[发明专利]一种耐烧蚀材料超音速火焰烧蚀试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种耐烧蚀材料超音速火焰烧蚀试验装置，氧气瓶组、氮气瓶组、空压机、燃料储罐分别通过管路连接介质配置柜的进料口，且氧气瓶组、氮气瓶组、空压机、燃料储罐的管路上均独立设置有压力变送器，介质配置柜的出料口与燃气发生器连接，燃气发生器上设置有点火器，工控机电性连接介质配置柜和点火器，并对介质配置柜和点火器进行控制。通过工控机控制介质配置柜调节参数，将氧气、燃料、空气在燃气发生器中混合燃烧，并经过喷口喷出形成超音速火焰，使超音速火焰冲击耐烧蚀材料表面，能够模拟新一代发动机火焰环境，实现了超音速、超高温、超高热流密度条件下动态、变角度烧蚀试验，并满足吸气式组合发动机相关热防护材料试验要求。

技术领域

本发明涉及热防护技术领域，特别是涉及一种耐烧蚀材料超音速火焰烧蚀试验装置及方法。

背景技术

临近空间飞行器具有巨大的军事和商业用途，世界主要航空航天大国竞相研究。临近空间和空天飞行器对动力系统提出水平起降、极宽空域和速域、综合比冲高、推力大、结构紧凑、重量轻、可重复使用等极高要求，单一动力无法满足需求，发展吸气式组合动力是必然趋势。吸气式组合发动机可充分利用大气层中的氧气，大大减少飞行器氧化剂的携带量，降低结构冗余质量，提高有效载荷，可重复使用能力强，是较为理想的动力装置。吸气式组合发动机工作模态复杂多样，特别是火箭推力室与冲压燃烧室耦合工作，燃烧室、尾焰区热环境恶劣，所采用的热防护材料必须能够承受1800℃以上超高温、超音速火焰冲刷，针对该部位耐烧蚀热防护材料进行充分的测试评价是保障型号安全服役的关键。

目前常规的火焰烧蚀试验装置和方法在火焰速度、温度、热流密度等方面已经无法满足新一代吸气式组合发动机相关热防护材料试验要求。专利号为CN102156143B的中国专利公开了一种三维可调式防/隔热材料地面模拟试验装置，采用用氧乙炔火焰进行烧蚀，火焰温度850～3200℃，热流密度0.1～4.18MW/m²试验件可沿纵轴360°旋转，该装置能够实现的热流密度较低，并且试验件仅能实现单轴运动，无法满足多角度、多姿态烧蚀试验要求。专利号为CN215005173U的中国专利公开了应用于高温烧蚀试验的设备及高温烧蚀试验系统，该系统由样品固定装置、图像采集装置、高温加载装置组成，通过采集高温烧蚀过程中的试验模型图像进行边缘检测来分析烧蚀量，该方法并未提及火焰烧蚀必要的温度、速度、热流密度等参数，在超音速火焰烧蚀方面适用性不强。专利号为CN212674857U的中国专利公布了具有稳定气源的热防护材料动态烧蚀试验装置，该装置包括发动机、液氧罐、煤油罐、液氮罐及相应的管路、阀门，能够实现稳定气源的热防护材料动态烧蚀试验，但该装置直接采用发动机进行试验整体结构复杂，试验难度大。

因此需要设计一种耐烧蚀材料超音速火焰烧蚀试验装置及方法，能够实现超音速、超高温、超高热流密度条件下动态、变角度烧蚀试验，能够满足吸气式组合发动机相关热防护材料试验要求。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种耐烧蚀材料超音速火焰烧蚀试验装置及方法，解决了现有的试验装置及方法难以实现超音速、超高温、超高热流密度条件下动态、变角度烧蚀试验，难以满足吸气式组合发动机相关热防护材料试验要求的技术问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种耐烧蚀材料超音速火焰烧蚀试验装置，包括燃气发生器、介质配置柜、工控机、氧气瓶组、氮气瓶组、空压机、燃料储罐、压力变送器以及点火器，所述氧气瓶组、氮气瓶组、空压机、燃料储罐分别通过管路连接所述介质配置柜的进料口，且所述氧气瓶组、氮气瓶组、空压机、燃料储罐的管路上均独立设置有所述压力变送器，所述介质配置柜的出料口与所述燃气发生器连接，所述燃气发生器上设置有所述点火器，所述工控机电性连接所述介质配置柜和所述点火器，并对所述介质配置柜和所述点火器进行控制。

进一步地，所述燃气发生器设置在五轴机械臂上。

进一步地，所述燃气发生器与循环水系统连接，所述循环水系统电性连接所述工控机。