[發(fā)明專利]一種模擬航空發(fā)動機起落、巡航服役過程的熱循環(huán)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110453457.8
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113176297A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭徽;吳萌萌;尚勇;張恒;裴延玲;李樹索;宮聲凱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N25/22
• 分類號: G01N25/22;G01N31/12;G01K7/02;G01J5/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張?zhí)煲?/td>

本發(fā)明公開了一種模擬航空發(fā)動機起落、巡航服役過程的熱循環(huán)裝置，涉及航空發(fā)動機服役環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，包括移動裝置、焰流發(fā)生裝置、監(jiān)控系統(tǒng)和控制器，移動裝置上固定樣品，焰流發(fā)生裝置與樣品正對，監(jiān)控系統(tǒng)用于檢測模擬實驗過程中的各項參數(shù)，移動裝置和監(jiān)控系統(tǒng)均與控制器電連接。本發(fā)明能夠調(diào)整焰流與樣品之間的各種參數(shù)，從而進行模擬實驗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機服役環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬航空發(fā)動機起落、巡航服役過程的熱循環(huán)裝置。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機一直以來被譽為“皇冠上的明珠”，其發(fā)展水平代表著一個國家綜合科技水平與國防實力。航空發(fā)動機的推重比是衡量發(fā)動機性能的重要指標(biāo)之一，它與飛機的機動性、經(jīng)濟性密切相關(guān)。根據(jù)卡諾循環(huán)原理，提高渦輪前進氣溫度是提高發(fā)動機推重比最為重要和最為切實可行的方法。目前，提高渦輪前進氣溫度常用的三種方法為：研制新型高溫結(jié)構(gòu)材料，氣膜冷卻技術(shù)以及熱障涂層技術(shù)。目前傳統(tǒng)單晶高溫合金與氣膜冷卻技術(shù)的發(fā)展已接近材料及工藝的極限，熱障涂層技術(shù)和研發(fā)新型高溫結(jié)構(gòu)材料成為進一步提升渦輪前溫度較為切實可行的方法。

航空發(fā)動機的工作環(huán)境異常復(fù)雜惡劣，包括高溫、應(yīng)力、腐蝕環(huán)境等20余種載荷的作用。研究表明，高溫氧化、燒蝕、熱膨脹不匹配、顆粒沖蝕、腐蝕物質(zhì)侵蝕等是引起熱障涂層失效的主要原因。各種原因?qū)е碌倪^早失效是限制熱障涂層和新型高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸，建立發(fā)動機服役環(huán)境模擬平臺，對各種條件下熱障涂層以及高溫結(jié)構(gòu)材料失效機理進行深入研究，此對熱障涂層以及高溫結(jié)構(gòu)材料進行改進發(fā)展是突破瓶頸的必經(jīng)之路。

目前國內(nèi)外開展了一些航空發(fā)動機服役環(huán)境模擬的工作，主要包括涂層熱循環(huán)、熱梯度、腐蝕環(huán)境以及熱、力、環(huán)境耦合等。周洪等人(專利號：CN1818612A)提出了一種高溫電阻爐加熱的熱障涂層抗熱震性能裝置，楊麗等人(專利公開號：CN103091237B)提出了一種用于模擬熱障涂層腐蝕服役環(huán)境的高溫火焰噴槍裝置，汪瑞軍等人(專利公開號：CN105865961A)提出了一種氧丙烷燃氣加熱槍的熱障涂層在高溫、熱梯度和CMAS耦合服役環(huán)境的熱沖擊實驗裝置，宮聲凱等人(專利公開號：CN1699994)公開了一種將紅外快速加熱設(shè)備耦合腐蝕環(huán)境與材料力學(xué)性能實驗裝置實現(xiàn)熱障涂層熱、力、腐蝕的服役環(huán)境模擬。可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有服役環(huán)境模擬的裝置，大多燃油燃氣燃燒火焰加熱或者電阻加熱等，加熱速度慢，加熱溫度低，并且火焰尺寸較小，可測試的樣品或工件的尺寸較小，難以滿足對航空發(fā)動機導(dǎo)向葉片等較大尺寸的工件測試需求，并且沒有溫度梯度或者直接采用室溫壓縮空氣進行背冷制造溫度梯度，與航空發(fā)動機實際工作環(huán)境相差甚遠；航空發(fā)動機的服役環(huán)境具有高溫、高溫度梯度、高熱流密度、快速升溫降溫、冷卻氣體溫度高等特點，現(xiàn)有模擬設(shè)備難以同時實現(xiàn)這些條件。

因此，市場上急需一種新型模擬裝置，用于解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種模擬航空發(fā)動機起落、巡航服役過程的熱循環(huán)裝置，用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，能夠?qū)悠诽峁└邷馗咚傺媪鳎⑶夷軌蛘{(diào)整樣品與焰流的相對位置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明公開了一種模擬航空發(fā)動機起落、巡航服役過程的熱循環(huán)裝置，包括移動裝置、焰流發(fā)生裝置、監(jiān)控系統(tǒng)和控制器，所述移動裝置上固定樣品，所述焰流發(fā)生裝置與樣品正對，所述監(jiān)控系統(tǒng)用于檢測模擬實驗過程中的各項參數(shù)，所述移動裝置和所述監(jiān)控系統(tǒng)均與所述控制器電連接。

優(yōu)選地，所述移動裝置為四軸機器人，所述四軸機器人包括X軸軌道、Y軸軌道、Z軸軌道和R軸，所述X軸軌道、所述Y軸軌道和所述Z軸軌道之間相互垂直，所述R軸為一旋轉(zhuǎn)軸，樣品固定在所述R軸上。

優(yōu)選地，還包括冷卻氣升溫裝置，所述冷卻氣升溫裝置向樣品的背面通冷卻氣，所述焰流發(fā)生裝置位于樣品的正面，所述冷卻氣升溫裝置包括冷卻氣管道和加熱裝置，所述冷卻氣管道的第一端連接氣源，所述冷卻氣管道的第二端朝向樣品的背面，所述冷卻氣管道上設(shè)有熱電偶，所述加熱裝置固定于所述冷卻氣管道上。