用于低温永磁波荡器的过冷液氮冷却循环系统

低温永磁波荡器(CPMU)是第三代同步辐射光源的重要插入件,可有效提升光源的束流品质。CPMU必须在液氮温区工作才能发挥其作用,因此过冷液氮循环系统(SLNCS)就成为其工作必须的重要外围设备。为了给CP MU提供冷却,按照要求进行了循环系统的流程设计和工作模式设计;对冷箱杜瓦和自动控压装置进行了结构设计;分析计算了流程阻力,并以此为基础选择了合适的液氮泵;结合CPMU要求的热负载,对过冷换热器进行了设计计算。过冷液氮循环冷却系统的离线测试和在线测试表明,设计满足CPMU的冷却要求。

宇航级磁阻尼吸振器试验研究

为了解决空间站低温存储装置用斯特林制冷机振动难题,设计并开发了一款宇航级磁阻尼吸振器及其保护装置,对吸振器的频率适应性、不同样品质量减振性能及宇航级环境适应性开展了试验研究。试验结果表明:磁阻尼吸振器的吸振频率宽度为0.6 Hz,轴向基频加速度维持在50 mg以内;吸振器在驱动频率0.4 Hz范围内轴向基频加速度维持在30 mg以内;样品质量0—10 kg范围内吸振器对样品质量不敏感,制冷机基频、二阶及时域随样品质量逐渐增加变化较小;制冷机及吸振器通过了宇航级力学环境适应性。力学试验前后,主振方向基频、二阶和时域加速度无明显变化,表明在力学试验前后的吸振器减振性能无变化。

宇航级气体轴承斯特林制冷机研发

通过Sage建立-80℃温区气体轴承斯特林制冷机热力学模型,成功开发了宇航级气体轴承斯特林制冷机并进行试验测试。环境温度23℃,供液温度30.5℃时(流量70 L/h),方波驱动输入功率为279.6 W,制冷量为68.5 W@-87℃;正弦波驱动输入功率179.5 W,制冷量为43.96 W@-87℃;正弦波驱动输入功率99.1 W,制冷量为22.5 W@-87℃。制冷机组件最大稳态噪声为45.4 dBA,满足舱内稳态噪声不超过50 dBA的要求。通过了宇航级力学和热环境适应性并开展了可靠性及寿命试验,采用线性外推法计算得出寿命在172800 h以上,满足空间站的可靠性及寿命(6.67年)的要求。2022年7月24日随问天实验舱成功发射进入空间站,实现了中国气体轴承制冷机首次在轨验证,填补空白。目前制冷机正常开机运行,已在轨累计运行2730 h,已经冷冻了包括植物样品、细胞样品及相变单元等15批样品,样品随神舟14号飞船下行。

一种热真空释气试验装置的研制

开发了一种可用于模拟太空环境,并实现宇航材料释气量精确检测的装置。本文主要介绍了该热真空释气装置的设备组成、装置研制过程中理论计算、热真空释气试验方法以及真空泵组选型设计。针对某宇航材料进行了热真空释气试验并测量了TML(总质量损失)和CVCM(收集到的可凝挥发物)。与已有测试数据对比表明,该材料TML和CVCM误差均满足相关标准中可信度的要求,本试验装置适用于热真空释气试验。

旋转整体式斯特林制冷机计算机辅助动力学设计

为缩短旋转整体式斯特林制冷机的研发周期、提高设计效率及降低开发成本,提出了一种基于计算机辅助设计的旋转整体式斯特林制冷机动力学设计方法。根据外形尺寸、输入功率及振动输出等已知参数,重点从旋转电机、轴承选型、飞轮设计及曲柄连杆机构强度校核4个方面采用计算机辅助设计方式进行动力学设计研究。通过三维设计软件Pro/E对制冷机组件建模后导入Adams虚拟样机进行动力学仿真分析,将仿真分析结果导入Ansys有限元软件进行制冷机组件强度校核。通过该方法设计出的制冷机实测制冷量为1.65 W@80 K/23℃,比目标值提高27%,振动输出为0.3N,比目标值降低25%。

一种高温真空旋转设备的研制

设备主体结构包含高温加热控制系统、旋转圆环体、电机动力系统、块状样品拆换系统、真空系统、控制系统、支撑台架等主要部分。其中旋转圆环体用直径Φ50mm壁厚2mm、316L不锈钢管弯制而成圆环状,留有钨球及样品测试用安装活接口。管道内部装有钨球,旋转环随轴转动模拟钨球在不同温度、不同流速下对管道内壁及内部电器件的磨损情况。圆环管道中心直径1000mm,设备要求极限温度为650℃,极限真空为2Pa,系统在各实验温度点的漏率均优于5×10^-8Pa·m^3/s。

一种液氮温区至室温区电缆进出装置的设计

线缆进出装置利用穿墙式的液氮温区接插件连接电缆。通过设计、仿真、试验验证和多种方案比较,确定能满足线缆进出装置要求。制定经济实用、安全可靠、布局合理、操作方便、便于维护、能长期稳定运行的解决方案,保证测控电缆在低温环境下的各项性能符合使用要求。

O形橡胶圈真空密封性能有限元分析

真空容器通常采用O形橡胶圈配合矩形密封槽实现真空密封。本文介绍了O形橡胶圈真空密封的设计,利用ANSYS建立了O形圈两种矩形密封槽非线性有限元分析模型,研究了不同压缩率及真空度下O形圈Von Mises应力、接触应力、接触长度的变化,计算分析了不同压缩率下真空泄漏率的变化。为真空容器O形圈真空密封可靠设计及性能优化提供了依据。

箔片动压轴承的研制及在机载环控涡轮的应用

针对某型吊舱环控涡轮油润滑轴承存在的油污染、可靠性低等问题,基于吊舱涡轮的实际使用条件研制一种机载涡轮动压箔片轴承,并进行箔片动压轴承机载环控涡轮的性能试验、功能振动试验、高低温贮存试验、启停可靠性等试验验证。试验结果表明:采用动压气体箔片轴承的高速环控涡轮制冷性能、起浮压力、起浮转速均满足使用要求,功能振动试验、-55和70℃高低温启动试验优于指标要求,百次启停和超速运转后涂层无脱落,启停次数可达10 000次以上。

空间站斯特林制冷机用磁阻尼吸振器开发

对空间站低温存储装置用斯特林制冷机振动输出进行了测试,采用理论分析和数值仿真的方法开展了磁阻尼吸振器设计和开发,开发了一种空间站斯特林制冷机用磁阻尼吸振器,并进行试验测试,测试结果表明:制冷机在无吸振器输入功率100 W时,轴向输出力随时间呈正弦波趋势,最大达到482.78 N;安装磁阻尼吸振器后,制冷机基频振动从265 mg降低到14.25 mg,基频吸振效率0.054,时域振动从802.95 mg降低到98.51 mg,时域吸振效率0.123;输入功率200 W时吸振器将制冷机的基频振动从370.7 mg降低到73.92 mg,基频吸振效率0.199;时域振动从1240.5 mg降低到220.6 mg,时域吸振效率0.177;磁阻尼吸振器大幅降低了制冷机振动输出,吸振效率优于传统被动减振器,制冷机振动输出满足空间站低温存储装置技术指标要求。2022年7月24日,磁阻尼吸振器随问天实验舱成功发射,并在中国空间站长期运行,支持空间站各项科学实验研究。

微通道换热器结构及优化设计研究进展

微电子芯片、激光器及高压电器等设备的高度微型化和集成化使高发热功率系统的热管理面临极大的挑战。微通道流动沸腾技术作为一种有效的散热方式可以实现大热流密度冷却,但微通道内流动沸腾机制尚不明确,在实际应用中存在流动不稳定及蒸干等问题,这对相关优化及强化换热的方法提出了更多要求。本文从通道结构及优化设计两方面,分析现阶段两相微通道换热器的研究现状及进展,为微通道内流动沸腾强化换热及未来发展提供参考。

逆升压式吊舱涡轮冷却器变工况特性研究

现代战机普遍通过挂载电子吊舱的方式提升其在电子对抗、侦察、导航和制导等领域的性能,采用冲压空气作为冷源的涡轮环控系统为吊舱提供充足冷量,使其安全高效地工作。具有膨胀轮、动力轮、压缩轮的TTC涡轮冷却器是环控系统的核心部件。本文对采用不同循环的环控系统进行了分析,针对TTC涡轮冷却器三轮系统的耦合特点,分别对涡轮中的膨胀过程和压缩过程进行了数值求解,以此为基础建立了耦合模型并进行了理论仿真和实验验证,最终根据数值计算结果对各参数间非线性的复杂耦合关系进行了量化分析。

基于硅基回热器的微型脉管制冷机的数值模拟

随着电子器件热流密度的不断增加,开发和使用结构紧凑且高效的微型制冷器件已非常迫切。使用Fluent 19.0软件对基于硅基回热器的微型脉管制冷机在不同回热器空隙率、冷热端温度和相位条件下的制冷性能进行了数值计算。结果表明:硅基回热器的空隙率对制冷性能有重要影响;在固定几何参数下,存在一个最佳空隙率使得制冷机的COP最大。当工作频率为500 Hz,充气压力0.2 MPa,空隙率为0.87时,微型脉管制冷机能够在293 K提供3.844 W的制冷量,COP为1.007,相对卡诺效率为3.44%。随着冷端温度上升,制冷机的制冷量增加,但相对卡诺效率随之降低。本研究可为微型化制冷机的设计和开发提供一定指导。

斯特林制冷机混合填料回热器性能优化及试验研究

针对旋转整体式斯特林制冷机的回热器性能优化,讨论了回热器丝网填料选型的原则,分析了不同温区采用不同丝网参数的回热器模型,并利用REGEN软件对混合丝网模型进行了优化分析。通过实验数据对模拟优化的结果进行了分析和讨论,验证了混合丝网模型优化结果的正确性,为旋转整体式斯特林制冷机回热器性能优化提供依据。

单侧式斯特林制冷机柱簧减振器研究

为了解决单侧式斯特林制冷机在运行时振动较大的问题,在研究的被动减振器的基础上,提出一种结构的柱簧减振器,并对该柱簧减振器进行设计和试验研究。通过对设计出的柱簧减振器进行试验验证和优化,柱簧减振器减振效果较板簧减振器有明显的提升;同时,在制冷机输入功率240 W左右时,将制冷机冷指时域加速度由板簧减振器的2.2 g优化至0.85 g,制冷机冷指最大频域加速度优化至0.275 g,大幅降低了制冷机的振动,有效拓宽了制冷机的应用范围。

石墨烯型防腐涂料的制备及性能研究

制备了一种由石墨烯、聚四氟乙烯、环氧树脂等作为主要成分的石墨烯型防腐涂料,然后通过喷涂的方式将石墨烯型防腐涂料在测试样件表面成膜,并研究了该防腐涂料的附着力性能、耐冲击性能、耐盐雾及耐水性能。结果表明:石墨烯型防腐涂料的附着力为1级,耐冲击性能为100 cm,耐盐雾及耐水性能较好,因此该防腐涂料具有较好的防腐效果。

大面阵红外探测器冷平台仿真设计与试验

随着线列红外探测器面阵规模越来越大,传统的制冷机与红外探测器单点连接的耦合方式已经无法满足红外探测器芯片温度均匀性的要求。本文对某型号大面阵红外探测器冷平台及其辅助支撑、柔性冷链进行了相关的结构设计、仿真分析与试验验证,设计的冷平台在正弦和随机振动时变形量小,温度均匀性不大于0.919 K,可以满足大面阵红外探测器的工作要求,已应用到实际工程中。

不同碳材料对耐磨涂层的改性研究

将不同碳材料石墨和石墨烯分别掺杂在聚四氟乙烯耐磨涂料中,制备了由石墨和石墨烯分别改性的聚四氟乙烯耐磨涂料,采用喷涂的方式将耐磨涂料在斯特林制冷机的关键部件—活塞表面进行成膜,并对改性的耐磨涂层进行性能研究。结果表明,石墨烯改性的耐磨涂层摩擦系数能够达到0.13,表面较为光滑,均匀一致,比聚四氟乙烯耐磨涂层的摩擦系数降低了0.03,附着力为0级,具有较好的改善效果。

空调两器检漏设备氦气回收纯化装置的试验研究

本文试验研究了一种针对空调两器检漏设备的氦气回收纯化装置,研究结果表明,该装置可以有效地将空调两器检漏设备内氦气纯度维持在80%以上,该工艺的氦气使用量约为6.7m^3/天,远小于未使用该工艺时系统因纯度低而排放的氦气量(约128m^3/天),考虑到企业实际使用该装置的经济性要求,提出了该装置后续工艺优化的方向。

基于RAM Commander软件的斯特林制冷机可靠性预测方法研究

由于缺乏故障率数据库,机械零部件和机械系统的可靠性建模和预计难度较高。为了对包含制冷机控制器和制冷机机械本体的可靠性进行预计和分析,以气体轴承自由活塞斯特林制冷机为例,基于RAM Commander软件建立了斯特林制冷机的可靠性模型。模型把制冷机分解至每一个组件、再分解至每一个零件或元器件,机械零部件的故障率直接引用软件中的NPRD-2011标准(或者NPRD-2009标准),从而建立了一种通用的、全面的可靠性预计方法。通过可靠性预计结果,分析了气体轴承斯特林制冷机中可靠性的薄弱环节,为制冷机的可靠性增长指明了方向。