[發明專利]一種鈦合金燃燒試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 201910299340.1
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN110161175A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 弭光寶;陳航;黃旭;李培杰;曹春曉
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 仉宇

本發明屬于航空發動機技術領域，涉及一種鈦合金燃燒試驗裝置及其試驗方法。該試驗裝置包括燃燒室、光纖激光器、供氣管、排氣管、氣瓶組、質量流量控制器、單向閥、氣體加熱器、進氣閥、壓力控制閥、排氣閥、攝像機、紅外溫度傳感器、壓力傳感器、熱電偶、試樣加熱裝置、試樣夾具和計算機等。采用氣瓶組作為氣源，氣體加熱器對氣體進行加熱，質量流量控制器和壓力控制閥控制燃燒室壓力，試樣加熱裝置對試樣進行加熱，光纖激光器對試樣進行點燃，可實現氣體溫度為500～600℃、壓力為1.0～1.5MPa及試樣溫度為600～900℃的模擬條件的鈦合金材料/構件燃燒試驗，采用計算機程序控制點火時間等試驗參數，試驗精度更高。該試驗裝置結構緊湊，安裝方便，試驗成本低，能夠滿足目前和未來航空發動機鈦合金燃燒特性評價的迫切需求，應用前景廣泛。

技術領域

本發明屬于航空發動機技術領域，涉及一種鈦合金燃燒試驗裝置及其試驗方法，尤其是涉及一種模擬服役條件下鈦合金燃燒試驗裝置及方法。

背景技術

航空發動機鈦火是一種典型的鈦合金燃燒致災故障，危害巨大。高性能航空發動機對鈦合金用量提高的需求與鈦火傾向性增大的尖銳矛盾凸顯，致使鈦火頻發。除了國外軍用和民用航空發動機發生過100余起鈦火，近年我國在研的高性能航空發動機試車時也發生過多起，不僅造成巨大經濟損失，也嚴重阻礙了發動機設計對鈦合金的大量選材。有效預防鈦火、提高壓氣機的鈦合金用量，成為制約先進航空發動機技術發展的難題。

鈦合金材料/構件燃燒試驗技術是科學認識鈦火演化規律和機理，構建鈦火綜合預防體系的關鍵核心技術，國際上至今尚未形成統一的試驗裝置及方法，尤其在模擬服役條件下實現鈦合金燃燒難度更大。美國建立了大型鈦合金燃燒風洞試驗裝置，并對模擬服役條件下鈦合金的燃燒特性進行試驗研究，比如在最高氣流溫度(455℃)和壓力(0.965MPa)條件下實現了多種鈦合金燃燒，為Alloy C阻燃鈦合金在著名的F119和F135先進航空發動機上大量應用提供了依據。

然而，由于國外技術封鎖等原因，國內對該燃燒試驗裝置的結構及技術細節尚不清楚。據解密的國防報告了解到，美國建設的模擬服役條件下鈦合金燃燒試驗裝置分別采用鈦液滴或二氧化碳激光器作為熱源進行點火，將小型風洞作為氣源，其中鈦液滴作為熱源存在點火不穩定等問題，激光被確定為主導的點火熱源。但是，該試驗裝置由于使用二氧化碳激光器不僅造成整體結構體積大、能量消耗高，而且試驗效率低、最高的氣流溫度和壓力等控制參數不能滿足目前和未來高性能航空發動機服役條件下鈦合金燃燒特性評價的迫切需求。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術的不足提供一種能夠實現高溫、高壓的氣流條件且點火效率高及參數控制精確的鈦合金燃燒試驗裝置及方法。

發明的技術方案

提供一種鈦合金燃燒試驗裝置，該鈦合金燃燒試驗裝置包括燃燒室(1)、激光器(2)、供氣組件、排氣組件、攝像機(12)、溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)、熱電偶(15)、試樣加熱裝置(16)、試樣夾具(17)和計算機控制單元(26)；試樣加熱裝置用于加熱試樣；

燃燒室(1)為封閉腔體，腔體內設置有放置試樣的試樣夾具(17)；所述封閉腔體上部設置有激光入射窗和觀察窗，激光入射窗和觀察窗均位于試樣夾具的上方；計算機控制單元(26)對溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)和熱電偶(15)進行數據采集，對激光器(2)、供氣組件、排氣組件和試樣加熱裝置(16)進行控制；

所述封閉腔體分別與供氣組件和排氣組件連通，供氣組件用于向燃燒室提供助燃氣體(氧氣和/或空氣)，排氣組件用于燃燒室排氣；燃燒室設置有所述壓力傳感器(14)和溫度傳感器(13)，用于檢測封閉腔體內的氣體壓力和溫度；燃燒室設置有所述熱電偶(15)，用于檢測試樣的溫度；觀察窗上方設置有攝像機，用于拍攝試樣；激光入射窗用于射入激光。

進一步的，試樣夾具(17)固定在燃燒室(1)封閉腔體內，用于固定安裝試樣(18)；供氣管(3)和排氣管(4)分別連通于燃燒室(1)的兩側；