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自由活塞斯特林机动子运动阻尼特性研究

太阳能学报 2022年第8期43卷 230-235页

作者：罗靖陈燕燕胡剑英罗二仓中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为准确描述自由活塞斯特林机动子的动力学特性,将黏性阻尼与库伦阻尼的分离计算法引入动子的运动阻尼分析中。通过理论分析和实验验证,并与等效黏性阻尼计算法进行对比,证明了分离计算法的正确性和实用性。研究结果表明:动子在往复运动... 详细信息

为准确描述自由活塞斯特林机动子的动力学特性,将黏性阻尼与库伦阻尼的分离计算法引入动子的运动阻尼分析中。通过理论分析和实验验证,并与等效黏性阻尼计算法进行对比,证明了分离计算法的正确性和实用性。研究结果表明:动子在往复运动中的接触摩擦与常规接触摩擦不同,其阻尼力既不只是一个定常摩擦力,也不只是速度的线性函数,而是由于往复运动,动子的局部接触情况随位移发生变化,表现为与位置相关的摩擦力。因此,动子往复运动中的阻尼特性应采用一个黏性阻尼系数与一个定常摩擦力共同描述。

关键词：自由活塞斯特林机动力学特性黏性阻尼库伦阻尼分离计算法

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自由活塞斯特林发电机设计优化方法

太阳能学报 2023年第7期44卷 235-240页

作者：池春云林明嫱牟健李瑞杰焦珂欣洪国同中国科学院理化技术研究所中国科学院空间功热转换技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

基于未来太阳能应用的重大需求及国内斯特林发电技术较为落后的现状,提出一种自由活塞斯特林发电机的设计优化方法。使用Sage软件建立发电机的热力学模型,利用软件的优化功能进行参数优化,同时结合直线电机的力学平衡方程修正优化结果... 详细信息

基于未来太阳能应用的重大需求及国内斯特林发电技术较为落后的现状,提出一种自由活塞斯特林发电机的设计优化方法。使用Sage软件建立发电机的热力学模型,利用软件的优化功能进行参数优化,同时结合直线电机的力学平衡方程修正优化结果。利用该方法优化设计新实验样机,同时获得冷端温度、动力活塞板簧刚度和运行压力等参数对发电机输出性能的影响规律,并与实验进行对比。实验结果表明,各参数对发电机输出性能的影响与模拟基本一致。新实验样机在热端温度865 K、冷端温度300 K条件下输出136.6 W的电功率,热电效率达到27.8%,较旧样机提升10.4%,与模拟值误差为6.0%。

关键词：自由活塞斯特林发电机热力学力学平衡方程

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空间斯特林热电转换技术在轨试验

宇航学报 2024年第1期45卷 123-132页

作者：尹钊张安郭佩闫春杰赵振昊张学林魏志明陆登柏北京空间飞行器总体设计部北京100094 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

为提高空间同位素电源的效率和功率,满足深空探测、载人登月和火星登陆等航天任务对航天器能源的需求,梳理了空间自由活塞斯特林热电转换涉及的关键技术,设计了天宫空间站空间自由活塞斯特林热电转换装置的在轨试验方案,在轨开展了斯特... 详细信息

为提高空间同位素电源的效率和功率,满足深空探测、载人登月和火星登陆等航天任务对航天器能源的需求,梳理了空间自由活塞斯特林热电转换涉及的关键技术,设计了天宫空间站空间自由活塞斯特林热电转换装置的在轨试验方案,在轨开展了斯特林热电转换试验,验证了空间微重力环境下双活塞自由运动的间隙密封、双活塞相位保持等关键技术,获取了空间环境下双自由活塞精确的运动相位保持及漂移特性、动力学与热力学强耦合特性等关键参数。在轨试验结果表明,试验装置在轨运行性能良好,热电转换效率达到24.72%,为未来空间高效同位素电源等不依赖太阳能的能源技术应用奠定了基础。

关键词：天宫空间站空间同位素电源自由活塞斯特林热电转换在轨试验

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50 We自由活塞斯特林发电机的数值研究

低温工程 2022年第5期 65-69,82页

作者：祁云章杰孙大明于弘元乔鑫苏峙岳浙江大学制冷与低温研究所杭州310027

设计了一台50 We的自由活塞斯特林发电机,并解耦为发动机和直线电机两部分分别开展分析。分析了发动机部分的工作特性,在2.5 MPa的氦气工作压力和900 K的加热温度下能以31.3%的热功转换效率输出68.2 W的声功;分析了直线电机的工作特性,... 详细信息

设计了一台50 We的自由活塞斯特林发电机,并解耦为发动机和直线电机两部分分别开展分析。分析了发动机部分的工作特性,在2.5 MPa的氦气工作压力和900 K的加热温度下能以31.3%的热功转换效率输出68.2 W的声功;分析了直线电机的工作特性,输出电流为3.8 A时可输出57.8 We电功率,电机效率为80.5%;基于声阻抗匹配理论,分析了发动机和直线电机的声阻抗特性,实现了二者在功率、运行频率和声阻抗方面的匹配。发电机在900 K热端温度和2.5 MPa氦气工作压力下发电功率为54.6 We,热电效率为25.2%。

关键词：自由活塞斯特林发动机发电声阻抗

基于预测算法的自由活塞内燃直线发电机高效控制策略

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电工技术学报 2022年第S1期37卷 43-49页

作者：李征邱书恒陈飞雪张驰肖世德中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 西南交通大学机械工程学院成都610031

自由活塞内燃直线发电机具有燃料适应范围广、机械摩擦损耗小、压缩比可调等多种优势。但由于活塞运动轨迹受多重因素影响,运行工况极其复杂,系统输出功率和发电效率难以有效提升。该文以自由活塞内燃直线发电机为研究对象,提出一种基... 详细信息

自由活塞内燃直线发电机具有燃料适应范围广、机械摩擦损耗小、压缩比可调等多种优势。但由于活塞运动轨迹受多重因素影响,运行工况极其复杂,系统输出功率和发电效率难以有效提升。该文以自由活塞内燃直线发电机为研究对象,提出一种基于预测算法的高效控制策略。通过预测算法计算系统预期的瞬时功率,利用空间矢量脉宽调制施加准确的电压矢量,进而减少系统的功率损耗,提高发电效率。相较于传统的直接功率控制,该策略针对自由活塞内燃直线发电机高频时变的发电特性,一方面克服了因脉宽调制开关信号延迟问题导致的效率损失,另一方面减少了因开关频率不固定而产生的噪声和损耗。搭建了基于Matlab/Simulink的控制系统模型,并在自由活塞内燃直线发电机的工况下对两种算法进行仿真对比,结果显示,该策略提升了系统的输出功率和效率,验证了控制策略的先进性。

关键词：自由活塞直线发电机预测算法功率控制

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自由活塞直线发电机总体参数设计方法

西安交通大学学报 2014年第7期48卷 41-45,52页

作者：袁晨恒冯慧华李延骁左正兴北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为获得自由活塞直线发电机总体参数的设计方法,基于发电机工作特点和运行规律,研究了主要结构参数与性能参数之间的匹配关系,包括气缸工作容积与输出功率、最高燃烧压力与气缸工作容积、压缩比与活塞质量及电磁负载与输出功率,由此构建... 详细信息

为获得自由活塞直线发电机总体参数的设计方法,基于发电机工作特点和运行规律,研究了主要结构参数与性能参数之间的匹配关系,包括气缸工作容积与输出功率、最高燃烧压力与气缸工作容积、压缩比与活塞质量及电磁负载与输出功率,由此构建了一种自由活塞直线发电机总体参数匹配模型,进而总结出一种利用振动特性的自由活塞直线发电机总体结构参数设计方法。利用该方法完成了一台原理样机的设计,并通过仿真和试验进行了验证,试验结果表明:仿真和试验的运行频率与设计目标最大误差为13.4%,最高燃烧压力最大误差10.5%,输出功率最大误差为6%,接近设计目标值。

关键词：自由活塞直线发电机参数匹配设计方法

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自由活塞发电机动力学过程的非线性模型

北京理工大学学报 2008年第11期28卷 966-969页

作者：肖翀左正兴北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

为分析自由活塞发电机的动力学过程,提出一个可解析求解的动力学模型.根据自由活塞发电机的动力和负载特性,建立了自由活塞发电机动力学过程的非线性模型,利用能量平衡原理得到了该非线性模型的一次近似解.结果表明:自由活塞发电机系统... 详细信息

为分析自由活塞发电机的动力学过程,提出一个可解析求解的动力学模型.根据自由活塞发电机的动力和负载特性,建立了自由活塞发电机动力学过程的非线性模型,利用能量平衡原理得到了该非线性模型的一次近似解.结果表明:自由活塞发电机系统为典型的自激系统,存在一个稳定极限环;系统的稳定运行频率由燃烧室内气体的非线性刚度、燃烧能量及速度共同决定,并且后者为主导因素.

关键词：自由活塞内燃机直线电机非线性模型近似解

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自由活塞内燃发电机稳定运行参数耦合分析

农业机械学报 2013年第7期44卷 1-5页

作者：袁晨恒冯慧华许大涛左正兴北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对自由活塞内燃发电机较难实现稳定运行的问题,对自由活塞内燃发电机工作过程活塞受力状况进行了分析,结果表明其工作过程可以看成是单自由度有阻尼强迫振动系统。结合工作过程中的能量守恒原理,分析了自由活塞内燃发电机稳定运行过... 详细信息

针对自由活塞内燃发电机较难实现稳定运行的问题,对自由活塞内燃发电机工作过程活塞受力状况进行了分析,结果表明其工作过程可以看成是单自由度有阻尼强迫振动系统。结合工作过程中的能量守恒原理,分析了自由活塞内燃发电机稳定运行过程中结构参数与性能参数之间的耦合关系,通过等效计算,获得了自由活塞内燃发电机稳定工作所需要的匹配参数。并以一样机为例,对分析结果进行了仿真验证,结果表明通过等效计算所确定的匹配参数能够近似实现稳定运行,验证了分析的正确性。

关键词：自由活塞内燃发电机稳定运行参数耦合能量等效

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自由活塞式内燃发电机动态仿真与特性分析

农业机械学报 2009年第2期40卷 46-49页

作者：肖翀左正兴北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

根据自由活塞式内燃发电机的运行原理,建立了基于动力学和热力学方程的自由活塞式内燃发电机动力学模型。通过对动力学模型的数值求解,获得了系统的动态特性,并进一步分析了质量、输入能量、点火位置、负载等对系统性能的影响,同时对系... 详细信息

根据自由活塞式内燃发电机的运行原理,建立了基于动力学和热力学方程的自由活塞式内燃发电机动力学模型。通过对动力学模型的数值求解,获得了系统的动态特性,并进一步分析了质量、输入能量、点火位置、负载等对系统性能的影响,同时对系统频率特性进行了研究。研究结果表明系统为自激系统,通过输入参数的合理控制,可实现系统稳定频率下的运行。

关键词：自由活塞内燃机直线电机动态特性