[发明专利]一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置

说明书

本发明公开了一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置，涉及航空发动机服役环境模拟技术领域，包括移动装置、焰流发生装置、监控系统和控制器，移动装置上固定样品，焰流发生装置与样品正对，监控系统用于检测模拟实验过程中的各项参数，移动装置和监控系统均与控制器电连接。本发明能够调整焰流与样品之间的各种参数，从而进行模拟实验。

技术领域

本发明涉及航空发动机服役环境模拟技术领域，特别是涉及一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置。

背景技术

航空发动机一直以来被誉为“皇冠上的明珠”，其发展水平代表着一个国家综合科技水平与国防实力。航空发动机的推重比是衡量发动机性能的重要指标之一，它与飞机的机动性、经济性密切相关。根据卡诺循环原理，提高涡轮前进气温度是提高发动机推重比最为重要和最为切实可行的方法。目前，提高涡轮前进气温度常用的三种方法为：研制新型高温结构材料，气膜冷却技术以及热障涂层技术。目前传统单晶高温合金与气膜冷却技术的发展已接近材料及工艺的极限，热障涂层技术和研发新型高温结构材料成为进一步提升涡轮前温度较为切实可行的方法。

航空发动机的工作环境异常复杂恶劣，包括高温、应力、腐蚀环境等20余种载荷的作用。研究表明，高温氧化、烧蚀、热膨胀不匹配、颗粒冲蚀、腐蚀物质侵蚀等是引起热障涂层失效的主要原因。各种原因导致的过早失效是限制热障涂层和新型高温结构材料应用发展的关键瓶颈，建立发动机服役环境模拟平台，对各种条件下热障涂层以及高温结构材料失效机理进行深入研究，此对热障涂层以及高温结构材料进行改进发展是突破瓶颈的必经之路。

目前国内外开展了一些航空发动机服役环境模拟的工作，主要包括涂层热循环、热梯度、腐蚀环境以及热、力、环境耦合等。周洪等人(专利号：CN1818612A)提出了一种高温电阻炉加热的热障涂层抗热震性能装置，杨丽等人(专利公开号：CN103091237B)提出了一种用于模拟热障涂层腐蚀服役环境的高温火焰喷枪装置，汪瑞军等人(专利公开号：CN105865961A)提出了一种氧丙烷燃气加热枪的热障涂层在高温、热梯度和CMAS耦合服役环境的热冲击实验装置，宫声凯等人(专利公开号：CN1699994)公开了一种将红外快速加热设备耦合腐蚀环境与材料力学性能实验装置实现热障涂层热、力、腐蚀的服役环境模拟。可以发现，现有服役环境模拟的装置，大多燃油燃气燃烧火焰加热或者电阻加热等，加热速度慢，加热温度低，并且火焰尺寸较小，可测试的样品或工件的尺寸较小，难以满足对航空发动机导向叶片等较大尺寸的工件测试需求，并且没有温度梯度或者直接采用室温压缩空气进行背冷制造温度梯度，与航空发动机实际工作环境相差甚远；航空发动机的服役环境具有高温、高温度梯度、高热流密度、快速升温降温、冷却气体温度高等特点，现有模拟设备难以同时实现这些条件。

因此，市场上急需一种新型模拟装置，用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，能够对样品提供高温高速焰流，并且能够调整样品与焰流的相对位置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置，包括移动装置、焰流发生装置、监控系统和控制器，所述移动装置上固定样品，所述焰流发生装置与样品正对，所述监控系统用于检测模拟实验过程中的各项参数，所述移动装置和所述监控系统均与所述控制器电连接。

优选地，所述移动装置为四轴机器人，所述四轴机器人包括X轴轨道、Y轴轨道、Z轴轨道和R轴，所述X轴轨道、所述Y轴轨道和所述Z轴轨道之间相互垂直，所述R轴为一旋转轴，样品固定在所述R轴上。

优选地，还包括冷却气升温装置，所述冷却气升温装置向样品的背面通冷却气，所述焰流发生装置位于样品的正面，所述冷却气升温装置包括冷却气管道和加热装置，所述冷却气管道的第一端连接气源，所述冷却气管道的第二端朝向样品的背面，所述冷却气管道上设有热电偶，所述加热装置固定于所述冷却气管道上。