[發明專利]空天飛行器結構用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202210861855.8
• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號: CN114923724B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王鐵軍;江鵬;孫帆
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;B64F5/60;G01J5/00;H05B6/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 魏法祥

本發明公開了一種空天飛行器結構用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗裝置及方法，該裝置包括控制箱和滑動設置在控制箱上且用于夾持結構試樣的夾持機構，控制箱上還設置有用于對結構試樣沖擊加熱的升溫機構、用于使結構試樣降溫的降溫機構和用于測量結構試樣溫度的測溫機構，控制箱上設置有供夾持機構滑移的滑軌，通過設置升溫機構與降溫機構配合，便于使結構試樣快速升降溫和呈現梯度溫度分布。該方法包括步驟：一、確定梯度溫度載荷目標值；二、進行梯度熱沖擊與熱疲勞試驗；三、施加升溫載荷；四、施加降溫載荷；五、施加梯度溫度場載荷，實現了對結構試樣進行長時間的梯度熱沖擊，便于模擬空天飛行器的真實服役情況，完成梯度熱沖擊與熱疲勞試驗。

技術領域

本發明屬于梯度熱沖擊疲勞試驗技術領域，具體涉及一種空天飛行器結構用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗裝置及方法。

背景技術

航空航天領域的高超聲速飛行器、大型運載火箭、航空發動機等作為代表國家先進技術的高端裝備，已經成為我國乃至世界各國的發展重點，在這些高端裝備的使用過程中，不可避免地會面臨超高溫（2000℃以上）、高溫升率（200℃/s-300℃/s）、高溫降率（100℃/s）等復雜的梯度熱沖擊環境，需要使用有一定抗梯度熱沖擊性能的耐高溫結構來實現此類重大裝備的安全運行，因此，耐高溫結構的抗梯度熱沖擊疲勞性能成為事關高超聲速飛行器、大型運載火箭等裝備研制成敗的關鍵問題。

空天飛行器上的耐高溫結構一般由耐高溫陶瓷材料制成，為了確保耐高溫結構在梯度熱沖擊環境下能夠安全使用，需要確認耐高溫結構是否能夠承受服役中長時高溫、梯度熱沖擊環境以及疲勞損傷等破壞行為，因此，需要對耐高溫結構開展梯度熱沖擊疲勞模擬試驗。通過梯度熱沖擊疲勞模擬試驗，模擬耐高溫結構的真實服役工況，從而有助于進一步分析耐高溫結構在真實服役時的使用壽命及安全可靠性。

目前，常用的梯度熱沖擊加熱方式主要為燃氣加熱和感應線圈加熱。其中，燃氣加熱使用氧氣和丙烷等氣體混合燃燒產生高溫火焰直接加熱試樣，并在試樣背面提供冷卻氣體來增加試樣的熱梯度，但高溫火焰溫度難以精確控制，容易帶來試樣表面加熱不均勻的問題，而且處理試驗產生的尾氣十分復雜，燃燒氣體的泄露或不充分燃燒會給設備運行帶來一系列安全隱患；感應加熱通過線圈感應加熱試樣的表層區域，但該方式僅適用于導電試樣，無法適用于陶瓷材料，應用范圍小。因此，亟須開發一種適用于空天飛行器中耐高溫結構的梯度熱沖擊疲勞試驗裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種空天飛行器結構用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗裝置，通過設置升溫機構與降溫機構配合，便于使結構試樣快速升降溫和呈現梯度溫度分布，從而便于模擬空天飛行器的真實服役情況，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：空天飛行器結構用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗裝置，其特征在于：包括控制箱和滑動設置在所述控制箱上且用于夾持結構試樣的夾持機構，所述控制箱上還設置有用于對所述結構試樣沖擊加熱的升溫機構、用于使所述結構試樣降溫的降溫機構和用于測量所述結構試樣溫度的測溫機構，所述控制箱上設置有供所述夾持機構滑移的滑軌；

所述夾持機構包括設置在所述滑軌上的第一滑板和設置在所述第一滑板上的夾具，所述夾具內夾持有所述結構試樣；

所述升溫機構包括位于所述滑軌左端的光纖激光器、以及位于所述光纖激光器和所述結構試樣之間的光學鏡片，所述控制箱內設置有用于控制所述光纖激光器功率的控制器，所述光學鏡片通過第二滑板安裝在所述滑軌上，所述光纖激光器中射出的激光通過所述光學鏡片聚焦在所述結構試樣的左側面上；

所述降溫機構包括位于所述滑軌右端并向所述結構試樣的右側面輸送冷氣的冷氣管；

所述測溫機構包括分別用于采集所述結構試樣左右面溫度的左紅外測溫儀和右紅外測溫儀，所述左紅外測溫儀和所述右紅外測溫儀分別位于所述滑軌的兩端。

上述的空天飛行器結構用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗裝置，其特征在于：所述光纖激光器、所述光學鏡片和所述結構試樣的高度相同。