[发明专利]热防护材料热-力-氧-激光多场耦合地面测试系统

权利要求书

1.一种热防护材料热-力-氧-激光多场耦合地面测试系统，其特征在于，包括：

复杂气氛反应腔、感应加热子系统、力学加载子系统、多组分供气子系统、真空抽气子系统、大功率激光加载子系统、材料响应测试子系统、水冷子系统和集成控制子系统；

所述复杂气氛反应腔包括反应腔体和样品台，所述反应腔体为中空圆柱结构，且设有带观察窗的取样舱门，所述样品台开设有沿所述反应腔体的中轴线方向的纵向观测通孔，所述样品台水平设置于所述反应腔体内部；

所述感应加热子系统包括感应加热装置、加热体和感应线圈，所述感应加热装置设于所述反应腔体外部，所述加热体设于所述样品台上，且中心开设有纵向的通孔，所述感应线圈套设于所述加热体，且所述感应线圈的两个开放端均穿过设于所述反应腔体侧壁的绝缘真空法兰，与所述感应加热装置连接；

所述力学加载子系统包括万能力学试验机、两个高温合金夹头和两个位移杆，两个所述高温合金夹头水平间隔设置，分别用于夹持承载在所述加热体上的被测样品相对的两端，其中一个所述高温合金夹头通过一个所述位移杆水平连接所述万能力学试验机的试验机定横梁，另一个所述高温合金夹头通过另一个所述位移杆水平连接所述万能力学试验机的试验机移动横梁，并能够跟随所述试验机移动横梁移动；所述位移杆通过密封水冷法兰穿设在所述反应腔体的侧壁上，所述密封水冷法兰与所述万能力学试验机之间通过真空波纹管连接，所述真空波纹管套设在所述位移杆外侧；

所述多组分供气子系统包括供气装置和环形进气管道，所述供气装置设于所述反应腔体外部，包括至少一路气瓶，通过设于所述反应腔体侧壁的进气电磁阀连接所述环形进气管道，所述环形进气管道设于所述反应腔体内部，位于所述样品台上方，且中轴线与所述反应腔体的中轴线重合，所述环形进气管道开设有多个气孔，用于向所述反应腔体内部供气；

所述真空抽气子系统包括分子泵，所述分子泵通过设于所述反应腔体侧壁的抽气法兰与所述反应腔体内部连通，用于调节所述反应腔体内部气氛；

所述大功率激光加载子系统包括半导体激光器、高功率传输光纤和激光准直镜头，所述半导体激光器的输出端通过所述高功率传输光纤连接至所述激光准直镜头，所述激光准直镜头设于所述反应腔体顶部外侧，且出射光轴与所述反应腔体的中轴线重合，所述激光准直镜头出射的准直激光穿过设于所述反应腔体顶部的红外增透膜石英窗，垂直入射被测样品；

所述材料响应测试子系统包括第一红外测温仪、第二红外测温仪、高速运动分析仪、DIC全场应变测量仪和应变片，

所述第一红外测温仪的测温波段与所述半导体激光器输出激光的波段不同，所述第一红外测温仪设于所述反应腔体顶部外侧，且入射光轴与所述反应腔体的中轴线偏差角度为4～6°，所述第一红外测温仪用于透过设在所述反应腔体顶部的第一红外测温窗口，测量被测样品朝向准直激光一侧的表面温度，所述第一红外测温窗口位于红外增透膜石英窗一侧，所述红外增透膜石英窗采用与所述半导体激光器输出激光相匹配的石英基体，所述石英基体内、外两侧均镀有红外增透膜，对所述半导体激光器输出激光的透过率超过99.9％；

所述第二红外测温仪设于所述反应腔体底部外侧，且入射光轴与所述反应腔体的中轴线重合，所述第二红外测温仪用于透过设在所述反应腔体底部的第二红外测温窗口，测量被测样品远离准直激光一侧的背面温度，

所述高速运动分析仪位于所述激光准直镜头一侧，用于透过设在所述反应腔体顶部的表面形貌监测窗口，观测被测样品的表面形貌变化，所述高速运动分析仪的入射光轴与所述反应腔体的中轴线偏差角度为4～6°；

所述DIC全场应变测量仪设于所述反应腔体外部，用于透过设置在所述取样舱门上的观察窗，获取非接触式DIC应变测试数据；所述应变片粘贴于被测样品表面，用于获取接触式应变测试数据；

所述水冷子系统包括多条循环水冷管道，所述水冷子系统用于通过所述循环水冷管道对所述反应腔体、所述样品台、所述感应线圈、所述半导体激光器、所述激光准直镜头、所述红外增透膜石英窗、所述第一红外测温窗口、所述第二红外测温窗口、所述表面形貌监测窗口进行水冷降温；

所述集成控制子系统与所述复杂气氛反应腔、所述感应加热子系统、所述力学加载子系统、所述多组分供气子系统、所述真空抽气子系统、所述大功率激光加载子系统、所述材料响应测试子系统以及所述水冷子系统均信号连接，用于采集数据，生成相应的控制指令并发送。