本实用新型涉及活门技术领域，特别涉及活塞式冷热空气交变供应转换活门。
背景技术：
航空发动机是将热能转化为动能的一种热力机械，因此在其工作的过程中伴随着温度的变化和循环。所有的发动机零部件在发动机工作过程中都会受到温度交变载荷的影响，即受到热应力的作用，只是不同零部件所受的热应力水平有着显著区别，例如叶片、引气管、高低压涡轮轴间的空气导管，火焰筒部件以及一些发动机薄壁件等等。热应力可能对发动机零部件造成疲劳破坏，因此发动机零部件设计必须十分重视寿命设计。然而构件的疲劳寿命受到诸多因素的影响，设计疲劳寿命与真实寿命存在较大的偏差，因此某些重要的发动机零部件必须经过热疲劳试验验证。此外，为了保证某些零部件的工作可靠性，必须对其进行空气温度交变下的可靠性验证试验。
热疲劳和可靠性验证试验一般在地面试验台上进行，一般介质的温度循环如图1所示，需要实现介质温度的循环。例如涡轮叶片热疲劳试验中冷气的温度循环，高温阀门的冷、热空气交变循环等等。目前实现温度循环的现有技术方案是通过在冷、热空气管路上各设置一个电磁阀，为了保护空气加热器，防止干烧，同时在热空气管路旁路上设置旁路高温电磁阀，当关闭热气(通往试验件)高温电磁阀，同时打开热气旁路电磁阀。通过控制各电磁阀开闭来实现试验件冷、热空气的温度循环，如图2所示。该方式具有如下缺陷：
1、电磁阀使用主要受到空气温度、压力、自身寿命和可靠性的限制，尤其是高温和高压给电磁阀使用带来了较大阻碍，极端情况下甚至无法实现试验温度循环，且电磁阀开闭瞬间容易给试验件和其他试验设备带来压力冲击伤害；
2、电磁阀采购成本较高。随着空气温度、压力的升高以及使用寿命的提高，电磁阀的成本会急剧增加，且可选的型号急剧减少，且需要购买相应的控制元件；
3、在安装效率方面，要同时安装三个电磁阀和相应的控制元件，过程较为繁琐，较为耗时，且需要编制专门的循环控制程序，增加了额外的工作量。
技术实现要素：
为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本实用新型提供了活塞式冷热空气交变供应转换活门，包括：
活门基体，其具有控制通道和气路通道，所述气路通道一端与所述控制通道连通，另一端具有端面，所述气路通道沿其长度方向上依次连通有出热气旁路接头、进热气接头、出热气接头和进冷气接头，出冷气接头与所述气路通道的端面连通，所述控制通道内壁具有内凸缘，所述控制通道开有至少一个与外界连通的呼吸孔，所述呼吸孔位于所述内凸缘的靠近所述气路通道的一侧；
密封端盖，其固定在所述控制通道的一端；
控制气接嘴，其安装于所述密封端盖并与所述控制通道连接；
活塞，其具有活塞头、第一凸缘和第二凸缘，所述活塞头位于所述控制通道内并在位于所述内凸缘和所述密封端盖之间，所述第一凸缘和所述第二凸缘均与所述气路通道内壁之间密封接触，所述第一凸缘的侧壁切断出热气旁路接头端口时，所述第二凸缘的侧壁切断所述进冷气接头端口，且所述第二凸缘的端面切断所述出冷气接头端口；
活塞密封圈，其安装于所述活塞头侧壁内并与所述控制通道内壁相挤压；
弹簧，其一端与所述活塞头相挤压，另一端和所述控制通道内端面相挤压。
优选的，所述控制通道和所述气路通道均呈圆筒状。
优选的，所述呼吸孔的数量为四个且周向均布于所述控制通道端面，所述呼吸孔的开孔方向与所述控制通道的轴向相同。
优选的，所述出热气旁路接头、所述进热气接头、所述出热气接头、所述进冷气接头和所述出冷气接头的管径均相同，所述出热气旁路接头和所述进热气接头之间、所述进热气接头和所述出热气接头之间、所述出热气接头和所述进冷气接头之间沿所述气路通道长度方向上的距离均相等。
优选的，所述密封端盖的面向所述控制通道的一端端面开有盘形凹槽。
优选的，所述控制通道的一端具有翻边，所述密封端盖通过周向均布于其上的紧固件与该翻边固定，且所述密封端盖与该翻边之间夹有石棉密封垫片。
优选的，所述第一凸缘的中心点到所述第二凸缘中心点的距离等于所述出热气旁路接头中心点到所述进冷气接头中心点的距离。
本实用新型提供的活塞式冷热空气交变供应转换活门，具有如下有益效果：
1、能够通过一个不锈钢空气转换活门实现冷、热空气的交变供应，使用寿命没有明显限制，可靠性高；
2、能够解决高温高压下现有技术方案电磁阀使用限制的问题，在材料和设计使用允许的条件下，能够在高温高压下可靠工作；
3、通过呼吸孔加弹簧的设计结构，能够改变活塞运动的阻尼，减少活塞运动对活门的冲击损伤和试验高压空气带来的瞬时冲击载荷；
4、所有的空气接头都为通用接头，安装、拆卸方便，密封效果好，节约了人力、物力和时间成本，同时省去了高温高压电磁阀高昂的购买成本。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本实用新型，而不能理解为对本实用新型的保护范围的限制。
图1是热疲劳和可靠性验证试验中一般介质的温度循环图；
图2是现有技术中温度循环控制方案的管路连接图；
图3是本实用新型的一种示意性实施例在接通控制气时的工作状态示意图；
图4是本实用新型的一种示意性实施例在关断控制气时的工作状态示意图。
附图标记：
10 活门基体
11 呼吸孔
20 密封端盖
30 控制气接嘴
40 活塞
50 活塞密封圈
60 弹簧
70 石棉密封垫片
91 出热气旁路接头
92 进热气接头
93 出热气接头
94 进冷气接头
95 出冷气接头
具体实施方式
为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
如图3及图4所示，本实用新型提供了活塞式冷热空气交变供应转换活门，包括活门基体10、密封端盖20、控制气接嘴30、活塞40、活塞密封圈50和弹簧60。
活门基体10具有控制通道和气路通道，气路通道一端与控制通道连通，另一端具有端面，本实施例中，控制通道和气路通道均呈圆筒状。气路通道沿其长度方向上依次连通有出热气旁路接头91、进热气接头92、出热气接头93和进冷气接头94，出冷气接头95与气路通道的端面连通，本实施例中，出热气旁路接头91、进热气接头92、出热气接头93、进冷气接头94和出冷气接头95的管径均相同，出热气旁路接头91和进热气接头92之间、进热气接头92和出热气接头93之间、出热气接头93和进冷气接头94之间沿气路通道长度方向上的距离均相等。控制通道内壁具有内凸缘，控制通道开有至少一个与外界连通的呼吸孔11，呼吸孔11位于内凸缘的靠近气路通道的一侧。本实施例中，呼吸孔11的数量为四个且周向均布于控制通道端面，呼吸孔11的开孔方向与控制通道的轴向相同。
密封端盖20固定在控制通道的一端。本实施例中，控制通道的一端具有翻边，密封端盖20通过周向均布于其上的紧固件与该翻边固定，且密封端盖20与该翻边之间夹有石棉密封垫片70。
控制气接嘴30安装于密封端盖20并与控制通道连接，用于控制活塞40运动。
活塞40具有活塞头、第一凸缘和第二凸缘，第一凸缘位于活塞头和第二凸缘之间。活塞头位于控制通道内并在位于内凸缘和密封端盖20之间，第一凸缘和第二凸缘均与气路通道内壁之间密封接触，第一凸缘的侧壁切断出热气旁路接头91端口时，第二凸缘的侧壁切断进冷气接头94端口，且第二凸缘的端面切断出冷气接头95端口。即第一凸缘的轴向长度大于出热气旁路接头91和进热气接头92的管径，第二凸缘的轴向长度大于出热气接头93和进冷气接头94的管径，第二凸缘的直径大于出冷气接头95的管径。本实施例中，第一凸缘的中心点到第二凸缘中心点的距离等于出热气旁路接头91中心点到进冷气接头94中心点的距离。
活塞密封圈50安装于活塞头侧壁内并与控制通道内壁相挤压。
弹簧60一端与活塞头相挤压，另一端和控制通道内端面相挤压，用于配合控制气接嘴30控制活塞40运动。
在另一个实施例中，密封端盖20的面向控制通道的一端端面开有盘形凹槽。用于使控制气与活塞右端面的作用的初始面积更大，从而获得更大的初始推动力。
本实用新型利用一个两位三通的转换活门控制气的通气与撤气，同时结合弹簧60的回弹力控制活塞40的往复运动，并利用周向均布的呼吸孔11的数量和孔径来达到调节活塞40的阻尼的目的。
为了增强密封效果，在活塞40的左端活塞基体轴向设置两道活塞密封圈50。通过活塞40的往复运动，实现对试验件冷气和热气的交变供应，实现空气温度的交变，同时设置热气旁路来保护空气加热器。
为了使活门在接通控制气的瞬间，能够保证控制气推动活塞克服弹簧60和冷气施加在活塞40最右端面的作用力，在密封端盖20右端面加工了一个较大的圆盘形凹槽，使得控制气与活塞40右端面的作用的初始面积更大，从而获得更大的初始推动力。
本实用新型的工作原理如下：
转换活门有两种工作状态，一种为接通控制气的状态，如图3所示，另一种为撤掉控制气的状态，如图4所示。
当接通活门控制气时，高压空气推动活塞40向右运动并压缩弹簧60，同时通过呼吸孔11排出控制通道腔室中的部分空气。此时，来自空气加热器的热气通过进热气接头92进入活门，然后通过出热气接头93通往试验件，实现对试验件的热气的供应。而与此同时进冷气接头94、出热气旁路接头91处于关闭状态。
当撤掉活门控制气时，活塞40通过弹簧60推动向左运动，同时通过呼吸孔11调节活塞40运动时的阻尼。此时，来自空气加热器的热气通过进热气接头92进入活门，然后通过出热气旁路接头91排放，从而防止空气加热器干烧，同时实现对空气的持续加热。与此同时，冷气通过进冷气接头94进入活门，然后通过出冷气接头95通往试验件，实现对试验件的冷气的供应，同时关闭出热气接头93，停止对试验件的热气供应。
利用一个两位三通常温电磁阀，对活门的控制气进行供气与撤气，实现活门两种工作状态的控制，从而实现对试验件冷、热空气的交变供应，并通过程序实现交变循环时间的设定与控制。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。