[發明專利]一種燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置

有效

• 申請號: 201610862833.8
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106468641B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 齊紅宇;賈攀峰;楊洪偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明公開一種燃氣環境下的熱障涂層熱?機械疲勞試驗裝置，包括安裝套筒、萬能試驗機、試樣加裝件、火焰擺動部件與燃燒器。安裝套筒內設置有試樣加裝件，試樣加裝件具有上下連接頭，上下連接頭由萬能試驗機上下夾具夾持；上下連接頭之間固定試樣；火焰擺動部件為由電機驅動擺動的火焰筒，安裝于安裝套筒端部，且使火焰筒位于安裝套筒內；燃燒器產生高溫燃氣噴入火焰筒，由火焰筒出口噴向試樣。通過控制火焰筒擺動，來控制高溫燃氣的方向，使試樣的溫度發生高低循壞變化，實現航空發動機渦輪葉片熱障涂層在同時承受機械循環載荷和溫度循環載荷情況下的疲勞壽命試驗，為航空發動機壽命預估提供試驗數據。

技術領域

本發明涉及航空發動機領域，涉及一種燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置，具體是一種能夠模擬航空發動機熱端部件隔熱涂層熱-機械疲勞工作環境的試驗裝置。

背景技術

航空發動機熱端部件主要指燃燒室和渦輪組件。他們的工作環境非常惡劣，比如燃燒室能夠產生溫度高達1700℃的燃氣，而它自身的溫度也快接近材料的熔點。渦輪葉片是航空發動機的動力輸出部件，它工作在高壓、高溫和高應力環境中。其外圍的燃氣溫度已經超過了渦輪葉片所用材料的熔點。為了降低渦輪葉片的工作溫度，需要在葉身設計氣膜以及在葉片表面制備熱障涂層。熱障涂層能夠隔離高溫燃氣和渦輪葉片基體，使用涂層材料較低的熱導率使得葉片溫度比燃氣溫度低。因此，渦輪葉片表面的熱障涂層也承受了溫度交變載荷和機械交變載荷。在熱應力和機械應力共同作用下使得熱障涂層提前剝落失效。熱障涂層失效后將渦輪葉片基體直接暴露在高溫燃氣下，這將會大幅降低渦輪葉片的使用壽命。因此，研究熱障涂層在高溫和高應力同時存在的環境中的熱-機械疲勞行為是研究帶熱障涂層渦輪葉片壽命的基礎。

典型的熱障涂層系統主要由隔熱陶瓷層和粘接層組成，其服役過程中在陶瓷層和粘接層界面之間會生長出一層幾微米厚的氧化物層。由于陶瓷層、氧化物層和粘接層的熱膨脹系數和楊氏模量相差較大，所以在熱-機械交變載荷下氧化物層的附近會因應力集中而萌生疲勞裂紋。這些疲勞裂紋隨著發動機服役時間的增長和生長，最后相鄰裂紋連接使得熱障涂層出現掉塊剝落的現象。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置，能夠模擬航空發動機渦輪葉片表面熱障涂層以高應力和高溫度為特點的工作環境。

1、一種燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置，包括安裝套筒、萬能試驗機、試樣加裝件、火焰擺動部件與燃燒器。

所述安裝套筒內設置有試樣加裝件，試樣加裝件具有上連接頭與下連接頭，上連接頭與下連接頭由萬能試驗機上夾具與下夾具夾持；上連接頭與下連接頭之間同軸固定安裝試樣。

火焰擺動部件為由電機驅動擺動的火焰筒，安裝于安裝套筒端部，且使火焰筒位于安裝套筒內。

燃燒器用于穩定產生高溫燃氣，燃燒器的燃氣出口與安裝套筒內部連通，使高溫燃氣噴入到安裝套筒內部，并進入火焰筒，由火焰筒出口噴向試樣。

通過控制火焰筒擺動，來控制高溫燃氣的方向，使試樣的溫度發生高低循壞變化，實現航空發動機渦輪葉片熱障涂層在同時承受機械循環載荷和溫度循環載荷情況下的疲勞壽命試驗，為航空發動機壽命預估提供試驗數據。

本發明的優點在于：

1、本發明燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置，能夠通過簡單的機械結構模擬高低溫循環載荷的工作環境。

2、本發明燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置，能夠同時模擬機械循環載荷和溫度循環載荷的工作環境，可用于研究分析航空發動機渦輪葉片的疲勞壽命。

3、本發明燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置，簡單可靠，易于操作。

附圖說明

圖1為本發明燃氣環境下的熱障涂層熱-機械疲勞試驗裝置整體結構示意圖；