[发明专利]一种航空发动机高压转子叶片服役环境模拟装置

说明书

本发明公开一种航空发动机高压转子叶片服役环境模拟装置，涉及航空发动机叶片服役环境模拟设备技术领域，包括样品旋转台及加热系统，样品旋转台上固定有叶片样品，加热系统包括用于对叶片样品进行加热，并同时对叶片样品表面喷射腐蚀介质的主喷枪与若干用于对叶片样品的旋转区域进行加热的辅助喷枪；本发明通实现腐蚀介质对叶片样品的热冲击，真实模拟高压转子叶片的恶劣服役环境，对叶片样品表面热障涂层的失效机理进行更准确的研究；本发明中还设置有若干辅助喷枪对叶片样品的旋转区域进行加热，从而能够保证叶片样品旋转区域保持在较高温度，保证了服役环境模拟的准确性，避免了叶片样品表面温度反复变化对热障涂层失效过程的影响。

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片服役环境模拟设备技术领域，特别是涉及一种航空发动机高压转子叶片服役环境模拟装置。

背景技术

航空发动机被誉为是“工业皇冠上的明珠”，是衡量一个国家工业水平的重要标志。随着航空发动机推重比的不断提高，涡轮前端进口温度也不断的提高，美国五代机F22的航空发动机F119涡轮前端进口温度已达到1900K。镍基单晶高温合金和Ni₃Al基单晶合金目前承温能力在1400K～1500K之间，剩下400K～500K的温度差距通过气膜孔冷却技术和热障涂层技术填补。高压转子叶片直接面对燃烧室出气口，不仅要承受高温高压燃气的热冲击和巨大的转动载荷，还要经受颗粒冲蚀，钙镁铝硅氧化物腐蚀，服役条件十分恶劣，气膜孔和热障涂层引入的同时也增加了涡轮叶片失效的原因和可能，增加了航空发动机的失效隐患。所以，研究近服役条件下高压涡轮导向叶片热障涂层的失效形式和机理是十分重要的。然而，通常的拉伸、弯曲、疲劳、热冲击等力学性能试验并无法提供近服役状态下的恶劣条件，而发动机试车则会消耗大量的人力、物力和财力。

申请号为“201310009293.5”，名称为“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”的发明专利中，工作叶片固定在试验台上，工作叶片两侧均设置加热装置对其进行加热，同时喷射腐蚀介质，以研究工作叶片的热证涂层在模拟环境下的失效过程；但是其将工作叶片固定设置的方式难以研究叶片在高速转动情况下，服役环境对其热证涂层失效的影响；申请号为“201811506720.X”，名称为“一种工作叶片热障涂层服役载荷的等效加载装置及方法”的发明专利中设置有多个喷枪，并且每个喷枪均正对一个筒形通道，而筒形通道的另一端正对导向叶片，还设置有驱动机构，驱动结构通过涡轮盘带动涡轮盘上的工作叶片转动，通过采用沿燃气通道周向设置的多个喷枪，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，同时通过拉力加载机构对工作叶片进行拉伸，实现了工作叶片热障涂层离心力、高温燃气冲击、热斑、尾迹、湍流等载荷的模拟；但是其不仅缺少使用腐蚀介质对工作叶片冲击过程的模拟，而且其通过筒形通道对工作叶片进行加热，工作叶片在转动的过程中，尤其是在脱离喷枪的加热火焰后，工作叶片的温度会急剧下降，当进入喷枪的火焰范围时，温度重新上升，导致工作叶片表面温度是反复变化的，与真实的服役环境差别较大。

所以，研制出能够模拟高压转子叶片服役环境的测试装置具有重要工程意义和科学价值

发明内容

本发明的目的是提供一种航空发动机高压转子叶片服役环境模拟装置，以解决现有技术存在的问题，真实模拟高压转子叶片的恶劣服役环境，对叶片样品表面热障涂层的失效机理进行更准确的研究。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种航空发动机高压转子叶片服役环境模拟装置，包括样品旋转台及加热系统，所述样品旋转台上固定有叶片样品，所述加热系统包括用于对叶片样品进行加热，并同时对叶片样品表面喷射腐蚀介质的主喷枪与若干用于对叶片样品的旋转区域进行加热的辅助喷枪。

优选的，所述主喷枪与若干所述辅助喷枪呈圆形轨迹分布，且均正对所述叶片样品的旋转路径。