[发明专利]一种航空发动机钛合金机匣结构防钛火验证试验方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机钛合金机匣结构防钛火验证试验方法。采用摩擦钛火试验装置将涂覆三层结构复合涂层的钛合金机匣模拟件固定在钛火试验装置的燃烧室夹具上与不锈钢转子件构成一对摩擦副。在模拟发动机工况的气流条件下通过控制摩擦时间和摩擦接触压力实现机匣结构中阻燃隔热涂层的直接破坏，热电偶测量摩擦区域瞬态温升获得可持续燃烧瞬态温度。然后在无复合涂层钛合金机匣模拟件发生可持续燃烧的试验条件下进行涂覆复合涂层的航空发动机钛合金机匣模拟件的防钛火试验，若连续十次试验获得的瞬态温度均小于可持续燃烧瞬态温度的一半，则表明涂覆三层结构复合涂层的航空发动机钛合金机匣模拟件的防钛火有效性通过验证，并将此时的试验参数作为航空发动机钛合金机匣结构防钛火有效的工况条件。

技术领域

本发明涉及航空发动机钛火防控技术领域，提供一种航空发动机钛合金机匣结构防钛火验证试验方法。

背景技术

钛合金因具有比强度高、耐腐蚀和使用温度宽等优点而被广泛应用于先进航空发动机压气机机匣等关键/重要结构件。然而，随着先进航空发动机性能的不断提升，压气机内部高温高压高速的服役环境特征更为显著，钛火发生的可能性大大增加，尤其当钛合金机匣受到叶片或外来物碰磨或划擦时轻则导致机匣烧穿、重则烧毁整个发动机，危害巨大。

先进航空发动机一般通过采用阻燃钛合金机匣或者涂覆复合涂层的钛合金机匣结构设计等防控措施来降低钛火风险。其中，涂覆三层结构复合涂层的钛合金机匣应用更为广泛，该机匣结构从外部钛合金本体到内表面依次为钛合金、金属粘结底层、阻燃/隔热涂层和可磨耗封严涂层。与传统无涂层的钛合金机匣相比，涂覆复合涂层的钛合金机匣结构具有良好的防钛火功能，能够提高发动机的服役安全性。遗憾的是，目前尚未建立一种有效的钛合金机匣结构防钛火验证试验方法，造成适航条件下防钛火验证试验数据缺失、机理不清楚，直接影响了钛合金机匣结构的防钛火设计与技术进步，这与钛合金机匣结构制造技术“长板”的快速发展是不相适应的

发明内容

发明目的：针对航空发动机钛合金机匣结构防钛火验证试验方法未建立而提出一种定量的且能够满足工程需求的验证钛合金机匣结构防钛火功能的试验方法。

技术方案

提供一种航空发动机钛合金机匣结构防钛火验证试验方法，所述验证方法使用无涂层钛合金机匣模拟件和有涂层钛合金机匣模拟件，无涂层钛合金机匣模拟件和有涂层钛合金机匣模拟件均安装有测温热电偶，无涂层钛合金机匣模拟件和有涂层钛合金机匣模拟件均作为静子，分别与金属摩擦转子构成摩擦副，有涂层钛合金机匣模拟件的涂层为摩擦面；该试验方法包括以下步骤，

步骤1)模拟发动机燃烧室的工况，设定气流压力、气流温度、气流速度以及无涂层钛合金机匣模拟件与金属摩擦转子之间的接触压力初始值；

步骤2)使得金属摩擦转子旋转，无涂层钛合金机匣模拟件与金属摩擦转子之间持续摩擦规定时间；判断是否出现燃烧，若未出现可持续燃烧，则梯次增加接触压力直至出现可持续燃烧，每增加一梯次均更换无涂层钛合金机匣模拟件；若出现可持续燃烧，则通过所述热电偶获得钛合金机匣模拟件发生可持续燃烧的瞬态温度T₀，并记录当前的接触压力f；

步骤3)以步骤1设定的气流压力、气流温度、气流速度以及步骤2)记录的接触压力f为参数，使得金属摩擦转子旋转，有涂层钛合金机匣模拟件与金属摩擦转子之间持续摩擦规定时间；之后通过所述热电偶获得有涂层钛合金机匣模拟件的瞬态温度T，若T小于0.5T₀，则表明有涂层钛合金机匣模拟件未发生着火，表明具有所述涂层的钛合金机匣防钛火有效性通过验证。

进一步的，出现可持续燃烧的判定依据为：当无涂层钛合金机匣模拟件的燃烧区域面积半径大于2mm时，认定为发生可持续燃烧。

进一步的，步骤3)重复N次，且每次T均小于0.5T₀，表明验证具有所述涂层的钛合金机匣防钛火有效性通过验证。此时的所述参数能够作为涂覆复合涂层的航空发动机钛合金机匣结构防钛火有效的工况条件，N为大于1的自然数。