[发明专利]一种钛火碰撞摩擦试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种钛火碰撞摩擦试验装置及方法，包括冷却模块、燃烧室、性能测试模块、控制模块、供气模块。启动冷却模块后，根据控制模块的控制，启动供气模块向燃烧室内通入压缩空气，当燃烧室内压强、气体温度及试样温度达到设定值时，气缸推动试样与高速旋转的钛合金转杆发生碰撞并持续摩擦，根据宏观形貌及观察窗外的相机记录确定摩擦过程试样是否发生点燃。本发明的装置能够实现在高温、高压及高速气流条件共同作用下，模拟压气机钛合金发生碰撞摩擦产生“钛火”的现象，可调参数模拟影响参数多，参数调节范围广，控制精度高，具有十分广阔的专业应用前景。

技术领域

本发明属于钛合金及阻燃涂层应用技术领域，尤其涉及一种测试航空发动机用钛合金及阻燃涂层的碰撞摩擦试验装置及方法。

背景技术

先进航空发动机设计的重点在于降低比油耗和提高推重比，而采用轻质高强先进材料对提高推重比具有重要意义。钛合金因具有密度低、比强度高、耐蚀性好及耐高温等优点，成为应用于航空航天领域的理想材料。虽然钛合金在飞机和航空发动机上的大量使用，可大幅度提高结构减重效果，但是由于钛合金具有燃烧敏感性，在一定条件下发生碰撞摩擦时极易发生燃烧，即产生“钛火”现象。

为解决“钛火”问题，使用阻燃钛合金和添加阻燃涂层是解决“钛火”问题两种被广泛采用的途径。在提升钛合金材料性能的同时，进行“钛火”试验验证，即模拟和重现发动机钛制零部件着火过程也显得尤为重要。

目前，国内外根据不同起火原因研制了摩擦着火、直流引燃、激光点火、液滴法等钛火试验装置，直流引燃、激光点火以及液滴法能够保证钛合金试样及阻燃涂层的完整性条件下评价钛合金试样及涂层的阻燃性能，但是“钛火”一般是在碰撞摩擦后发生点燃并持续燃烧，因此采用碰撞摩擦试验模拟更接近“钛火”发生的真实情况。

国内北京航空材料研究院采用摩擦氧浓度法对钛合金及防钛火涂层的阻燃性能进行了评价，通过调整混合气体中的氧浓度来评价试样的阻燃性能，试验在常压下进行，预混气体的压力在0.1-0.2MPa，虽然该方法能够定量的表征材料的阻燃性能，但是不能真正模拟高压压气机的高压环境。

随着推重比的不断提高，高压压气机的温度和压强将进一步提高，高压压气机出口压强将达到2MPa，钛制零部件的使用环境将更加苛刻，因此研制出一种能够较好的模拟高压压气机工作环境，能够定量表征多种参数对“钛火”发生的影响且参数范围更广、控制精度高的碰撞摩擦试验装置及方法具有重要意义。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种能够较好地模拟高压压气机的真实环境，实现多种参数对钛火现象发生的影响，且参数调节范围广、控制精度高的碰撞摩擦试验装置及方法，本发明的具体技术方案如下：

一种钛火碰撞摩擦试验装置，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，为燃烧室的壳体及内部设备提供循环冷却水；

所述燃烧室内部设置冷却管道，通过所述水冷机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内部的电机、钛合金转杆、钛合金试样、用于夹持所述钛合金试样的夹具、气体加热模块以及设置在所述钛合金试样与所述钛合金转杆摩擦位置的正下方的气体喷管，其中，所述钛合金转杆的末端与所述电机的主轴连接；所述钛合金试样与所述钛合金转杆同轴，两者之间能够碰撞，之后进行持续摩擦；所述气体加热模块用于加热由所述供气模块通向所述燃烧室内的气体；

所述供气模块为所述燃烧室提供工作气体，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、所述性能测试模块及所述供气模块，当所述燃烧室内压强、气体温度及所述钛合金试样的温度达到设定值时，所述钛合金试样与所述钛合金转杆发生碰撞并持续摩擦。