孔令轩，水 龙，罗新奎，田集斌，孙述泽，李生华，许发铎，王江伟

（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）

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随着载人航天技术的不断发展，在月球表面建设太空基地的需求逐渐显现。NASA[1-3]在2004年宣布启动“重返月球”计划，该项目计划2020年在月面建立小型空间核电源。斯特林发电机以其长寿命、免维护性、高可靠性、高热电转换效率及控制策略简单等优势，成为空间核电系统理想的能量转换装置[4-5]。美国AFSPS（Affordable Fission Surface Power Study）计划中，拟采用4组由900 K温度Na-K液态金属加热的双机对置自由活塞斯特林组成的40 kW发电机阵列，其中单台设计点发电功率为5 kW[6-7]。

与传统曲柄连杆斯特林发电机相比，FPSE具有传动效率高、工作寿命长、运行噪声小的优势，是目前斯特林技术研究的主要方向[8-10]。FPSE最显著的特征是其配气活塞与动力活塞之间靠气动耦合实现谐振，动力活塞（直线电机）主要由配气活塞往复振荡造成工质振荡加热产生的压力波动来驱动。配气活塞初始的振动由动力活塞的初始激励提供，当配气活塞位移及频率达到一定值时，工质气体获得的能量才足以克服动力活塞阻尼完成启动。启动须建立从直线电机-动力活塞-工作腔-换热器组件-配气活塞组件的正向反馈过程，须使发电机内所有部组件性能及协同匹配特性同时达到设计要求，参数的可调范围极窄，对设计的精确性要求极高[11-16]。因此，通过实验测试获得发电机工作时的内部工作特性，进而建立能够准确描述发电机工作过程的计算模型，对FPSE发电机的设计具有重要的意义。……