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0前言高频脉冲管制冷机是小型低温制冷机的一个重要分支，采用了牛津式线性压缩机技术，去除了冷端运动部件，寿命长、可靠性高，近二十年来得到了迅速发展，已逐渐在空间和军事领域应用。
脉冲管制冷机的发展及应用，要求新一代的制冷机体积小、重量轻、能量密度高。目前高频脉冲管制冷机的运行频率主要为3060Hz，仅仅通过减小尺寸来减小体积和减轻重量会使脉冲管制冷机的效率大大降低，若在减小体积的同时增加其运行频率则可在获得微型化制冷机的同时获得高效的制冷机。因此，近几年来，超高频脉冲管制冷机受到了关注，成为该领域的一个前沿方向。
美国诺思罗普格鲁门空间技术（NorthropGrummanSpaceTechnology，NGST）在高频脉冲管制冷机领域处于领先地位，PETACH等2006年报道了其同轴型百赫兹脉冲管制冷机，冷指外径11.2mm，长度48mm，77K可获得1.1W制冷量。
之后又对其进行改进，在35 W热端PV功下，最低温度可达到45K左右，77K获得1.3W制冷量。SRINIVAS等在2006年研制了工作在120Hz的超高频脉冲管制冷机，采用较大的输入功率，在80K有3.35W制冷量。随后，美国国家标准及技术研究所的GARAWAY等又研制了150 Hz的超高频脉冲管制冷机，但没有达到液氮温区。浙江大学WU等研制了大冷量大尺寸的超高频脉冲管制冷机，其最低无负荷制冷温度为49.6 K能够提供8.0 W制冷量。中科院理化所热声研究组WANG等在2009年研制了工作在100Hz左右，由线性压缩机驱动的微型超高频脉冲管制冷机，其制冷机蓄冷器直径10mm，90W电功率输入下可在80K提供2W制冷量。
目前已报道的超高频脉冲管制冷机多为直线型结构，只有NGST的超高频脉冲管制冷机为同轴型结构。直线型结构冷端气流直接从回热器进入脉冲管，流动均匀，其效率较高，但冷端在冷指的中央，实用性较差。同轴型结构紧凑，易于同器件耦合，实用性强，但由于流体在冷端发生了180°转折，流动均匀性变差，导致其性能较差。本文基于同轴型结构的优点，在已有直线型样机的基础上，研制实用化的同轴型结构的超高频脉管制冷机原理样机，在小于50W的电功率下在80K获得大于1W制冷量。
1试验装置介绍W电功率输入下，最低温度达到了54K，可在80 K获得约1.65同NGST的同轴型结构相比，无负荷温度仍然较差，但在80K的制冷量已经相差不多。
2.2双向进气对同轴型样机性能的影响在高频脉冲管制冷机中，惯性管是常用的调相方式，本文研究的同轴型脉冲管制冷机也采用了惯性管调相。在惯性管作为主要调相机构的高频脉冲管制冷机中，双向进气对于进一步降低温度仍然有较大的作用。目前已有的超高频脉冲管制冷机多为直线型结构，不方便双向进气结构的布置，本文所研究的同轴型结构的脉冲管制冷机回热器热端和脉冲管热端在冷指的同侧，可通过小孔来实现双向进气的功能，同时也避免了双向进气结构所增加的空体积对制冷机性能的恶化。
为采用合适的小孔作为双向进气结构后脉冲管制冷机的制冷量曲线。从试验结果来看，在超高频下双向进气仍然有助于温度的降低。在80W电功率输入下，最低无负荷温度降至46.4K，在80K可获得2.1W制冷量，40 W电功率输入下即可在80K获得1W制冷量。采用双向进气结构后，虽然单位温升制冷量增量减小，但冷端温度大幅降低，使得制冷机总体性能提高。
电功率输入可在80K获得1.1W制冷量，在144Hz下运行，可在80K获得约0.75W制冷量。本文所研制的同轴型样机冷指外径仅有9 mm，采用谐振频率为50Hz的压缩机驱动，冷指效率已达到世界先进水平。
2.3降温曲线超高频脉冲管制冷机冷指尺寸小，重量轻，能量密度高，同轴型结构更加紧凑，进一步减轻了重量，减小了体积。为同轴型样机降温曲线，从室温降至工作温区80 K仅需2 min，且对冷负荷的变化反应更快，对于需要快速冷却且所需冷量较小的红外设备非常实用。
2.4冷指方向性影响为冷指方向性对同轴型样机性能的影响，测试条件是40W电功输入下加载热负载，0°指冷头竖直向下，180°冷头竖直向上。从冷端温度变化看，重力对制冷机性能影响很小，冷指与重力方向倾角135°放置时制冷温度最高，0°放置时温度最低，两者仅相差0.5K.微型脉冲管制冷机常用于飞机、导弹或单兵等场合，制冷机的冷头倾角可能发生较大变化，本文所设计的脉冲管制冷机频率高、冷指尺寸小，使得重力对制冷机性能影响很小，在上述较特殊的场合具有性能稳定的优越性。
NGST的同轴型脉冲管制冷机冷指外径为11.2mm，长度48 mm，采用谐振频率为100 Hz的超高频线性压缩机驱动，在124 Hz下运行，40冷指倾斜角度冷指方向性影响3结论在直线型原理样机的基础上研制了同轴型脉冲管制冷机原理样机，其结构紧凑、尺寸小、重量轻，冷指部分外径仅有9mm，长40mm，是目前已报道的超高频脉冲管制冷机中尺寸最小的同轴型样机。
采用谐振频率为50Hz的高频压缩机工作在90Hz，80W电功率输入下，最低无负荷温度达到46.4K，在80K可获得2.1W制冷量，40W电功率输入下即可在80K获得1W制冷量，达到了世界先进水平。
所研制的同轴型样机降温速度快，从室温降至工作温区80K仅需2 min，且冷头方向对制冷机性能基本无影响。
