自由活塞

摘要： 自由活塞斯特林制冷机是一种结构紧凑、效率高、噪声低、可靠性高的回热式低温制冷机。为了降低回热器的生产成本、简化回热器的加工流程,分别使用随机不锈钢丝绵和卷绕聚酰亚胺薄膜填充回热器,并基于Sage软件对整机进行仿真计算。首先研究了回热器填充参数对制冷机性能的影响;其次估算了两种填料的生产成本并对其流动和换热等特征进行了对比;接着分析了制冷机部件各项㶲损失;最后对卷绕薄膜填充的回热器进行尺寸参数优化。结果表明,与随机不锈钢丝绵相比,卷绕聚酰亚胺薄膜填充回热器具有明显的性能优势,在30 W@77 K条件下,制冷机最终获得56.2%的声功计相对卡诺效率,比采用随机不锈钢丝绵填充回热器的制冷机高16%。

摘要： 中国航天空气动力技术研究院建设的2.0 m高能脉冲风洞(FD–21)是一座自由活塞激波风洞,该风洞拓展了中国航天空气动力技术研究院原有的试验能力。主要介绍了这座风洞的研制过程和若干关键技术。在吸收国外相关理论和经验的同时,独立解决了诸多关键性的气动问题,并通过逆向设计流程完成了风洞的气动设计。基于这些努力,高能脉冲风洞在建造过程中,逐步克服了活塞发射、活塞止停和全浮动风洞支撑等工程技术难点。FD–21的成功研制标志着自由活塞驱动技术的全面掌握,缩小了我国高焓地面模拟设备与国外的差距,对提升我国高超声速领域的研究水平具有重要意义。

摘要： 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。

摘要： 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%。

摘要： 为了研究自由活塞斯特林发电机(FPSE)工作过程中内部参数的变化规律及耦合特性,根据各组件所经历的物理过程建立了全时域数值计算模型,进行了斯特林发电机热力学过程与动力学过程耦合求解分析.通过设计参数的输入获得了不同工况下1 kW FPSE的工作特性,计算结果与实验测试结果符合性良好.研究表明,全时域计算模型可为后续斯特林发电机提供设计指导及性能预测.

摘要： 自由活塞机电混合动力系统(Free Piston Electromechanical Hybrid System,简称FPHS)是一种由自由活塞发动机和线性电机直接耦合而成的新型混合动力装置.为了解FPHS发展状况和最新前沿成果,本文简要总结当前FPHS相关研究理论成果,并针对FPHS换气特点和失稳调控方面做出简单分析.

摘要： 为满足高温超导、红外探测和气体液化等领域对高效率、高可靠性、长寿命低温制冷机的需求,对10W@77K自由活塞斯特林制冷机进行了研究.制冷机设计为整体式结构,由动磁式直线电机驱动.基于Sage建立制冷机整机模型开展了数值求解,并根据数值计算结果对运行频率、工作压力以及回热器填料等对制冷机性能的影响规律进行了分析.计算结果表明,在制冷机结构参数优化的条件下,工作压力为2.1 MPa、运行频率为60 Hz时,制冷量可达11.87 W@77 K,COP为0.068.根据参数优化设计结果研制样机并开展实验研究,实测制冷量达到10.62 W@77 K,COP为0.062.将制冷机连续运行200 h,制冷量波动范围小于0.5 W(即总制冷量的±4.7％),显示出良好的性能稳定性.

摘要： 为进一步提高自由活塞发动机(FPE)运行频率、指示效率及稳定性等性能指标,提出了一种带有储能弹簧的FPE内燃发电系统设计方案.对其工作原理进行了分析,建立了系统动力学-缸内热力学耦合计算模型,并试验验证了模型有效性.通过数值仿真研究了储能弹簧对FPE系统运行特性的影响,结果表明:随储能弹簧刚度增大,FPE活塞位移与速度趋于正弦变化曲线,进气口与排气口打开时刻推后;储能弹簧刚度越大,缸内峰值压力与机械效率越低,活塞速度峰值、系统运行频率及输出功率越高,储能弹簧刚度在100～200 kN/m时指示效率较高;此外,设置储能弹簧可降低FPE缸内峰值压力与压缩比波动幅度,有效抑制燃烧循环波动与偶发性失火对系统运行稳定性影响.

摘要： 膨胀机是有机朗肯循环系统中的核心做功部件，其能量的转化利用效率对于车用有机朗肯循环系统能否实际应用有重要影响。为了解压缩空气所存储的压力能在自由活塞膨胀机工作过程中的能量分布及损失情况,采用重整化群(RNG)k-ε湍流模型对自由活塞膨胀机的工作过程进行了数值仿真,模拟了自由活塞膨胀机缸内流场的变化过程.通过仿真得到了缸内气体压力能、湍动能等参数随膨胀机凸轮盘旋转角度变化的分布情况.结果表明,在进、排气过程中气门及其附近因气流强烈的湍流运动引起的节流损失以及排气所带走的能量是造成工质气体可用能损失的主要因素.通过对自由活塞膨胀机的气缸、气门及缸盖的结构进行优化设计,进而合理组织进气气流和缸内流场,可以减小流动损失和排气损失,从而提高自由活塞膨胀机的性能.

摘要： 微自由活塞动力装置中自由活塞与微燃烧室壁面之间必定存在一定大小的间隙，为了研究泄漏间隙对均质压缩燃烧(HCCI)过程产生影响，利用数值模拟计算软件，结合甲烷详细化学反应动力学机理及动网格技术，对不同间隙大小条件下压缩着火过程进行了模拟计算。计算结果表明：相同条件下，随着间隙的增大，单次压缩着火周期增长，工作频率变小，但着火时刻点基本不变化；间隙大小相同的条件下，活塞初速度越大,压缩比越大，动力输出性能越差。同时对临界压缩比随间隙大小的变化规律进行了计算，分析得出了在不同间隙条件下的临界压缩着火条件，为微自由活塞动力装置的参数设计提供了理论依据。

摘要： 自由活塞式内燃直线发电系统具有燃料适应范围广、能量传递效率高以及机械结构紧凑等优点.介绍了自由活塞式内燃发电机国内外的研究现状,总结了几个还需解决的关键性问题.

摘要： 针对性地制定了自由活塞式内燃机的启动方案,并通过反复实验对各种启动控制参数进行修正,使所设计的自由活塞式内燃机成功点火启动;在此基础上又深入讨论了点火时刻与燃空当量比对启动过程中自由活塞运动特性的影响.初步掌握了自由活塞的运动规律并与之前所做的模拟结果相对比,为进一步开展实验提供基础.

摘要： 自由活塞能量变换器(FPEC)是一种新型的混合动力系统。FPEC中活塞的运动没有曲柄连杆等机械结构的约束，须复杂的控制系统控制活塞的运动。将直接优化方法——直接配点法应用于活塞运动的控制问题。首先建立了活塞运动的最优控制问题模型，然后将状态变量和控制变量在Chebyshev-Gauss-Lobatto配置点上离散化，将最优控制问题转化为非线性规划问题求解，从而有效地控制自由活塞的运动轨迹。

摘要： 利用MC9S12DP512针对性的设计了自由活塞式内燃机的电控系统硬件，并匹配编制了对应软件。分析了该ECU的具体功能，详细阐述了设计使用到的微处理器模块、电源模块、传感器信号处理模块、驱动模块以及通信模块的基本设计方法。实验结果表明，该电控系统采用模块化设计、功能性强，能够精确的完成对自由活塞内燃机的监测和控制，实现目标控制功能。

摘要： 自由活塞斯特林制冷机采用了直线电机驱动、板弹簧支撑、间隙密封、气动驱动等先进技术，具有结构紧凑、重量轻、无油、运动部件少、可靠性高、低噪音、低振动、不易磨损、寿命长、制冷量方便可调等优点。随着系统集成度的不断提高，自由活塞斯特林制冷机在空间观测、侦察、固体电子学及低温生物方面有着日益广泛的应用前景。本文概述了国内外在自由活塞斯特林制冷机方面的研究情况和发展趋势，对自由活塞斯特林制冷机在低温和制冷的应用进行了展望。

摘要： 通过对自由活塞斯特林制冷机的工作原理和结构特点进行详细研究，针对200K温度的低温冰箱研制了一台大冷量自由活塞斯特林制冷机，该制冷机在200K时最大制冷量可达40W(250W输入)。

摘要： 二甲醚是一种能从煤、天然气和生物质中制取的燃料,能够实现发动机高效、超低排放和柔和排放。本文以二甲醚为燃料，改变压缩比,对微型HCCI自由活塞式动力装置进行了单次冲击的可视化试验，并用高速数码相机拍摄整个试验过程。通过可视化试验研究，得出了改变压缩比对微动力装置内燃烧特性的影响等结论，并且找到了本文工况下压缩着火的临界状态。本文实验研究结果为揭示微压缩燃烧规律，以及为微动力系统的设计提供理论依据。

摘要： 自由括塞发电机(Ftee Piston Generator，FPG)是将内燃机和发电机耦合的能量转换系统，该系统通过内部活塞组件的往复运动，将机械能直接转换为电能，由于系统中仅存在该运动件，因此系统结构紧凑、高效。同时，FPG中无曲轴结构，即活塞组件的运动不受机械约束，使得FPG的压缩比可变，从而FPG可以适用于不同的燃料。FPG的诸多优势使得其成为混和动力车辆很有前景的可选择动力源之一。本文针对正在研制中的二冲程FPG进行动力学仿真，获得系统的运行特性，并进一步进行了参数研究和启动力计算。

摘要： 本发明涉及一种自由活塞装置和一种操作方法，其设置有能沿轴线(26)往复运动的活塞(42)，其中，活塞腔(24)包括或形成由内壁(32)限定的燃烧室(50)，在该内壁上，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口(34、80、86、88、90)和用于排出废气的至少一个排气口(36)。自由活塞装置(10)包括用于新鲜气体的流入装置(78)，该流入装置具有至少一个进气口(34、80、86、88、90)并且设计为，流入燃烧室(50)的新鲜气体被引至燃烧室(50)内的流入区域(84)，该流入区域设置为相对于至少一个进气口(34、80、86、88、90)向着至少一个排气口(36)的方向轴向地偏移，该流入区域相对于轴线(26)偏心设置。

摘要： 本发明涉及一种自由活塞装置和一种运行方法，自由活塞装置设置有可作线性往复运动的活塞(24)，具有由内壁(38)界定的燃烧室(40)，在该内壁中形成第一开口(42)和第二开口(44)，该开口包括进气口(46)和排气口(48)，其中，至少一个活塞组件(18)的运动能够借助控制装置(78)控制。由此能够更多样化地调节自由活塞装置的工作点，能够调节活塞(24)的下止点，其中，至少一个第一开口(42)在活塞(24)处于下止点时被部分地开放和部分地封锁，以调节开放的横截面。替代地，能够调节开放持续时间(112、114)，在此期间，在保持下止点位置不变的条件下，活塞(24)在通过下止点时至少部分地开放至少一个第一开口(42)。

摘要： 本发明涉及一种自由活塞装置和一种操作方法，其设置有能沿轴线(26)往复运动的活塞(42)，其中，活塞腔(24)包括或形成由内壁(32)限定的燃烧室(50)，在该内壁上，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口(34、80、86、88、90)和用于排出废气的至少一个排气口(36)。自由活塞装置(10)包括用于新鲜气体的流入装置(78)，该流入装置具有至少一个进气口(34、80、86、88、90)并且设计为，流入燃烧室(50)的新鲜气体被引至燃烧室(50)内的流入区域(84)，该流入区域设置为相对于至少一个进气口(34、80、86、88、90)向着至少一个排气口(36)的方向轴向地偏移，该流入区域相对于轴线(26)偏心设置。

摘要： 本发明涉及一种自由活塞装置和一种运行方法，自由活塞装置设置有可作线性往复运动的活塞(24)，具有由内壁(38)界定的燃烧室(40)，在该内壁中形成第一开口(42)和第二开口(44)，该开口包括进气口(46)和排气口(48)，其中，至少一个活塞组件(18)的运动能够借助控制装置(78)控制。由此能够更多样化地调节自由活塞装置的工作点，能够调节活塞(24)的下止点，其中，至少一个第一开口(42)在活塞(24)处于下止点时被部分地开放和部分地封锁，以调节开放的横截面。替代地，能够调节开放持续时间(112、114)，在此期间，在保持下止点位置不变的条件下，活塞(24)在通过下止点时至少部分地开放至少一个第一开口(42)。

摘要： 自由活塞装置，包括：至少一个活塞容纳部；在相应的活塞容纳部中可线性运动的至少一个活塞机构，该活塞机构具有第一活塞面和背离第一活塞面的第二活塞面；以及布置在活塞容纳部中的、由第一活塞面界定的膨胀腔，其中，所述活塞机构借助在所述膨胀腔内进行膨胀的介质的作用而可被驱动，其中，布置在所述至少一个活塞容纳部中的所述回弹腔通过第二活塞面来界定并且所述回弹腔与至少一个预压缩室以流体作用的方式连接。

摘要： 提供一种自由活塞装置，该装置包括至少一个活塞套，在该活塞套内可线性运动地布置至少一个活塞装置，其中，所述至少一个活塞装置可在膨胀腔内膨胀的介质作用下被驱动，以及其中所述至少一个活塞套具有回弹腔，在该回弹腔内容纳对至少一个活塞装置施加回复力的可压缩的气体并在该回弹腔处布置用于在自由活塞装置运行中对回复力进行控制和/或调节的执行机构。此外，提出一种用于自由活塞装置运行的方法。

摘要： 本发明提供一种自由活塞斯特林热机气浮活塞结构，包括气缸本体、动力活塞以及调节组件，气缸本体内设有安装腔；动力活塞沿安装腔的轴线方向上依次设有第一滑动块、与第一滑动块相连接的中间杆体以及与中间杆体相连接的第二滑动块，中间杆体用于将第一滑动块与第二滑动块之间的空间分为第一调节空间和第二调节空间；调节组件用于调节第一调节空间和第二调节空间的气压，以使得动力活塞始终沿安装腔的轴线方向往复移动。通过上述方式，本发明通过气浮对动力活塞进行支撑，提高动力活塞的运动稳定性。

摘要： 本发明公开了一种活塞位移测量装置及自由活塞斯特林制冷机，所述活塞位移测量装置包括：动力活塞运动特性延伸组件，与动力活塞连接，并向远离所述动力活塞的方向延伸预设长度；配气活塞运动特性延伸组件，与配气活塞连接，并向远离所述配气活塞的方向延伸预设长度；视窗组件，设置于自由活塞斯特林制冷机壳体的端部；激光位移传感器组件，设置于所述视窗组件远离所述自由活塞斯特林制冷机壳体的一侧，所述激光位移传感器组件的激光光路透过所述视窗组件照射在所述动力活塞运动特性延伸组件和配气活塞运动特性延伸组件上。本发明实现自由活塞斯特林制冷机动力活塞、配气活塞运动位移的测量，分析活塞部件运动特性，为制冷机研制提供关键测量数据。

摘要： 本发明涉及动力设备技术领域，提供一种活塞缸体配合结构、自由活塞发动机及发电机。活塞缸体配合结构，包括缸体和膨胀活塞，膨胀活塞与缸体的端部围成膨胀腔；缸体的侧壁设有进气孔和排气孔，膨胀活塞设有进气通道和排气通道，进气通道和排气通道均第一端与膨胀腔连通，第二端贯通膨胀活塞的外壁；膨胀活塞运行至进气行程时，进气通道与进气孔连通，膨胀活塞运行至排气行程时，排气通道与排气孔连通。通过膨胀活塞运行至相应的行程而通过缸体上的气孔以及膨胀活塞上的通道进行排气或进气，不受高温影响，从而能够有效地解决现有技术中电磁阀工作于高温条件受用寿命较短的缺陷，进而能够降低自由活塞发动机的使用成本和维护成本。

摘要： 本实用新型公开了一种具有双动圈直线电机的双对置活塞式自由活塞发电机，包括外活动架、内固定容器、直线电机、左燃烧室和右燃烧室，其中直线电机包括外动子、内动子、直线电机定子。本实用新型公开的具有双动圈直线电机的双对置活塞式自由活塞发电机，采用一个单永磁定子和双动子的空心式线圈绕组结构，外活动架和活塞组件的运动方向总是一个往右、一个往左，两个燃烧室的工作过程也总是互补，一个处于膨胀过程，另一个处于压缩过程，兼具对置活塞和双活塞自由活塞发动机的优点，功率密度高、运行平稳、便于控制。