[發(fā)明專利]熱防護材料熱-力-氧-激光多場耦合地面測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011246388.5
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112378776B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金華;張結(jié)艷;白光輝;張璐;尤延鋮
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/04;G01N25/00;G01N21/39
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 張莉瑜

1.一種熱防護材料熱-力-氧-激光多場耦合地面測試系統(tǒng)，其特征在于，包括：

復(fù)雜氣氛反應(yīng)腔、感應(yīng)加熱子系統(tǒng)、力學加載子系統(tǒng)、多組分供氣子系統(tǒng)、真空抽氣子系統(tǒng)、大功率激光加載子系統(tǒng)、材料響應(yīng)測試子系統(tǒng)、水冷子系統(tǒng)和集成控制子系統(tǒng)；

所述復(fù)雜氣氛反應(yīng)腔包括反應(yīng)腔體和樣品臺，所述反應(yīng)腔體為中空圓柱結(jié)構(gòu)，且設(shè)有帶觀察窗的取樣艙門，所述樣品臺開設(shè)有沿所述反應(yīng)腔體的中軸線方向的縱向觀測通孔，所述樣品臺水平設(shè)置于所述反應(yīng)腔體內(nèi)部；

所述感應(yīng)加熱子系統(tǒng)包括感應(yīng)加熱裝置、加熱體和感應(yīng)線圈，所述感應(yīng)加熱裝置設(shè)于所述反應(yīng)腔體外部，所述加熱體設(shè)于所述樣品臺上，且中心開設(shè)有縱向的通孔，所述感應(yīng)線圈套設(shè)于所述加熱體，且所述感應(yīng)線圈的兩個開放端均穿過設(shè)于所述反應(yīng)腔體側(cè)壁的絕緣真空法蘭，與所述感應(yīng)加熱裝置連接；

所述力學加載子系統(tǒng)包括萬能力學試驗機、兩個高溫合金夾頭和兩個位移桿，兩個所述高溫合金夾頭水平間隔設(shè)置，分別用于夾持承載在所述加熱體上的被測樣品相對的兩端，其中一個所述高溫合金夾頭通過一個所述位移桿水平連接所述萬能力學試驗機的試驗機定橫梁，另一個所述高溫合金夾頭通過另一個所述位移桿水平連接所述萬能力學試驗機的試驗機移動橫梁，并能夠跟隨所述試驗機移動橫梁移動；所述位移桿通過密封水冷法蘭穿設(shè)在所述反應(yīng)腔體的側(cè)壁上，所述密封水冷法蘭與所述萬能力學試驗機之間通過真空波紋管連接，所述真空波紋管套設(shè)在所述位移桿外側(cè)；

所述多組分供氣子系統(tǒng)包括供氣裝置和環(huán)形進氣管道，所述供氣裝置設(shè)于所述反應(yīng)腔體外部，包括至少一路氣瓶，通過設(shè)于所述反應(yīng)腔體側(cè)壁的進氣電磁閥連接所述環(huán)形進氣管道，所述環(huán)形進氣管道設(shè)于所述反應(yīng)腔體內(nèi)部，位于所述樣品臺上方，且中軸線與所述反應(yīng)腔體的中軸線重合，所述環(huán)形進氣管道開設(shè)有多個氣孔，用于向所述反應(yīng)腔體內(nèi)部供氣；

所述真空抽氣子系統(tǒng)包括分子泵，所述分子泵通過設(shè)于所述反應(yīng)腔體側(cè)壁的抽氣法蘭與所述反應(yīng)腔體內(nèi)部連通，用于調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔體內(nèi)部氣氛；

所述大功率激光加載子系統(tǒng)包括半導體激光器、高功率傳輸光纖和激光準直鏡頭，所述半導體激光器的輸出端通過所述高功率傳輸光纖連接至所述激光準直鏡頭，所述激光準直鏡頭設(shè)于所述反應(yīng)腔體頂部外側(cè)，且出射光軸與所述反應(yīng)腔體的中軸線重合，所述激光準直鏡頭出射的準直激光穿過設(shè)于所述反應(yīng)腔體頂部的紅外增透膜石英窗，垂直入射被測樣品；

所述材料響應(yīng)測試子系統(tǒng)包括第一紅外測溫儀、第二紅外測溫儀、高速運動分析儀、DIC全場應(yīng)變測量儀和應(yīng)變片，

所述第一紅外測溫儀的測溫波段與所述半導體激光器輸出激光的波段不同，所述第一紅外測溫儀設(shè)于所述反應(yīng)腔體頂部外側(cè)，且入射光軸與所述反應(yīng)腔體的中軸線偏差角度為4～6°，所述第一紅外測溫儀用于透過設(shè)在所述反應(yīng)腔體頂部的第一紅外測溫窗口，測量被測樣品朝向準直激光一側(cè)的表面溫度，所述第一紅外測溫窗口位于紅外增透膜石英窗一側(cè)，所述紅外增透膜石英窗采用與所述半導體激光器輸出激光相匹配的石英基體，所述石英基體內(nèi)、外兩側(cè)均鍍有紅外增透膜，對所述半導體激光器輸出激光的透過率超過99.9％；

所述第二紅外測溫儀設(shè)于所述反應(yīng)腔體底部外側(cè)，且入射光軸與所述反應(yīng)腔體的中軸線重合，所述第二紅外測溫儀用于透過設(shè)在所述反應(yīng)腔體底部的第二紅外測溫窗口，測量被測樣品遠離準直激光一側(cè)的背面溫度，

所述高速運動分析儀位于所述激光準直鏡頭一側(cè)，用于透過設(shè)在所述反應(yīng)腔體頂部的表面形貌監(jiān)測窗口，觀測被測樣品的表面形貌變化，所述高速運動分析儀的入射光軸與所述反應(yīng)腔體的中軸線偏差角度為4～6°；

所述DIC全場應(yīng)變測量儀設(shè)于所述反應(yīng)腔體外部，用于透過設(shè)置在所述取樣艙門上的觀察窗，獲取非接觸式DIC應(yīng)變測試數(shù)據(jù)；所述應(yīng)變片粘貼于被測樣品表面，用于獲取接觸式應(yīng)變測試數(shù)據(jù)；

所述水冷子系統(tǒng)包括多條循環(huán)水冷管道，所述水冷子系統(tǒng)用于通過所述循環(huán)水冷管道對所述反應(yīng)腔體、所述樣品臺、所述感應(yīng)線圈、所述半導體激光器、所述激光準直鏡頭、所述紅外增透膜石英窗、所述第一紅外測溫窗口、所述第二紅外測溫窗口、所述表面形貌監(jiān)測窗口進行水冷降溫；

所述集成控制子系統(tǒng)與所述復(fù)雜氣氛反應(yīng)腔、所述感應(yīng)加熱子系統(tǒng)、所述力學加載子系統(tǒng)、所述多組分供氣子系統(tǒng)、所述真空抽氣子系統(tǒng)、所述大功率激光加載子系統(tǒng)、所述材料響應(yīng)測試子系統(tǒng)以及所述水冷子系統(tǒng)均信號連接，用于采集數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的控制指令并發(fā)送。