[发明专利]一种钛合金燃烧试验装置及其试验方法

说明书

本发明属于航空发动机技术领域，涉及一种钛合金燃烧试验装置及其试验方法。该试验装置包括燃烧室、光纤激光器、供气管、排气管、气瓶组、质量流量控制器、单向阀、气体加热器、进气阀、压力控制阀、排气阀、摄像机、红外温度传感器、压力传感器、热电偶、试样加热装置、试样夹具和计算机等。采用气瓶组作为气源，气体加热器对气体进行加热，质量流量控制器和压力控制阀控制燃烧室压力，试样加热装置对试样进行加热，光纤激光器对试样进行点燃，可实现气体温度为500～600℃、压力为1.0～1.5MPa及试样温度为600～900℃的模拟条件的钛合金材料/构件燃烧试验，采用计算机程序控制点火时间等试验参数，试验精度更高。该试验装置结构紧凑，安装方便，试验成本低，能够满足目前和未来航空发动机钛合金燃烧特性评价的迫切需求，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，涉及一种钛合金燃烧试验装置及其试验方法，尤其是涉及一种模拟服役条件下钛合金燃烧试验装置及方法。

背景技术

航空发动机钛火是一种典型的钛合金燃烧致灾故障，危害巨大。高性能航空发动机对钛合金用量提高的需求与钛火倾向性增大的尖锐矛盾凸显，致使钛火频发。除了国外军用和民用航空发动机发生过100余起钛火，近年我国在研的高性能航空发动机试车时也发生过多起，不仅造成巨大经济损失，也严重阻碍了发动机设计对钛合金的大量选材。有效预防钛火、提高压气机的钛合金用量，成为制约先进航空发动机技术发展的难题。

钛合金材料/构件燃烧试验技术是科学认识钛火演化规律和机理，构建钛火综合预防体系的关键核心技术，国际上至今尚未形成统一的试验装置及方法，尤其在模拟服役条件下实现钛合金燃烧难度更大。美国建立了大型钛合金燃烧风洞试验装置，并对模拟服役条件下钛合金的燃烧特性进行试验研究，比如在最高气流温度(455℃)和压力(0.965MPa)条件下实现了多种钛合金燃烧，为Alloy C阻燃钛合金在著名的F119和F135先进航空发动机上大量应用提供了依据。

然而，由于国外技术封锁等原因，国内对该燃烧试验装置的结构及技术细节尚不清楚。据解密的国防报告了解到，美国建设的模拟服役条件下钛合金燃烧试验装置分别采用钛液滴或二氧化碳激光器作为热源进行点火，将小型风洞作为气源，其中钛液滴作为热源存在点火不稳定等问题，激光被确定为主导的点火热源。但是，该试验装置由于使用二氧化碳激光器不仅造成整体结构体积大、能量消耗高，而且试验效率低、最高的气流温度和压力等控制参数不能满足目前和未来高性能航空发动机服役条件下钛合金燃烧特性评价的迫切需求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足提供一种能够实现高温、高压的气流条件且点火效率高及参数控制精确的钛合金燃烧试验装置及方法。

发明的技术方案

提供一种钛合金燃烧试验装置，该钛合金燃烧试验装置包括燃烧室(1)、激光器(2)、供气组件、排气组件、摄像机(12)、温度传感器(13)、压力传感器(14)、热电偶(15)、试样加热装置(16)、试样夹具(17)和计算机控制单元(26)；试样加热装置用于加热试样；

燃烧室(1)为封闭腔体，腔体内设置有放置试样的试样夹具(17)；所述封闭腔体上部设置有激光入射窗和观察窗，激光入射窗和观察窗均位于试样夹具的上方；计算机控制单元(26)对温度传感器(13)、压力传感器(14)和热电偶(15)进行数据采集，对激光器(2)、供气组件、排气组件和试样加热装置(16)进行控制；

所述封闭腔体分别与供气组件和排气组件连通，供气组件用于向燃烧室提供助燃气体(氧气和/或空气)，排气组件用于燃烧室排气；燃烧室设置有所述压力传感器(14)和温度传感器(13)，用于检测封闭腔体内的气体压力和温度；燃烧室设置有所述热电偶(15)，用于检测试样的温度；观察窗上方设置有摄像机，用于拍摄试样；激光入射窗用于射入激光。

进一步的，试样夹具(17)固定在燃烧室(1)封闭腔体内，用于固定安装试样(18)；供气管(3)和排气管(4)分别连通于燃烧室(1)的两侧；