一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置的制作方法

本发明涉及一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，属于结构静强度试验技术领域，用于航空、航天类产品结构部件涉及热载荷的试验领域。

背景技术：

航空、航天类产品在高速飞行工况下，结构部件承受高温和受力的双重载荷，因此传统的在常温状态下进行的外载荷试验无法真实地反映出结构部件在高速飞行工况下的实际的受力状态，为了更接近模拟结构部件在实际载荷下的变形状态，需开展结构热与载荷同步耦合试验，在耦合试验中，需进行高温应变测试，高温应变计粘贴方法相比于常温应变计更加复杂，目前高温应变计粘贴方法主要采用以下过程：

打底胶处理：将胶液滴在贴片部位，自然干燥45min，放入烘箱，以2℃/min的速率从室温升至75℃保温45min，然后继续升温至100℃保温30min，升温至230℃保温30min，升温至350℃保温30min，降至室温准备贴片；

最终固化：贴片完成后，室温下自然晾干45min，放入烘箱升温至75℃保温45min，升温至100℃保温30min，升温至230℃保温30min，升温至350℃保温30min，降至室温，固化完成。

在进行高温固化时，目前采用的主要设备是温度箱、烘箱类的设备，其有限密闭的加热空间导致目前常用的烘箱设备不能满足大型结构试件高温固化的要求，如果采用大型的烘箱设备，一是造价昂贵，二是空间大了以后，难以保证整个空间的温度均匀性满足要求。此外，申请人发现，高空高速的航空、航天类产品，其在受热和受力之后的应力等试验数据结果是非线性的，因此，为了确保正式试验时的结果可靠，在进行正式试验前，并不希望试件整体承受额外的热载，而目前的温度箱、烘箱类设备都是对试件进行整体加热，必然会在高温应变计粘贴时，就给结构试件整体施加了额外热载。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，满足试件高温应变测试需求，避免在试验之前就给结构试件整体施加额外热载，本发明提出一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，采用局部加热的思路，其中的加热器可水平或垂直移动，方便应用在大尺寸圆柱型试件应变固化工艺中。本发明选用大功率红外辐射加热方法，为符合高温应变测点的局部加热，采用多点辐射，位置可调的加热点，升温速度快，避免空间加热对产品带来不必要的热载荷，本加热系统配合相应的pid控制策略，到达目标温度会自动保温，温度可连续加热，满足高温应变安装的固化要求。

本发明的技术方案为：

所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：该固化装置包括底座、水平支架、滑行轨道、弧形固定座和加热器；

水平支架安装在底座两端，滑行轨道一端与底座一端的水平支架通过转动轴承配合，滑行轨道具有两端均与水平支架接触的水平状态，以及垂直于底座的竖直状态；所述弧形固定座安装在滑行轨道上，且能够沿滑行轨道移动；所述加热器安装在弧形固定座内侧面上，能够对大型试件待粘接位置进行局部加热。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所述加热器采用万向连接杆与弧形固定座内侧面连接，所述万向连接杆由两端的连接板和中间的伸缩杆组成，伸缩杆两端为球头，连接板背面具有球窝，用于与球头配合，连接板正面与需要连接的结构表面形状匹配。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所述加热器采用全封装式的打孔辐射散热方式，内表面配合热反射层，仅在一个端面上开有对外辐射散热的加热孔。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所述加热器的加热孔孔径在满足将待粘接的应变片完全覆盖的前提下尽可能小。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所述加热器内部带有温度传感器，实现温度反馈；温度传感器与加热器内的发热器件通过分隔板物理分隔。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：加热器外部粘接两层绝热材料，第一层选用陶瓷纤维布，最外层粘接纳米隔热板。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所述弧形固定座内侧面沿轴向和径向分为四个等面积象限，每个象限内均布若干加热器。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所有加热器独立控温。

进一步的优选方案，所述一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置，其特征在于：所述底座底部安装有万向轮。

有益效果

本发明提出的高温应变粘贴时的固化装置，与现有技术比较具有如下优点：

1、本装置采用局部高功率红外辐射的方式，相比现有高温箱加热方式，升温速率快，穿透性强，提升固化的效率和质量；

2、本装置加热方式采用点加热，替换原有温度箱的环境加热方法，避免试件承受额外的热载荷，影响试件的测试结果；

3、本发明是针对航空、航天类等涉及热载荷的结构件(如发动机壳体)而设计的专用的调整平台，配合万向连接的加热器，可以满足结构件任意位置的应变粘贴固化要求；

4、加热器外防护选用两层隔热材料，有效防止热量散出，避免相互之间的影响以及对操作人员造成高温伤害。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：固化装置结构示意图；(图中加热器只显示安转位置)

1-底座，2-水平支架，3-万向轮，4-转动轴承，5-滑行轨道，6-弧形固定座，7-加热器，8-对称件；

图2：加热器示意图；

9-热防护罩，10-热辐射孔，11-发热元件，12-分隔板，13-温度传感器；

图3：万向连接示意图；

14-连接板，15-万向球头1，16-伸缩杆，17-万向球头2；

图4：外防护层示意图；

18-纳米隔热板，19-陶瓷纤维布，20-加热器本体。

具体实施方式

下面以固体火箭发动机壳体为例，详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例主要涉及以下几个关键技术：

1、克服空间限制：

试验贴片阶段，发动机壳体处于垂直或者水平状态，由于发动机壳体的尺寸较大，高温箱不能满足升温要求，且放置难度较大，不适用于发动机高温应变粘贴。本发明提出的加热如图1所示，采用对称两部分设计，主要包括平台底座、滑动轨道，弧形固定座等部件，滑动轨道可以处于水平或垂直状态并锁定位置，满足试验件水平或立式放置时，均能工作；弧形固定座通过万向连接杆和加热器连接，并通过位置控制器调整弧形固定座在滑动轨道上平移位置，加热范围可覆盖试件表面。平台底座带有万向轮，根据试件的放置状态可以调整位置。

2、点加热代替环境加热，消除额外热载；

高温载荷试验中，传统的固化方式是通过温度箱加热，但通过温度箱加热会导致应变测点以外的壳体表面也大范围受热载，，此时状态相当于壳体在正式试验前承受了多余的热载荷，会影响试验测试结果，因此本实施例中要求试件在应变粘贴时受热固化为应变测点局部加热。

本实施例以发动机圆筒形壳体试件为对象，在弧形固定座内布置加热器，加热器沿其内壁轴向分布，分4个象限布置，每个象限均布8个加热器，共32个加热器。每个加热器采用全封装式，打孔辐射散热的方式加热，内表面配合热反射层，增加辐射能量，提高升温速率。为尽可能减少壳体不必要的加热，加热器外观尺寸为30mm×30mm×30mm，打孔尺寸直径在满足覆盖单片到花片的面积大小前提下尽可能的小，安装时使测点置于孔径内部，32个加热模块独立控温，自带温度反馈，温度传感器与发热器件物理分隔，防止传感器直接受热产生测试误差，结构如图2所示。加热器通过万向球头和伸缩杆的方式连接于弧形固定座，万向球头支持加热器可以在弧向摆动，伸缩杆可支持调整加热器径向距离，结构如图3，这种调节方式使加热器在试件表面一定范围内可以移动安装，测点可以覆盖试件环向整个表面。

3、热防护设置

采用本发明后，可以实现完成一个测点贴片后，即进行加热固化，在加热固化的同时，进行另一个测点贴片，此时为了防止热量散出造成周围区域高温，避免对操作人员造成高温伤害，需要对加热器进行热防护处理。热防护装置结构如图4所示，在加热器外部粘接两层绝热材料，第一层选用陶瓷纤维布，耐温1260℃，具有耐高温，导热系数低，优良的高温绝缘性能。在最外层粘接纳米隔热板，其导热系数低，为不可燃材料，隔热性能是传统材料的3-4倍，不含有害人体的纤维成分，操作人员可以直接接触操作。

采用本实施例进行发动机壳体高温应变粘贴实施过程如下：

1)根据产品的放置状态，调整本装置至水平或竖直位置，方便加热器(7)连接；

2)打底胶处理，将胶液滴在贴片部位，自然干燥45分钟，将加热器的热辐射孔(10)罩住贴片部位，温度控制器设置相应参数，以2℃/min的速率从室温升至75℃保温45min；

3)然后继续升温至100℃保温30min，升温至230℃保温30min，升温至350℃保温30min，降至室温后贴片；

4)贴片完成后，室温下晾干45分钟，将加热器的热辐射孔(10)罩住贴片部位，升温至75℃保温45min，升温至100℃保温30min，升温至230℃保温30分钟，升温至350℃保温30分钟，降至室温，高温应变贴片完成。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。