[发明专利]一种涡轮叶片热障涂层服役载荷的等效加载装置及方法

说明书

本发明公开了一种涡轮叶片热障涂层服役载荷的等效加载装置，包括环形筒状结构的燃气通道、喷枪、涡轮模型、驱动机构和控制模块；喷枪为多个，分布在燃气通道的一端；涡轮模型包括与燃气通道的另一端连接的导向叶片组件以及设置在导向叶片组件远离燃气通道的一侧的工作叶片组件；导向叶片组件静止，工作叶片组件与驱动机构的输出轴动力连接；导向叶片组件包括多组导向叶片，工作叶片组件包括多组工作叶片，导向叶片和工作叶片与燃气通道的出气口位置相对应；多组导向叶片和多组工作叶片上涂覆热障涂层；控制模块分别与喷枪和驱动机构电连接。本发明实现了对工作叶片热障涂层高温旋转与高温交互作用后尾迹、湍流、热斑等载荷的模拟。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片热障涂层的测试技术领域，尤其涉及一种涡轮叶片热障涂层服役载荷的等效加载装置及方法。

背景技术

航空发动机是体现国家核心竞争力的重要标志，承温、承载最苛刻的涡轮叶片是最核心部件，热障涂层是涡轮叶片(包括导向叶片和工作叶片)必不可少的热防护材料。对工作叶片热障涂层而言，除了面临与导向叶片热障涂层相似的高温燃气冲击，还需要受到叶片高速旋转与燃气交互作用后形成的湍流、尾迹、热斑等载荷。这些载荷对涂层变形、失效的影响，对热障涂层破坏机制的研究与优化设计十分关键。因此，对其服役载荷的模拟是这一研究领域的关注重点。

目前国内外针对热障涂层高温燃气冲击的服役环境，建设有相应的模拟加载技术与装置，如美国NASA的高压燃气模拟与测试装置、美国NASA研究中心的马赫数为0.3-1的高速燃气模拟装置、德国国家能源研究中心研制的热障涂层冲蚀装置、湘潭大学研制的一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置等，均已实现了高温燃气热冲击、甚至颗粒冲蚀以及腐蚀的模拟。但这些装置中，均没有实现对高温旋转与高温交互作用后尾迹、湍流、热斑等载荷的模拟。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种涡轮叶片热障涂层服役载荷的等效加载装置及方法，通过在燃气通道的圆周方向设置多个喷枪，并通过控制模块控制喷枪产生的气流的温度和速度，以及通过控制模块控制驱动机构驱动工作叶片组件高速转动，使得工作叶片高速转动，模拟了航空发动机的真实工作环境，喷枪产生的高温高速气体在喷至高速旋转的工作叶片的过程中与导向叶片互相作用，产生尾流、湍流和热斑，实现了对工作叶片热障涂层高温燃气热冲击载荷的模拟以及对高温旋转与高温交互作用后尾迹、湍流、热斑等载荷的模拟。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种涡轮叶片热障涂层服役载荷的等效加载装置，包括：燃气通道、喷枪、涡轮模型、驱动机构和控制模块；所述燃气通道为环形筒状结构；所述喷枪为多个，沿圆周方向均匀分布在所述燃气通道的一端；所述涡轮模型包括：导向叶片组件和工作叶片组件；所述导向叶片组件与所述燃气通道的另一端密封连接，且处于静止状态；所述工作叶片组件设置在所述导向叶片组件远离所述燃气通道的一侧，且与所述驱动机构的输出轴动力连接；所述导向叶片组件包括多组导向叶片，多组所述导向叶片沿圆周方向分布，且其位置与所述燃气通道的出气口位置相对应；所述工作叶片组件包括多组工作叶片，多组所述工作叶片沿圆周方向分布，且其位置与所述导向叶片的位置相对应，多组所述导向叶片和多组所述工作叶片上涂覆有热障涂层；所述控制模块分别与所述喷枪和所述驱动机构电连接，用于控制所述喷枪产生预设温度和预设速度的气流，以及控制所述驱动机构的输出轴以预设转速转动。

进一步，所述控制模块还用于控制所述喷枪沿所述燃气通道的径向移动。

进一步，所述导向叶片组件还包括：机匣，为圆盘状结构，其上设置有环形的通道，所述通道与所述工作叶片的位置相对应，多组所述导向叶片沿圆周方向分布在所述通道内。

进一步，所述导向叶片组件还包括：固定件，与所述机匣固定连接，用于将所述机匣固定到预设位置。