一种钛火试验装置的制作方法

1.本发明涉及钛火研究技术领域，更具体地说，涉及一种钛火试验装置。


背景技术：

2.钛火是航空发动机或燃气轮机在运行过程中产生的一种快速发生、后果恶劣的失效形式，钛火的产生机制一直是国际航空领域研究的一个关注点，由于发动机发生钛火时，难以监控，其模拟条件复杂且不明确，其模拟试验难度较大。目前采用的碰撞摩擦试验装置更接近“钛火”发生的真实情况，但目前该方法的试验装置一般使通过高速电机带动盘件旋转实现较大的接触线速度，现有试验装置的接触线速度极限值有限，试样状态单一，试验过程冗长，试验装置复杂且效率低，很难全面评估发动机钛火的影响因素。
3.因此，如何获得不同试验条件下的实验结果，全面评估发动机钛火的影响因素，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种钛火试验装置，能够获得不同试验条件下的实验结果，全面评估发动机钛火的影响因素。
5.为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种钛火试验装置，包括试样组件与依次布置的加速单元、推出单元、接触单元和收集单元，其中：试样组件的表面状态可供调节；试样组件包括固定试样和运动试样；固定试样设置于接触单元的内部；运动试样设置于加速单元的内部；
7.运动试样经加速单元加速后进入推出单元，并由推出单元推入接触单元，在接触单元内与固定试样接触后，最后进入收集单元。
8.优选地，在上述钛火试验装置中，加速单元还包括装载壳体、加速管、能量单元和试样托，其中：
9.装载壳体的内部设置有第一腔体；
10.运动试样设置于试样托上；
11.能量单元用于为运动试样脱离试样托提供动力；
12.能量单元和试样托布置于第一腔体的内部；
13.加速管与装载壳体相连，试样托布置于加速管的内部；
14.运动试样脱离试样托后沿加速管向远离装载壳体的方向运动。
15.优选地，在上述钛火试验装置中，能量单元包括能量引燃单元和能量释放单元，能量释放单元布置于第一腔体的内部，能量引燃单元布置于能量释放单元的内部，且能量引燃单元远离运动试样布置。
16.优选地，在上述钛火试验装置中，推出单元的内部设置有第一通孔，第一通孔为变直径的通孔，第一通孔的第一端与加速管相连通，且第一通孔的第一端直径与加速管的直径相同，第一通孔的第二端的直径小于第一通孔的第一端直径且大于或者等于运动试样的
直径。
17.优选地，在上述钛火试验装置中，接触单元还包括环境箱，其中：环境箱的第一端面与推出单元相连通；环境箱的第二端面与收集单元相连通；第一端面上开设有用于运动试样通过的第二通孔；第二端面上开设有用于运动试样通过的第三通孔；固定试样对称固定于环境箱内平行于地面方向的相对的两个侧面，且固定试样能够相对运动；固定试样未与运动试样发生接触时，固定试样之间沿垂直于地面的方向的距离小于运动试样的直径。
18.优选地，在上述钛火试验装置中，接触单元还包括液压油缸、第一阀门、第二阀门和阀门支架，其中：
19.阀门支架为“t”字型支架，阀门支架的第一端与液压油缸连接，第一阀门连接于阀门支架的第二端，第二阀门连接于阀门支架的第三端，第一阀门靠近第一端面布置，第二阀门靠近第二端面布置；
20.液压油缸处于第一工作状态时，第一阀门远离第二通孔至无法遮挡第二通孔，第二阀门远离第三通孔至无法遮挡第三通孔，运动试样穿过第二通孔和第三通孔后离开环境箱；
21.液压油缸处于第二工作状态时，第一阀门遮挡第二通孔，第二阀门遮挡第三通孔，使得运动试样无法进出环境箱。
22.优选地，在上述钛火试验装置中，接触单元还包括气体控制单元，气体控制单元与环境箱相连通，用于向环境箱内通入不同类型的气体。
23.优选地，在上述钛火试验装置中，收集单元包括管路和盛装件，管路的第一端与环境箱相连通，管路的第二端与盛装件相连通，运动试样离开环境箱后进入管路，并落入盛装件内。
24.优选地，在上述钛火试验装置中，还包括支撑台面，支撑台面用于固定加速单元、推出单元、接触单元和收集单元。
25.优选地，在上述钛火试验装置中，第一合页和第一偏心锁设置于装载壳体上，第二合页和第二偏心锁设置于推出单元上，第三合页和第三偏心锁设置于接触单元上。
26.根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。
27.本发明提供的钛火试验装置，使用时，运动试样初始安装于加速单元，固定试样固定于接触单元，运动试样经加速单元加速后，运动试样运动至推出单元，并经推出单元进入接触单元，在接触单元内与固定试样接触后继续运动至收集单元，试验结束。期间，通过调节运动试样和/或固定试样的表面状态改变试验条件，从而获得更多的实验结果，因此本发明提供的钛火试验装置能够获得不同试验条件下的实验结果，全面评估发动机钛火的影响因素。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明实施例提供的钛火试验装置的结构示意图；
30.图2是本发明实施例提供的加速单元的结构示意图；
31.图3是本发明实施例提供的加速管的结构示意图；
32.图4是本发明实施例提供的能量单元的结构示意图；
33.图5是本发明实施例提供的运动试样的结构示意图；
34.图6是本发明实施例提供的试样托的结构示意图；
35.图7是本发明实施例提供的装载壳体的结构示意图；
36.图8是本发明实施例提供的推出单元的结构示意图；
37.图9是本发明实施例提供的推出单元的结构示意图；
38.图10是本发明实施例提供的接触单元的外部结构示意图；
39.图11是本发明实施例提供的接触单元的内部结构示意图；
40.图12是本发明实施例提供的固定试样的结构示意图；
41.图13是本发明实施例提供的固定试样的结构示意图；
42.图14是本发明实施例提供的对称固定试样的结构示意图；
43.图15是本发明实施例提供的液压油缸的结构示意图；
44.图16是本发明实施例提供的容纳架的结构示意图；
45.图17是本发明实施例提供的收集单元的结构示意图；
46.图18是本发明实施例提供的气体控制单元的结构示意图；
47.图19是本发明实施例提供的第一偏心锁的结构示意图。
48.其中，加速单元100，装载壳体101，第一腔体1011，加速管102，能量单元103，能量引燃单元1031，能量释放单元1032，试样托104，推出单元200，第一通孔201，接触单元300，环境箱301，第二通孔3011，第三通孔3012，泄压阀3013，气体控制单元3014，液压油缸302，第一阀门303，第二阀门304，阀门支架305，柱塞306，容纳架307，第一加热棒308，第二加热棒309，收集单元400，管路401，盛装件402，固定试样500，运动试样501，支撑台面600，第一偏心锁700，第二偏心锁701，第三偏心锁702。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图1-图19，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出新颖性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.结合图1-图19所示，本发明提供了一种钛火试验装置，包括试样组件与依次布置的加速单元100、推出单元200、接触单元300和收集单元400，其中：试样组件的表面状态可供调节；试样组件包括固定试样500和运动试样501；固定试样500设置于接触单元300的内
部；运动试样501设置于加速单元100的内部。运动试样501经加速单元100加速后进入推出单元200，并由推出单元200推入接触单元300，在接触单元300内与固定试样500接触后，最后进入收集单元400。
52.本发明提供的钛火试验装置，运动试样501初始安装于加速单元100，固定试样500固定于接触单元300，运动试样501经加速单元100加速后，运动试样501运动至推出单元200，并经推出单元200进入接触单元300，在接触单元300内与固定试样500接触后继续运动至收集单元400，试验结束。期间，通过调节运动试样501和/或固定试样500的表面状态改变试验条件，从而获得更多的实验结果，以全面评估发动机钛火的影响因素。
53.本方案可以通过调换能量单元的能量密度，改变运动试样的初始速度，通过改变环境箱的气氛和温度，改变试验条件，同时可以对运动试样和固定试样进行处理改变试样的状态，从而实现试验条件的改变。因为运动试样和固定试样均可实现拆解和调节，所以能够根据不同的试验需要，更改试验变量，从而获得不同试验条件下的实验结果，进而全面评估发动机钛火的影响因素。
54.为了优化上述技术方案，加速单元100还包括装载壳体101、加速管102、能量单元103和试样托104，其中：装载壳体101的内部设置有第一腔体1011；运动试样501设置于试样托104上；能量单元103用于为运动试样501脱离试样托104提供动力；能量单元103和试样托104布置于第一腔体1011的内部；加速管102与装载壳体101相连，试样托104布置于加速管102的内部；运动试样501脱离试样托104后沿加速管102向远离装载壳体101的方向运动。加速单元100工作前，在装载壳体101内部的第一腔体1011内装入能量单元103，加速单元100工作时，由能量单元103释放能量，运动试样501在能量的推动下离开试样托104，沿加速管102向前运动，第一腔体1011的空间能够满足装入不同条件的能量单元103，以使得运动试样501获得不同的初始速度，从而能够获得不同试验条件下的实验结果。
55.进一步地，第一腔体1011为圆柱形，且第一腔体1011与加速管102的第一端相连接，第一腔体1011与加速管102的第一端的连接处设置有截面为钝角的锥形空间，以便于更好的汇聚和释放能量。加速管102的第一端设置有45
°
倒直角结构，以便于安装运动试样501，大径与第一腔体1011的直径一致，小径与试样托104的直径一致，以便于安装试样托104，并缓冲能量单元103所释放出来的能量。
56.进一步地，运动试样501分为头部和尾部两部分，运动试样501的头部为箭头形，运动试样501的尾部为圆柱形，试样托104为圆柱形且试样托104的外径与加速管102的内径一致，试样托104远离第一腔体1011的一侧设置有圆柱形、方形或者其他形状的孔洞，此孔洞为非穿透孔洞，用于安装运动试样501的尾部。当运动试样501安装于试样托104时，尾部布置于试样托104的内部，头部暴露于加速管102的内部。运动试样501的头部为箭头形能够减小运动试样501的前进阻力，从而使运动试样501保持初始速度，减少实验误差，试样托104的形状适应加速管102的形状，以便于安装于加速管102，试样托104上布置的与运动试样501的尾部相适应的孔洞能够使得运动试样501卡接于试样托104上，避免运动试样501提前掉落。
57.为了优化上述技术方案，能量单元103包括能量引燃单元1031和能量释放单元1032，能量释放单元1032布置于第一腔体1011的内部，能量引燃单元1031布置于能量释放单元1032的内部，且能量引燃单元1031远离运动试样501布置，且能量引燃单元1031的布置
空间为直径小于第一腔体1011的直径的圆柱形空间。装载壳体101远离加速管102的一侧设置有密封盖，密封盖与加速管102的位置对应，当密封盖处于打开状态时，将能量单元103安装于第一腔体1011的内部，然后将密封盖关闭，完成试验所需的动力源的安装，能量引燃单元1031引燃能量释放单元1032，能量释放单元1032释放的能量推动运动试样501沿加速管102的第一端至加速管102的第二端的方向运动。将能量单元103分为能量引燃单元1031和能量释放单元1032能够精确控制试验开始的时间，从而减小实验误差，密封盖的设计能够避免能量单元103产生的能量发生外泄，从而减小实验误差。
58.为了优化上述技术方案，推出单元200的内部设置有第一通孔201，第一通孔201为变直径的通孔，第一通孔201的第一端与加速管102的第二端相连通，且第一通孔201的第一端直径与加速管102的直径相同，第一通孔201的第二端的直径小于第一通孔201的第一端直径且大于或者等于运动试样501的直径。第一通孔201的第一端与加速管102的第二端固定连接，运动试样501由加速管102的第二端进入第一通孔201的第一端，从第一通孔201的第二端离开推出单元200。试样托104与运动试样501进入第一通孔201后，因为第一通孔201为变直径的通孔，所以试样托104在前进过程中，受到第一通孔201的孔壁摩擦减速，直至卡在推出单元200的内部，在此过程中，运动试样501受惯性力匀速前进，进入接触单元300。另外，试样托104能够通过打开推出单元200取出，从而用于进行下次试验。
59.为了优化上述技术方案，接触单元300还包括环境箱301，其中：环境箱301的第一端面与推出单元200相连通；环境箱301的第二端面与收集单元400相连通；第一端面上开设有用于运动试样501通过的第二通孔3011；第二端面上开设有用于运动试样501通过的第三通孔3012；固定试样500对称固定于环境箱301内平行于地面方向的相对的两个侧面，且固定试样500能够相对运动；固定试样500未与运动试样501发生接触时，固定试样500之间沿垂直于地面的方向的距离小于运动试样501的直径。进一步地，固定试样500为对称分布的一对试样，以保证在固定试样500与运动试样501接触时，不会改变运动试样501的运动方向。
60.进一步地，第二通孔3011与推出单元200的第二端相连通，运动试样501从推出单元200的第二端离开推出单元200后，从第二通孔3011进入环境箱301。环境箱301内平行于地面方向的相对的两个侧面上设置有柱塞306，固定试样500通过螺钉固定于柱塞306靠近环境箱301中心的一端，柱塞306的内部设置有第一弹性装置，柱塞306能够相对运动，从而带动固定试样500相对运动。当运动试样501与固定试样500接触并推动固定试样500移动时，第一弹性装置处于压缩状态，当运动试样501与固定试样500不再接触时，第一弹性装置处于放松状态，固定试样500自动归位，当第一弹性装置发生状态变化时，柱塞306能够控制固定试样500的移动方向，避免固定试样500偏移。
61.进一步地，固定试样500的表面轮廓与运动试样501的头部截面轮廓一致，以避免运动试样501的头部与固定试样500表面接触不均匀，导致摩擦受力点不均匀，产生实验误差。当运动试样501从第二通孔3011进入环境箱301后，继续运动至与固定试样500完全接触，并产生高速摩擦，因为固定试样500之间沿垂直于地面的方向的距离小于运动试样501的直径，所以在摩擦过程中，在运动试样501的作用下，固定试样500相背运动，运动试样501继续运动至第三通孔3012，并从第三通孔3012离开环境箱301。在环境箱301内，在加速单元100产生的化学能转变为机械能，运动试样501高速运动，并以极高的线速度与固定试样500
发生碰磨，通过调节发生碰磨时环境箱301的状态，能够获得不同试验条件下的实验结果。
62.为了优化上述技术方案，接触单元300还包括液压油缸302、第一阀门303、第二阀门304和阀门支架305，其中：液压油缸302用于驱动第一阀门303和第二阀门304沿垂直于地面方向运动；
63.阀门支架305为“t”字型支架，阀门支架305的第一端与液压油缸302连接，第一阀门303连接于阀门支架305的第二端，第二阀门304连接于阀门支架305的第三端，第一阀门303靠近第一端面布置，第二阀门304靠近第二端面布置；
64.液压油缸302处于第一工作状态时，第一阀门303远离第二通孔3011至无法遮挡第二通孔3011，第二阀门304远离第三通孔3012至无法遮挡第三通孔3012，运动试样501穿过第二通孔3011和第三通孔3012后离开环境箱301；
65.液压油缸302处于第二工作状态时，第一阀门303遮挡第二通孔3011，第二阀门304遮挡第三通孔3012，使得运动试样501无法进出环境箱301。当试验需要中止时，令液压油缸302处于第二工作状态能够及时关闭环境箱301，避免产生资源浪费。
66.为了优化上述技术方案，第一阀门303和第二阀门304通过连接杆与阀门支架305连接，并且在连接杆上设置有第二弹性装置。当能量单元103释放能量后，液压油缸302开启并处于第一工作状态，液压油缸302驱动第一阀门303和第二阀门304沿远离地面的方向运动，当第一阀门303和第二阀门304运动至预设位置时，第二弹性装置处于压缩状态，且第一阀门303无法遮挡第二通孔3011，第二阀门304无法遮挡第三通孔3012。运动试样501穿过第二通孔3011和第三通孔3012后，液压油缸302处于第二工作状态，第二弹性装置处于放松状态，第一阀门303和第二阀门304沿靠近地面的方向运动，第一阀门303和第二阀门304自动归位至第一阀门303遮挡第二通孔3011，第二阀门304遮挡第三通孔3012，此时运动试样501无法进出环境箱301。第二弹性装置的设计能够提高钛火试验装置的自动化程度，从而节省人力。
67.为了优化上述技术方案，接触单元300还包括与第一阀门303和第二阀门304相适配的容纳架307，容纳架307布置于第二通孔3011的两侧和第三通孔3012的两侧，且容纳架307对称布置，容纳架307相对的侧面上设置有竖直导轨，竖直导轨用于容纳第一阀门303和第二阀门304，第一阀门303和第二阀门304在容纳架307内竖直运动。
68.进一步地，在容纳架307远离第二通孔3011的一侧附近设置有第一加热棒308，第一加热棒308为u形加热棒，以保证加热效果，和加热面积均匀，在容纳架307远离第三通孔3012的一侧附近设置有第二加热棒309，第二加热棒309为u形加热棒，以保证加热效果，和加热面积均匀。第一加热棒308和第二加热棒309用于提高环境箱301内的温度，同时能够通过更改第一加热棒308和第二加热棒309的加热温度更改环境箱301内的温度，改变试验条件，从而获得更多的实验结果，以全面评估发动机钛火的影响因素。
69.在本发明的一些实施例中，容纳架307与环境箱301为一体式结构，即环境箱301与第一阀门303和第二阀门304相对应的位置开设出竖直导轨，用于使第一阀门303和第二阀门304上下滑动，第一阀门303和第二阀门304与环境箱301的竖直导轨通过石墨减磨，以提高第一阀门303和第二阀门304的使用寿命，减轻对第一阀门303和第二阀门304磨损。
70.在本发明的另一些实施例中，容纳架307与环境箱301为分体式结构，即容纳架307为开设有竖直导轨的框架，容纳架307固定于环境箱301的箱壁，当容纳架307产生磨损时，
便于更换容纳架307。
71.为了优化上述技术方案，接触单元300还包括泄压阀3013，泄压阀3013设置于环境箱301的外表面，用于维持环境箱301内的压力，同时能够通过更改泄压阀3013的工作状态，改变试验条件，从而获得更多的实验结果，以全面评估发动机钛火的影响因素。
72.为了优化上述技术方案，接触单元300还包括气体控制单元3014，气体控制单元3014与环境箱301相连通，用于向环境箱301内通入不同类型的气体，比如燃气或特殊气氛配比的气体，通过改变通入环境箱301的气体的类型，改变试验条件，从而获得更多的实验结果，以全面评估发动机钛火的影响因素。
73.进一步地，气体控制单元3014为能够通进环境箱301内部的管道，环境箱301上开设有用于使管道通过的开孔。
74.进一步地，在能量单元103开始工作前，气体控制单元3014将气体通入环境箱301能够使环境箱301处于预定压力下，通过改变环境箱301内的压力，改变试验条件，从而获得更多的实验结果，以全面评估发动机钛火的影响因素。
75.为了优化上述技术方案，收集单元400包括管路401和盛装件402，管路401的第一端与环境箱301相连通，管路401的第二端与盛装件402相连通，运动试样501离开环境箱301后进入管路401，并落入盛装件402内。
76.进一步地，管路401的第一端与第三通孔3012相连通，运动试样501从第三通孔3012处离开环境箱301后进入管路401，并通过管路401的第二端进入盛装件402。管路401为90
°
弯管，运动试样501在管路401的转弯处与管路401发生碰撞，运动试样501的速度经碰撞缓冲降低。
77.在本发明的一些实施例中，盛装件402远离管路401的第二端的端面设置有用于使运动试样501出盛装件402的开孔和用于打开或关闭盛装件402的端盖，盛装件402靠近管路401的第二端的端面为密封端面。当需要将运动试样501取出盛装件402时，将端盖打开即可。
78.在本发明的另一些实施例中，盛装件402为一端开口的壳体，此开口设置于盛装件402靠近管路401的第二端的一端，此开口大于运动试样501的直径，以方便拿取运动试样501。
79.为了优化上述技术方案，钛火试验装置还包括支撑台面600，支撑台面600用于固定加速单元100、推出单元200、接触单元300和收集单元400。液压油缸302布置于环境箱301靠近支撑台面600边缘的一侧。管路401的折弯处沿支撑台面600向地面的方向折弯。
80.为了优化上述技术方案，在装载壳体101上设置有第一合页和第一偏心锁700，装载壳体101的密封盖为合页式密封盖，并通过第一偏心锁700旋转打开；在推出单元200上设置有第二合页和第二偏心锁701，用于打开和关闭推出单元200；在环境箱301上，与液压油缸302对称的端面，设置有以第三合页开合的门，并通过第三偏心锁702扣紧。
81.本发明具有如下优点：
82.(1)能够获得不同试验条件下的实验结果；
83.(2)能够全面评估发动机钛火的影响因素；
84.(3)试验环境安全性高。
85.需要说明的是，本发明提供的可用于钛火研究领域或其他领域，其他领域为除钛
火研究领域之外的任意领域。上述仅为示例，并不对本发明提供的钛火试验装置的应用领域进行限定。
86.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
87.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
88.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
89.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。