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气动式膨胀机是实现斯特林制冷机微型化的一个重要部件，而气动力学的研究是实现气动的一项关键理论基础，其实现方式和结构则是一项关键技术。
本文介绍了国内外气动制冷机的研制现状，对我所自行研制的一台轻量化气动斯特林制冷机进行运行参数优化实验，并开展对其气动膨胀机部分的实验和理论研究，主要做了以下几方面的工作：
1.分析了影响制冷性能的因素包括：膨胀腔的压力波动幅值、推移活塞的位移以及它们之间的相位差。对气动力进行分析，建立推移活塞运动方程并求解，得出影响推移活塞位移的因素。分析了气体弹簧对固有频率的影响。
2.制冷性能与膨胀腔压力波、膨胀腔容积变化有着直接的联系，研究膨胀机的气动机理，首先要实现对膨胀腔压力和推移活塞位移的监测。本文结合我所现有实验条件，设计了推移活塞位移的测量装置，采用LVDT(线性可变差分变压器)型位移传感器实现了对推移活塞位移的测量，这也是国内首次对气动膨胀机的位移进行测量。使用KISTLER—603B低温压力传感器实现了膨胀腔内低温压力的测量。
3.通过实验对轻量化样机进行运行参数的优化，得到最佳工作频率为48～50Hz，最佳充气压力为2.4～2.6MPa，性能最佳可以达到压缩机输入功率41W时80K/1w，与法国THALES同类型制冷机性能接近。对轻量化样机的推移活塞位移和膨胀腔压力测量的实验结果验证了对气动性能的理论分析：制冷量与推移活塞位移幅值五Xd成正比，Xd与蓄冷器两端压差△P成正比。测得推移活塞与压力波之间的相位大小，推移活塞位移Xd超前膨胀腔压力约32°。
4.对三种阻力特性不同的蓄冷器进行整机实验，研究蓄冷器的阻力特性对制冷性能的影响。利用流阻测试试验台的测试结果与实际工况测量结果进行比对，可以判断蓄冷器阻力能否提供足够的位移幅值。
5.通过实验对弹簧刚度不同时制冷机的性能、压力波情况、相位情况进行了记录，得出弹簧对制冷性能和相位角的影响，实验结果与理论分析一致，并总结了弹簧的设计方法。