快速J-T效应制冷器研发概况与趋势

凝视焦平面探测器的快速制冷问题是新一代面一空导弹红外成像导引头研制过程中面临的技术难点之一.一般而言,凝视焦平面探测器的热质量较单元探测器大一个数量级,热负载大50%-100%.热质量的剧增,导致对制冷需求的功耗增大甚多.介绍了国外快速J-T效应制冷器研发概况与技术趋势,有助于澄清对战术导弹红外成像导引头战技指标的模糊认识.

一种快速降温的J-T制冷器

介绍了一种快速降温Ｊ－Ｔ制冷器的工作流程和试验。采用预冷及锥形换热结构，氮气ａｔ作制冷温度７８Ｋ，制冷量为３５０ｍＷ，降温时间２ｓ。

制冷工质压力对红外用波纹管J-T制冷器制冷性能的影响研究

通过具体实验研究了制冷工质压力对波纹管自调式J-T制冷器制冷性能的影响。实验工况内的结论如下:在一定的压力范围内(11 MPa≤P≤23 MPa),随着工质压力的增大,应用该款制冷器的红外系统的启动时间逐步缩短,但启动加快的速率会随工质压力的增大而减小。当工质压力增大到一定程度(23 MPa≤P≤27 MPa)时,启动时间将趋于稳定。在一定的压力范围内(11 MPa≤P≤15 MPa),随着工质压力的增大,应用该款制冷器的红外系统的蓄冷时间逐步加长;但工质压力增大到一定程度(15 MPa≤P≤27 MPa)时,蓄冷时间将趋于稳定。在一定的压力范围内(11 MPa≤P≤27 MPa),随着工质压力的增大,制冷器启动时的最大流量呈线性增大趋势,运行时的稳定流量呈逐步增大趋势。本文实验研究的过程方法和研究结果具有工程借鉴意义。

喷射式J-T制冷器的研制

研制了一种喷射式的J-T制冷器,与传统的J-T制冷器进行了不同压力下的制冷温度的比较研究,结果显示,在不同工作压力下,喷射式J-T制冷器能保持更低和更稳定的制冷温度。

InSb焦平面探测器的J-T制冷器

论述了InSb红外探测器制冷的必要性及所需的制冷温度,分析了InSb焦平面探测器对制冷的要求比分立引出(或单元)探测器更为严格的原因,指出InSb焦平面探测器的制冷温度在77～90K区间,其探测率变化不大;在137K时,分立引出(或单元)InSb探测器仍有较高输出信噪比,但这时焦平面探测器的SNR却有较严重的下降。试验表明,采用J T节流制冷器的InSb焦平面探测器可以实现高性能。

喷射式J-T制冷器的流量比研究

通过对喷射式J-T制冷器的热力分析,推导出了制冷器预冷级与制冷级的流量比的理论最小值,可为此类制冷器的设计提供参考。用实例说明了制冷器流量比在制冷器设计中的重要作用。

混合工质J-T节流制冷机中换热器特性的试验研究

文中介绍了对混合工质 J- T节流制冷机中换热器特性实验研究的结果 ,指出多组分混合工质 J- T节流制冷机及其换热器设计过程中 ,混合工质组分配比对整机及换热器换热和流动有重要影响 ,选择组分配比时要统筹考虑混合工质小温差换热段的出现位置及其长度的综合影响。

混合工质在J-T制冷器中的实验研究

通过对混合工质的设计计算 ,初步确定了混合工质的配比 ,并经实验分析其结果 ,证明与原先设想较为吻合 。

微小型J-T制冷器的发展

本文评述了用集成电路刻蚀技术制造的微小型J-T制冷器的发展概况、关键技术、设计考虑、典型产品的性能参数及其在固体激光器、大规模集成电路和光电探测器等方面的可能应用。

一种喷射式快速启动制冷器的研制

为了提高红外探测器用制冷器的启动时间,研究设计了一种新型喷射式快速启动制冷器。这种制冷器带有两级制冷,比传统的单级制冷器启动时间更短,采用多层换热管结构和多个节流孔技术,极大地提高了其换热效率和降温时间。对这种制冷器的工作原理进行了分析,确定了影响其启动时间的因素。设计了一系列试验,测试得出了这种制冷器在不同氮气压力下的启动时间。该实验结果表明,这种制冷器能在数秒内达到77K,实现了快速启动,并对更进一步提高其启动时间的方法提出了建议。

快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计

红外焦平面成像技术是一种通过摄取景物热辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的技术,广泛应用于侦察、制导、空间探测等方面.针对红外制导小体积、快速启动的应用要求,设计了快速启动红外焦平面成像制导系统.对应用于系统的折反式红外镜头、快速启动型红外焦平面探测器、低噪声成像电路等进行了设计,设计结果满足制导条件下的红外成像要求.

实现红外探测器快速制冷的设计考虑

要把处于室温的红外探测器在几秒之内冷到接近～80K的低温,并非易事,本文对实现探测器快速制冷的技术问题作了有意义的探讨,供探测器结构设计师,制冷器设计师及系统总体设计师们参考。

进气压力及流量对自调型J-T制冷器性能的影响

针对因高压流体进气压力及流量变化造成制冷器运行不稳定的问题,基于热平衡方程法,建立制冷器内换热器及自调机构的理论模型,分析不同高压流体进气压力及流量对自调型J-T制冷器运行性能的影响规律。结果表明:节流前高压流体的总压降及节流后低压流体的干度随进气压力增加而减小,随流量增加而增大;随着进气压力及流量变化,制冷器制冷量存在峰值;当高压流体进气压力增加或流量减小,制冷器冷段区域范围逐渐减小;当换热器结构一定,随着进口压力及流量改变,阀针插入深度及其锥角具有最优值。对于本文研究的制冷器结构,当质量流量小于0.1 g/s时,可忽略高压流体入口压力变化(20~30 MPa)对阀针插入深度范围的影响。

一种提高波纹管型自调式J-T制冷器控温精度的设计及试验研究

为提高波纹管型J-T制冷器的控温精度,对阀针进行了优化设计。在阀针针尖部位开槽,使其与制冷器阀体上的主节流孔形成双节流孔。制冷器开启后,工质进入主节流孔,节流降温;制冷器自调后,阀针完全堵住主节流孔,稳定小流量从针槽喷出。通过试验确定了阀针开槽的合理尺寸范围。试验结果表明,阀针开槽可以有效提高制冷器的控温精度。

J-T节流制冷器非稳态模拟与热力性能研究

J-T节流制冷器因具有结构简单、无运动部件、冷却时间短、可靠性高等优点,广泛应用于集成电子设备、红外制导、冷冻手术等领域。与国外先进技术相比,目前我国微型J-T节流制冷器的研究尚处于起步阶段,基础研究匮乏,严重制约着我国微型节流制冷器的发展。本文针对Hampson型J-T节流制冷器,建立了一维非稳态数值模型,利用Fortran自编程计算,分析了J-T节流制冷器的启动特性以及启动过程中温度、压力及流量的变化情况,为J-T节流制冷器的非稳态模型建立及预测提供了方法。

一种喷射式微型J-T制冷器热交换性能的分析

对一种喷射式微型J-T制冷器的热交换性能进行研究分析,选用30MPa的氮气作为工质,截取温度对性能影响最大的部分,采用CFD软件FLUENT模拟研究其从启动到稳定工作时的温度的分部情况,寻找到提高热交换性能的方法,从换热的角度为后续改进制冷器的性能提供理论依据。

浅谈J-T制冷器对红外探测器组件噪声的影响

红外探测器组件噪声是常见的噪声监控技术,实施现代常见的系统检测技术,实施噪声监控技术随着现代监控技术检验技术的中,融合半导体传导技术和功率智能化控制技术与一体的新型检测形式,本文对红外探测组件的分析,结合J-T制冷器的基本原理,分析其在实际中应用的作用.

自调式J-T制冷器波纹管高温焊接的研究

波纹管是波纹管自调式J-T制冷器自调机构的核心元件,其焊接后性能直接决定着自调机构的性能及可靠性。本文从刚度、硬度、微观组织形貌等多个方面,对自调式J-T制冷器中常用的电沉积波纹管,由于高温焊接过程中不同的热量输入、不同的冷却方式对波纹管焊接后性能造成的影响,开展了相关的研究。

微型低温节流制冷器结构优化设计

J-T节流制冷器被广泛应用于多种红外设备中。在有限结构内达到冷量最大化,是节流制冷器在小型化发展中面临的问题之一。本文在考虑流体物性变化和部件漏热的基础上,建立了一维稳态节流制冷器热力模型,着重对用于节流制冷器的双螺旋翅片换热器中3项结构参数(翅片的肋高、肋厚和肋间距)对换热器性能的影响进行了计算分析,并采用遗传算法对结构参数进行了优化。研究结果表明:论文所进行的数值计算与实验结果吻合较好;在给定工况和结构参数范围内,肋高和肋厚增加会导致换热器的熵产和冷端冷量都增加、肋间距增加则使换热器的熵产和冷端冷量都减少;并存在最优参数使换热器冷端冷量最大。本文所建立的计算方法为J-T节流制冷器在工程应用中的结构优化和设计提供了高效的途径。

基于正交试验的JT节流制冷器换热器热力性能研究

J-T节流制冷器在红外制导领域有着广泛的应用,针对以氩气为工质的Hampson型J-T节流制冷器,建立了稳态数理模型,并采用正交设计试验法研究了肋高、肋间距以及肋厚对J-T节流制冷器换热器热力性能的影响。通过极差分析的方法研究了各因素影响换热器换热量和效能的主次顺序,以及各因素水平变化对试验指标的影响,得到了使两项指标最优的各因素水平组合。与原尺寸对比,优化后换热器的换热量提升了7.31%,效能提升了5.77%,为J-T节流制冷器的优化提供了新的思路和方法。