[发明专利]一种大直径高速液体射流撞击试验装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及冲蚀实验技术领域，特别涉及一种液体射流撞击试验装置。

【背景技术】

液固高速撞击现象广泛存在于各类工程领域中，如大功率超临界、超超临界汽轮机的末级长叶片和核电汽轮机的大部分叶片都工作在湿蒸汽区，流动中凝结形成的一次水滴在静叶片表面沉积形成水膜，水膜由于高速汽流的夹带作用在静叶出汽边撕裂形成尺寸较大的二次水滴，在离心力和气流力的作用下水滴对动叶片进汽边背弧面不断撞击造成水蚀损坏。飞机在高速穿过云层、雨区时，表面材料容易受到水滴的撞击。水滴与飞机之间极高的相对速度会造成观察窗、雷达罩等构件的变形和破坏，从而造成仪器的失效甚至威胁飞行安全。所以深入研究液固高速撞击过程中流体和材料的动力学行为机制具有十分重要的工程意义。

通过单次射流撞击的实验研究表明，材料表面的破坏产生于液固撞击初始阶段，激波脱体时刻的前后；而激波脱体的时间以及脱体时液固接触区域的动态应力分布仅与撞击液体的前缘轮廓形状有关。通过高速摄影方法得到，单射流撞击产生的超音速射流的前缘轮廓在空气中呈伞状，与液滴的前缘轮廓是类似的，这样从根本上证明了高速液滴与高速射流冲击的一致性。

然而，目前还没有见到成熟的液体射流撞击试验装置，以满足研究液固高速撞击造成破坏的机理以及材料损伤的需要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种大直径高速液体射流撞击试验装置，用于模拟在实际情况下，测试液滴对材料不断撞击造成的损坏程度，为进一步研究液固高速撞击造成破坏的机理以及材料损伤确保工程上的安全奠定基础。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大直径高速液体射流撞击试验装置，包括试验台架、射击动力装置、动力托架装置、液体射流装置和试样装夹装置；其中，试验台架包括底板平台、平板、侧板和第一挡板和第二挡板；第一挡板和第二挡板平行固定于底板平台的前侧，第一挡板和第二挡板之间形成用于放置试样装夹装置的横槽；平台上后侧固定有平板；平板上左右两侧对称设置有两个侧板；射击动力装置包括枪管、外部套筒、动力套筒和活塞杆，外部套筒套在动力套筒和枪管外周；枪管的前端穿出外部套筒的前端；动力套筒的尾部设有触发开关和放置火药的燃烧室；活塞杆中间套有起制动作用的止动环，止动环顶在枪管内；枪管的出口处塞有尼龙棒；活塞杆的小端穿过止动环并位于枪管内，大端位于燃烧室内；动力托架装置包括可以前后滑动的底板滑块，底板滑块上设有位于前端的前夹块、后夹块和位于后端的第三挡板；底板滑块上的前夹块、后夹块均由第一上夹块和第一下夹块组成，第一上夹块和第一下夹块中间有圆柱形槽，用于夹紧外部套筒；外部套筒夹固定于前夹块和后夹块中；动力托架装置安装于两个侧板之间的轨道中；液体射流装置包括套筒架底板；套筒架底板的后端设有套筒架，前端设有喷嘴架；喷嘴架开有螺栓孔，喷嘴通过螺纹连接固定在螺纹孔中；套筒架底板固定在底板平台的试验台平板前端与第二挡板之间；安装有试样的试样装夹装置安装于所述横槽中。

优选的，底板滑块和两侧板紧密贴合。

优选的，两侧板上各有一个定位块；试验中，定位块通过螺钉固定，用于固定试验中射击动力装置滑块在试验时位置，避免其向后滑出。

优选的，试样装夹装置包括第二上夹块和第二下夹块；，试样装夹装置中央从前向后依次开有圆孔槽、第一矩形槽以及第二矩形槽；试样放置于第一矩形槽中，并通过螺栓将第一矩形槽以及第二矩形槽夹紧，第二矩形槽面向后侧喷嘴。

优选的，液体射流装置和射击动力装置处于同一中轴线；套筒架上设有相互连通的第一孔型通道和第二孔型通道；枪管的前端伸于第一孔型通道中；第二孔型通道的直径小于枪管的外径，但大于尼龙棒的直径。

优选的，喷嘴的后端内部设有喷嘴孔，喷嘴孔连通喷嘴前端内部的射流孔，射流孔为一个或多个；喷嘴孔与安装于喷嘴孔中的尼龙塞配合，在喷嘴孔中形成储存液体的空间。

优选的，喷嘴后端外部是六角螺栓结构。

优选的，所述大直径高速液体射流撞击试验装置还包括观测装置，所述观测装置包括光源、高速摄影仪和计算机，其中光源位于试验台试样装夹装置一侧；光源包括光源A和光源B，通过光敏元件A和光敏元件B接收光源进行时间差测量，高速摄影仪在另一侧拍摄液体射流情况，计算机用于处理高速摄影仪拍摄的试验数据。

优选的，液体射流装置外还罩有一个安全玻璃防护罩。

相对于现有技术，本发明的优点在于：