[发明专利]一种在线施加冲击载荷的动态烧蚀测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种在线施加冲击载荷的动态烧蚀测量装置及其测量方法。本发明的测量装置包括：动态烧蚀平台、冲击载荷施加装置、火焰加热装置、激光测速仪、温度测量系统、试样夹持装置、第一至第三摄像机和图像处理系统；本发明采用冲击载荷施加装置，在试件的烧蚀过程中加载冲击载荷，能够根据实际工况选择合适的冲击物的尺寸及材料，以及选择冲击模式及角度，进而模拟试样工作的实际受冲击情况，提供更接近于实际使用环境的试样模拟效果；同时结合温度测量系统与图像处理系统，可实现对材料氧化烧蚀过程的温度定量测量、动态烧蚀过程图像捕捉以及试样的动态变形测量。

技术领域

本发明涉及结构形变测量技术，具体涉及一种在线施加冲击载荷的动态烧蚀测量装置及其测量方法。

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，目前存在两种方法：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。这些方法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。针对发动机用结构材料的环境与材料模拟，目前绝大部分的研究还集中在材料本身的物理化学性能，对材料的性质考核主要集中在烧蚀试验方面，而对于烧蚀过程中环境的耦合效应模拟考虑得不多。尤其是在实际使用中由于发动机吸入外来颗粒或发动机本身结构的破损，发动机结构用材料会受到某些颗粒物的撞击。有时，硬物也会撞击航空发动机高温端的涡轮叶片，引起热障涂层的严重损坏。叶片前缘的裂痕将会发展成疲劳裂缝，并蔓延而使整个叶片损坏。针对材料实际工作条件中可能受到的冲击载荷的模拟，由于烧蚀试验本身的复杂性以及实验平台搭建的困难，导致到目前并没有对材料在烧蚀条件下施加冲击载荷的考虑，而这与材料的实际中受到的工况存在明显差距，因此无法更加准确地模拟描述材料在真实工作环境下的响应。因此开展在线施加冲击载荷这方面的工作非常重要，对提高材料服役性能也是起着至关重要的作用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种在线施加冲击载荷的动态烧蚀测量装置及其测量方法，可实现材料或结构在烧蚀的过程中在线施加冲击载荷，模拟材料或结构件在实际使用过程中受冲击载荷的情况，同时对试验过程进行温度定量采集、动态烧蚀过程图像捕捉、试样变形情况的图像捕捉；并在此装置基础上提出材料或结构件在受冲击条件下的烧蚀测试方法。

本发明的一个目的在于提出一种在线施加冲击载荷的动态烧蚀测量装置。