(jì)加工等過程。
　　4.通過實(shí)驗(yàn)測量了板彈簧的軸向剛度，其結(jié)果與有限元計(jì)算值較吻合，平均誤差為11.6％。同時(shí)，將線性壓縮機(jī)與氣閥裝配在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了單級壓縮比為3，可以通過有閥線性壓縮機(jī)將0.1MPa的氦氣壓