[發明專利]一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110616540.2
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113376311B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 彭徽;賈雷停;李劉合;郭洪波;王標;汪瑞軍;汪愛英;樊國福
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國航發四川燃氣渦輪研究院;中國農業機械化科學研究院;寧波工業技術研究院;中國航發貴州黎陽航空動力有限公司
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置及方法，包括冷卻模塊、燃燒室、性能測試模塊、控制模塊、供氣模塊。啟動冷卻模塊后，根據控制模塊的控制，啟動供氣模塊向燃燒室內通入壓縮空氣，當燃燒室內壓強、氣體溫度及試樣溫度達到設定值時，氣缸推動試樣與高速旋轉的鈦合金轉桿發生碰撞并持續摩擦，根據宏觀形貌及觀察窗外的相機記錄確定摩擦過程試樣是否發生點燃。本發明的裝置能夠實現在高溫、高壓及高速氣流條件共同作用下，模擬壓氣機鈦合金發生碰撞摩擦產生“鈦火”的現象，可調參數模擬影響參數多，參數調節范圍廣，控制精度高，具有十分廣闊的專業應用前景。

技術領域

本發明屬于鈦合金及阻燃涂層應用技術領域，尤其涉及一種測試航空發動機用鈦合金及阻燃涂層的碰撞摩擦試驗裝置及方法。

背景技術

先進航空發動機設計的重點在于降低比油耗和提高推重比，而采用輕質高強先進材料對提高推重比具有重要意義。鈦合金因具有密度低、比強度高、耐蝕性好及耐高溫等優點，成為應用于航空航天領域的理想材料。雖然鈦合金在飛機和航空發動機上的大量使用，可大幅度提高結構減重效果，但是由于鈦合金具有燃燒敏感性，在一定條件下發生碰撞摩擦時極易發生燃燒，即產生“鈦火”現象。

為解決“鈦火”問題，使用阻燃鈦合金和添加阻燃涂層是解決“鈦火”問題兩種被廣泛采用的途徑。在提升鈦合金材料性能的同時，進行“鈦火”試驗驗證，即模擬和重現發動機鈦制零部件著火過程也顯得尤為重要。

目前，國內外根據不同起火原因研制了摩擦著火、直流引燃、激光點火、液滴法等鈦火試驗裝置，直流引燃、激光點火以及液滴法能夠保證鈦合金試樣及阻燃涂層的完整性條件下評價鈦合金試樣及涂層的阻燃性能，但是“鈦火”一般是在碰撞摩擦后發生點燃并持續燃燒，因此采用碰撞摩擦試驗模擬更接近“鈦火”發生的真實情況。

國內北京航空材料研究院采用摩擦氧濃度法對鈦合金及防鈦火涂層的阻燃性能進行了評價，通過調整混合氣體中的氧濃度來評價試樣的阻燃性能，試驗在常壓下進行，預混氣體的壓力在0.1-0.2MPa，雖然該方法能夠定量的表征材料的阻燃性能，但是不能真正模擬高壓壓氣機的高壓環境。

隨著推重比的不斷提高，高壓壓氣機的溫度和壓強將進一步提高，高壓壓氣機出口壓強將達到2MPa，鈦制零部件的使用環境將更加苛刻，因此研制出一種能夠較好的模擬高壓壓氣機工作環境，能夠定量表征多種參數對“鈦火”發生的影響且參數范圍更廣、控制精度高的碰撞摩擦試驗裝置及方法具有重要意義。

發明內容

為了解決上述已有技術存在的不足，本發明提出一種能夠較好地模擬高壓壓氣機的真實環境，實現多種參數對鈦火現象發生的影響，且參數調節范圍廣、控制精度高的碰撞摩擦試驗裝置及方法，本發明的具體技術方案如下：

一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，包括：冷卻模塊、燃燒室、性能測試模塊、控制模塊、供氣模塊，其中，

所述冷卻模塊包括水冷機，為燃燒室的殼體及內部設備提供循環冷卻水；

所述燃燒室內部設置冷卻管道，通過所述水冷機通入冷卻水對殼體冷卻；

所述性能測試模塊包括位于所述燃燒室內部的電機、鈦合金轉桿、鈦合金試樣、用于夾持所述鈦合金試樣的夾具、氣體加熱模塊以及設置在所述鈦合金試樣與所述鈦合金轉桿摩擦位置的正下方的氣體噴管，其中，所述鈦合金轉桿的末端與所述電機的主軸連接；所述鈦合金試樣與所述鈦合金轉桿同軸，兩者之間能夠碰撞，之后進行持續摩擦；所述氣體加熱模塊用于加熱由所述供氣模塊通向所述燃燒室內的氣體；

所述供氣模塊為所述燃燒室提供工作氣體，工作氣體為壓縮空氣，并能夠通過所述控制模塊的自動調節，實現自動切換壓縮空氣或者氬氣；

所述控制模塊用于控制所述燃燒室、所述性能測試模塊及所述供氣模塊，當所述燃燒室內壓強、氣體溫度及所述鈦合金試樣的溫度達到設定值時，所述鈦合金試樣與所述鈦合金轉桿發生碰撞并持續摩擦。