[实用新型]一种模拟发动机燃烧室环境的动态氧化烧蚀测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模拟发动机燃烧室环境的动态氧化烧蚀测试装置，属于工程材料、结构形变及力学实验技术领域。

背景技术

发动机是飞行器的核心部件，是飞行器机动性、航程、可靠性、经济性及环境影响的决定性因素之一。航空发动机服役环境恶劣、因素复杂，材料对环境的响应存在耦合效应，而不是单一环境作用结果的叠加。为此，各国在相应的重大材料研究计划中，都将材料的环境性能模拟作为主要内容，如美国1988年制定的飞机用复合材料计划、1990年NASA、DOE和DoD联合制定的先进热机陶瓷技术计划和日本1993年制定的未来汽轮发电机的先进材料计划(AMG)等都不约而同地要求建立材料的环境性能表征和数据库，并首先发展了环境模拟方法，其中包括实验模拟和数值模拟两方面。

在实验模拟方面，目前存在两种方案：第一种是采用全环境因素试验，直接获取材料的试验结果。尽管全环境模拟方法和设备越来越逼近真实环境，但缺点也显而易见，那就是模拟设备的投资和环境考核试验的成本成倍上升。第二种是从环境与材料相互作用的物理和化学本质出发，发展新型模拟理论与实验方法。这些方案的特点是以材料损伤与破坏的环境控制因素和材料性能控制因素为依据，将全环境因素模拟简化为控制因素的实验模拟。如NASALewiS研究中心研制了台架燃气模拟器替代高温风洞来研究材料在燃气环境中的氧化腐蚀重量变化，节省了大量实验费用。德国Hambury-Harburg技术大学利用摄像装置对CMC的高温稳定性进行研究，实时观测裂纹扩展，采集和处理数据。加州理工学院利用高速CCD像机以万幅/秒的速度采集图像，研究材料裂纹的动态扩展过程等。由于对材料损伤与破坏的环境控制因素和材料性能控制因素认识不清，目前所建立的各种简易模拟实验方法均具有一定局限性。因此，全环境的实验模拟方法仍占据较重要位置。燃烧室结构材料在发动机燃烧环境下的动态氧化烧蚀是决定发动机热防护的关键因素，如何得到材料在高温复杂耦合环境下的动态演化过程以及演化机理对进一步改进材料结构，提高材料服役性能也是起着至关重要的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模拟发动机燃烧室环境的动态氧化烧蚀测试装置，该装置可实现材料在模拟发动机环境下的氧化和烧蚀实验，观察得到样品表面烧蚀演化的动态过程。

本实用新型的技术方案如下：

一种模拟发动机燃烧室环境的动态氧化烧蚀测试装置，其特征在于：该测试装置包括模拟燃烧室、氧乙炔加热装置、智能加水控制系统、湿度测量系统、温度测量系统、图像采集处理系统和样品夹持装置；所述智能加水控制系统包括喷雾器、喷水器和智能加水控制器，喷雾器和喷水器分别通过信号线与智能加水控制器连接；所述湿度测量系统包括湿度传感器和湿度测量仪，湿度传感器通过信号线与湿度测量仪连接；所述图像采集系统包括带有滤波片的第一高速摄像机、带有滤波片的第二高速摄像机、控制两台高速摄像机的第一计算机以及光源，两台高速摄像机分别位于模拟燃烧室的两侧，并分别透过第一高温石英玻璃窗口和第二高温石英玻璃窗口对样品两侧烧蚀过程进行记录，同时两台高速摄像机经一个触发器由第一计算机实现同步控制；所述温度测量系统包括第一红外测温仪、第二红外测温仪和控制两台红外测温仪的第二计算机，两台红外测温仪经一个触发器由第二计算机实现同步控制，分别透过第一高温石英玻璃窗口和第二高温石英玻璃窗口实现对样品两侧表面烧蚀温度的记录；两台高速摄像机和两台红外测温仪均摆放在氧化烧蚀实验台上。

本实用新型所述的样品夹持装置包括导轨、支撑杆和夹具，导轨固定在模拟燃烧室的底部；支撑杆与导轨连接，沿导轨滑动。

本实用新型又一技术特征是：所述的模拟发动机燃烧室环境的动态氧化烧蚀测试装置还包括氧化烧蚀实验台，模拟燃烧室固定在氧化烧蚀实验台上；第一高速摄像机、第二高速摄像机、第一红外测温仪和第二红外测温仪分别通过三脚架放置在氧化烧蚀实验台上。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：设计了模拟发动机燃烧室环境的密闭腔，能够实现水蒸汽模拟以及氧分压控制，同时将高速摄影与温度测量同步统一起来，能够实时观测记录特定温度下材料的氧化烧蚀作用过程，通过放慢高速摄影得到的烧蚀过程动画，清晰观察并分析样品表面氧化物生成、流动、演化的过程。本实用新型实现了实验室条件下对发动机燃烧室环境的模拟，为研究材料的氧化烧蚀行为提供了一个新的实验装置和实验平台。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种模拟发动机燃烧室环境的动态氧化烧蚀测试装置的结构原理示意图。