一种模拟压气机环境的试验装置的制作方法

本发明属于航空发动机领域，涉及一种模拟压气机环境的试验装置。

背景技术：

航空发动机压气机发生钛火故障主要原因是压气机转静子构件相互碰磨，在压气机高温、高压和高流速条件下发生钛合金燃烧的钛合金携带着大量燃烧热，在气流作用下扩散到其他钛合金构件或其他合金构件上，引发更大范围的钛合金燃烧或其他合金构件烧损，烧毁发动机。激光加热方式模拟发动机转静子构件碰磨产生的热量、模拟钛合金液滴飞溅到钛合金构件表面的燃烧热，可用于研究钛合金燃烧条件及验证防钛火技术措施有效性。

国外已经采用激光试验方法在模拟压气机环境下开展钛合金燃烧试验，研究引发钛合金燃烧环境条件、燃烧温度、烧损率等。该试验装置采用真实叶片开展钛合金燃烧试验，如每次只对1个叶片进行试验，考虑到试验器被加热后对拆装的影响，试验效率低；如多个叶片同组开展试验，要求试验舱空间大，要实现模拟压气机环境，对空气流量、温度、压力等气流参数要求高，只有通过大型空气压缩机组、大功率加温器等才能在试验舱内模拟压气机环境，试验效率和试验成本不能兼顾。目前尚未看到国内采用激光方法开展钛合金燃烧试验、模拟压气机环境下激光法钛合金燃烧以及试验设备的相关报道。

技术实现要素：

发明目的

设计一种模拟压气机环境的高效率低成本激光法钛合金燃烧试验器，在试验件表面局部区域(试验区域)模拟真实发动机钛合金构件表面环境参数(温度、压力、流速)，采用激光依次加热成组钛合金试验件并引发燃烧，研究环境条件对钛合金燃烧条件、燃烧温度、烧损率的影响，验证防钛火技术措施有效性。

技术方案

提供了一种模拟压气机环境的试验装置，包括：壳体，在壳体内形成模拟压气机环境的试验舱，并在试验舱中容置试验件；进气部件，进气部件向试验舱提供气源；热源通道，通过热源通道向试验件提供热源；出气部件，出气部件排出试验舱内的气体，通过进气部件和出气部件的配合向试验件提供预定压力和预定流场；观察部件，通过观察部件能够观察试验件的试验情况。

在上述试验装置中，进气部件和出气部件位于壳体的两端。

在上述试验装置中，进气部件和出气部件的中心线重合。

在上述试验装置中，试验装置还包括激光器，激光器发射的激光束穿过热源通道并到达试验件表面，以向试验件提供热源。

在上述试验装置中，试验装置还包括监测设备，监测设备通过观察部件记录试验件的试验数据。

在上述试验装置，其中，监测设备包括红外测温仪、高速摄像仪、普通摄像仪中的一个或多个。

在上述试验装置中，试验装置还包括试验组件，试验组件设置在试验舱中，并且试验组件夹持有一个或多个试验件。

在上述试验装置中，试验组件包括安装部件和夹持部件，其中：通过安装部件将试验组件固定到壳体上，并且通过夹持部件夹持一个或多个试验件。

在上述试验装置中，试验组件包括推进部件，通过推进部件实现一个或多个试验件的移动。

有益效果

本发明的模拟压气机环境的试验装置具有如下效果：

a)效率高，成组试验，一次可对多个试验件开展试验；

b)成本低，仅在试验件局部形成设计的环境条件，对气源、热源要求低；

c)采用钛合金试验件，试验获得钛合金在模拟压气机环境下引发燃烧温度条件、环境条件和扩散燃烧；

d)采用涂层、改性层、阻燃钛合金等防钛火技术试验件，试验获得防钛火技术在模拟压气机环境下对基体的防护性能。

附图说明

图1是本发明的试验装置的示意图。

图2a是本发明的试验装置的试验舱结构的示意图。

图2b是本发明的试验装置的试验舱结构的另一示意图。

图3是本发明的试验装置的试验组件的示意图。

图4是试验组件的安装法兰的示意图。

图5是试验组件的安装座的示意图。

具体实施方式

将参考附图1-5详细描述根据本发明实施例的模拟压气机环境的试验装置。

如图1所示，模拟压气机环境的试验装置包括试验舱结构1和试验组件结构2。

如图2a-2b所示，试验舱结构1包括进气管1-1、试验舱1-2、观察孔1-3、激光通道1-4、试验件安装孔1-5和排气管1-6，进气管1-1和排气管1-6固定在试验舱1-2两个端面，进气管1-1、试验舱1-2和排气管1-6中心线重合，观察孔1-3、激光通道1-4、试验件安装孔1-5根据需要设置在试验舱1-2舱壁上。

如图3-5所示，试验组件包括试验件2-1、安装座2-2、试验件夹持段2-3、推进杆2-4和安装法兰2-5，试验件2-1和安装座2-2通过螺杆与试验件夹持段2-3连接，试验件夹持段2-3固定在推进杆2-4上，推进杆2-4与安装法兰2-5配合。

进一步的，安装法兰采用双层结构，包括内法兰2-5-1和外法兰2-5-2，内法兰2-5-1和外法兰2-5-2之间安装密封器件。

试验组件结构2通过安装孔1-5固定在试验舱结构1上，试验件2-1正对着进气管1-1出口。

激光束通过激光通道1-4照射在试验件2-1表面加热钛合金。

模拟压气机环境激光法钛合金燃烧试验器技术方案，通过调节进气管流量、气流温度、压力，排气管出口压力，使进气管出口气流参数达到既定目标值，在试验件表面局部区域形成特定的流场，真实模拟钛合金构件在发动机压气机中的表面环境条件参数特征。激光热源方式模拟发动机转静子构件碰磨产生的热量、模拟钛合金液滴飞溅到钛合金构件表面燃烧热，激光通过激光窗口加热钛合金试验件表面局部区域，钛合金试验件温度升高，在高温、高压、高速度气流作用下发生燃烧。红外测温仪、高速/普通摄像仪等测控设备通过试验件上方舱壁的窗口记录获得试验件温度、加热引发燃烧过程等试验信息。成组试验件安装在试验支架上，试验件间距可根据需要调整，第一个试验件完成试验后，关闭激光器，通过推进杆推动试验支架，使第二个试验件位移到气流出口正对位置，重新开启激光器，开展第二个试验件试验。

通过调节进气管流量、气流温度、压力，排气管出口压力，使进气管出口气流参数达到既定目标值，在试验件表面局部区域形成特定的流场，真实模拟钛合金构件在发动机压气机中的表面环境条件参数特征。激光热源方式模拟发动机转静子构件碰磨产生的热量、模拟钛合金液滴飞溅到钛合金构件表面燃烧热，激光通过激光窗口1-4加热钛合金试验件2-1表面局部区域，钛合金试验件温度升高，在高温、高压、高速度气流作用下发生燃烧。红外测温仪、高速/普通摄像仪等测控设备通过试验件上方舱壁的窗口记录获得试验件温度、加热引发燃烧过程等试验信息。成组试验件安装在试验支架上，试验件间距可根据需要调整，第一个试验件完成试验后，关闭激光器，推动推进杆，使第二个试验件位移到气流出口正对的试验位置，重新开启激光器，开展第二个试验件试验。

技术特征：

技术总结
提供了一种模拟压气机环境的试验装置，包括：壳体，在壳体内形成模拟压气机环境的试验舱，并在试验舱中容置试验件；进气部件，进气部件向试验舱提供气源；热源通道，通过热源通道向试验件提供热源；出气部件，出气部件排出试验舱内的气体，通过进气部件和出气部件的配合向试验件提供预定压力和预定流场；观察部件，通过观察部件能够观察试验件的试验情况。

技术研发人员：王标;王登奎;钟燕;韦林;董鹏;邓杨芳
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：2018.12.10
技术公布日：2019.02.22