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随着牛津型斯特林制冷机在空间的应用日益广泛，制冷机与红外探测器耦合系统对冷指造成的载荷，成为影响空间制冷机性能和可靠性的重要因素之一。研究制冷机冷指在外加载荷下的力学特性和保护技术，对指导制冷机与红外探测器耦合系统的设计，提高牛津型斯特林制冷机在空间应用中的可靠性，有重要的意义。
目前，国内外还没有机构对外加载荷下冷指的结构变形和制冷机工作性能变化进行过系统的实验研究；载荷下冷指的保护技术在国内的研究也还处于探索阶段。本文针对这些问题，进行了冷指力学特性、外加载荷下制冷机性能变化和冷指保护技术的理论及实验研究，总结了外加载荷对冷指结构和制冷机性能的影响规律，并设计了两种冷指保护装置，在目前制冷机振动检验条件和一定外加载荷下，保护了制冷机冷指结构的安全。主要内容如下：
1、分析了冷指上承受的静态载荷和动态载荷对制冷机性能的影响机理，指出静态载荷下冷指的弹性变形和动态载荷下冷指的塑性变形是影响制冷机性能的主要因素。利用材料力学理论和有限元方法，计算了静态载荷下冷指气缸与推移活塞之间的摩擦力，并分析了该摩擦力对制冷机性能造成的影响。同时，提出了动态载荷与冷指上附加质量的关系以及冷指发生塑性变形的条件。
2、搭建了径向静态载荷对制冷机性能影响测量实验平台，在此平台上进行了径向载荷下冷指的变形、推移活塞的变形、膨胀机直流偏置和制冷机工作性能测量实验。通过实验，得出了径向载荷与冷指变形、推移活塞变形、冷指和活塞间摩擦以及制冷机制冷量的关系，并给出了载荷下摩擦生热造成的冷损计算公式。
3、设计了两种动态载荷下冷指保护装置，在冷头上附加100g质量情况下，保护制冷机通过了正弦和随机振动试验，达到了冷指不发生塑性变形和制冷机的工作性能无显著变化的要求。并结合实验中测得的冷指振动响应，对两种保护装置的特点进行了比较。
通过上述工作，积累了大量理论和实验研究数据，填补了国内相关领域的空白，为耦合系统对冷指载荷的施加提供了参考的依据，也为冷指承受外加载荷时的保护装置的设计打下了理论和实践基础。