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经过几十年的发展，高频脉冲管制冷机已进入实用化发展阶段，特别是在空间领域有望取代传统斯特林制冷机成为下一代空间用制冷机。在国内，由于早期空间探测技术的需求，同轴型脉冲管制冷机是液氮温区高频脉冲管制冷机的主要结构型式，而随着大面阵、长线列、多光谱红外探测器的应用，对制冷机提出了新要求，例如冷平台面积增大、温度均匀性提高。本文从技术储备以及实用化角度出发，开展了U型脉冲管制冷机理论和实验研究工作，另外在实验室原有同轴型脉冲管制冷机技术上和本文介绍的并列U型双脉管制冷机基础上从事了脉冲管制冷机实用化研究，主要内容包括如下:
1.U型脉冲管制冷机设计及冷端连管影响理论分析。采用REGEN3.3软件设计80K和120K温区回热器尺寸，重点分析了运行参数对80K温区回热器性能的影响，同时设计了脉冲管和惯性管尺寸。设计并列U型双脉管制冷机回热器尺寸，解决了双脉管结构匹配问题。从阻力特性与体积效应分析U型脉冲管制冷机中回热器与脉管之间冷端连管的影响并运用CFD软件模拟分析了冷端连管布置方式对脉管内部流动的影响。
2.单脉管U型脉冲管制冷机实验研究。对压缩机输出PV功进行理论分析，利用动态测量实验台测量三种活塞内径(15mm、17mm、19mm)压缩机的活塞位移以及压缩机出口压力波、压力波与质量流的相位差，实验结果对压缩机的选型有指导意义。实验研究冷端连管管径和长度对压缩机活塞位移和末端输出条件的影响以及对制冷机性能的影响，通过两台制冷机性能实验验证冷端连管布置方式对制冷机性能的影响。测试了80K和120K温区U型脉冲管制冷机的性能，给出了对实验结果的分析。
3.并列U型双脉管制冷机实验研究。实验研究并列U型双脉管制冷机冷端连管布置方式对制冷机性能的影响。针对双脉管热端双出口结构，研究了惯性管分列式调相和惯性管集中式调相两种调相模式，分析了惯性管集中式调相存在的直流现象。最终设计的并列U型双脉管制冷机原理样机在80W输入电功下，制冷量6W@120K。
4.脉冲管制冷机实用化研究。针对应用需求，分别研制了同轴支撑型脉冲管制冷机和并列U型双脉管制冷机实用化样机。对同轴支撑型脉冲管制冷机的不同辅助支撑结构进行了强度校核和冷板温度均匀性分析;设计研制了不同冷端焊接方式的并列U型双脉管制冷机，解决了冷端气路布置和冷板结合方式等问题，同时分析并验证了双脉管结构的力学性能。