[发明专利]一种钛火碰撞摩擦试验装置及方法

权利要求书

1.一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，包括：冷却模块、燃烧室、性能测试模块、控制模块、供气模块，其中，

所述冷却模块包括水冷机(1)，为燃烧室(6)的壳体及内部设备提供循环冷却水；

所述燃烧室(6)内部设置冷却管道，通过所述水冷机(1)通入冷却水对壳体冷却；

所述性能测试模块包括位于所述燃烧室(6)内部的电机(10)、钛合金转杆(11)、钛合金试样(12)、用于夹持所述钛合金试样(12)的夹具(13)、气体加热模块(25)以及设置在所述钛合金试样(12)与所述钛合金转杆(11)摩擦位置的正下方的气体喷管，其中，所述钛合金转杆(11)的末端与所述电机(10)的主轴连接；所述钛合金试样(12)与所述钛合金转杆(11)同轴，两者之间能够碰撞，之后进行持续摩擦；所述气体加热模块(25)用于加热由所述供气模块通向所述燃烧室(6)内的气体；

所述供气模块为所述燃烧室(6)提供工作气体，工作气体为压缩空气，并能够通过所述控制模块的自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气；

所述控制模块用于控制所述燃烧室(6)、所述性能测试模块及所述供气模块，当所述燃烧室(6)内压强、气体温度及所述钛合金试样(12)的温度达到设定值时，所述钛合金试样(12)与所述钛合金转杆(11)发生碰撞并持续摩擦。

2.根据权利要求1所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述性能测试模块还包括气泵(7)、与所述夹具连接的气缸(9)以及设置在两者之间的调压阀(8)，三者共同作用能够推动所述钛合金试样(12)沿轴向运动，并能够定量测定推力。

3.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述燃烧室(6)内碰撞摩擦试验所处环境的压强为0～2MPa。

4.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述供气模块包括氩气罐(2)、压缩空气罐(3)、与两者相连的高压切换阀(4)、两端分别与所述高压切换阀(4)和所述燃烧室(6)相连的高压气体流量计(5)；所述供气模块通过控制所述燃烧室(6)的内外压差以及读取所述高压气体流量计(5)示数实现气体流速的精确控制，并且通过所述控制模块自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气。

5.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述钛合金试样(12)表面设置第一热电偶(14)，用于测定预热温度以及试验过程中所述钛合金试样(12)的温度变化；在所述气体加热模块(25)的出口处设置第二热电偶(24)，用于测定通向所述燃烧室(6)内气体的温度。

6.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述燃烧室(6)的壳体上设置观察窗(15)，外部的摄像机(16)通过所述观察窗(15)观察记录试验过程。

7.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述燃烧室(6)为中空圆柱体，直径为80～150cm，两端通过螺栓固定可移动防护盖并用胶圈密封；所述燃烧室(6)的壳体材质为不锈钢，厚度为20～50mm。

8.根据权利要求2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述钛合金转杆(11)的转速为5000～20000r/min，所述气缸(9)提供的推力为0～0.5MPa。

9.根据权利要求1所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述供气模块流出的气体的流速由所述燃烧室(6)内外的气体压力差决定，气体流速为50～400L/min，所述燃烧室(6)内气体的温度为室温～500℃。

10.根据权利要求1-9之一所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将准备好的碰磨钛合金试样(12)安装固定在夹具(13)上，钛合金转杆(11)安装在电机(10)上；打开冷却模块，设定气缸(9)推力值，之后关闭燃烧室(6)的移动防护盖，用螺栓螺母上紧，再将摄像机(16)固定在观察窗(15)处，保证能够清晰拍摄到摩擦点燃试验整个过程；

S2：打开供气模块，在控制模块中设定试验压强、气体加热温度、电机转速及摩擦时间，打开气泵(7)，供气模块向燃烧室(6)内通入加热的压缩空气，当燃烧室(6)内压强达到设定值，且内外压强差及气体质量流量值稳定，试验气流温度及预热温度达到设定值后，开启电机(10)；

S3：当电机(10)转速达到设定值，打开摄像机(16)，开启气缸(9)，推动钛合金试样(12)开始与钛合金转杆(11)发生碰撞并持续摩擦，在碰撞的一瞬间计时开始，达到设定的摩擦时间时，气缸(9)带动钛合金试样(12)收回，电机(10)停止旋转，供气模块自动切换至氩气，持续通入氩气至气体加热模块冷却；

S4：当燃烧室(6)内压强为大气压，且冷却至室温后，关闭供气模块及冷却模块，打开燃烧室(6)的移动防护盖，取出钛合金试样(12)并编号，根据试样宏观形貌以及摄相机(16)拍摄的试验过程判断是否发生点燃；

S5：在相同试验参数下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，钛合金试样(12)都发生点燃，则认为在该条件下，试样能够发生燃烧，则改变参数进行下一种条件的试验；在相同试验条件下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，试样都不发生点燃，则认为在该条件下，试样不能够发生点燃。