一种大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置

本发明涉及陶瓷材料抗热冲击性能测试研究领域，尤其涉及一种大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置。

背景技术：

1、高温陶瓷材料因其在高温、有氧等苛刻环境条件下的良好物理和化学稳定性而备受关注。目前的研究指出，高温陶瓷材料是最有望满足高超声速飞行器热防护性能需求的材料之一。

2、然而，由于高温陶瓷材料固有的脆性，其抗热冲击性能相对较差，而热冲击是导致陶瓷材料破坏的主要原因之一。因此，抗热冲击性能成为评价陶瓷材料性能的关键指标。目前，对陶瓷材料抗热冲击性能的研究主要以实验为主，而淬火剩余强度是最常用的试验方法。然而，在实际使用中，高超声速飞行器主要受到气体冲刷热冲击，且只有材料的外侧面遭受热冲击。在长时间的大气层机动飞行中，升温热冲击或降温热冲击常常由于气动加热引起，而目前对于这种环境下材料抗热冲击性能的研究相对不足。因此，研究更符合实际使用条件的陶瓷材料抗热冲击性能变得非常重要。在传统超高温材料抗热冲击性能试验中，营造目标高温温度场环境需要的时间很长(实现1600℃以上环境通常>3h)，一般一次只能对一个试件进行试验，也不能实现较大试件的热冲击试件，而且无法实现高温气体冲刷试验，远不能满足当前对超高温材料抗热冲击性能的研究和评价要求。为此，有必要提出一种能实现高温气体冲刷、能实现批量热冲击、能实现大试件热冲击、试验效率更高的试验装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能实现高温气体冲刷、能实现批量热冲击、能实现大试件热冲击、试验效率更高的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，包括密封的一工位石墨炉、二工位石墨炉和三工位石墨炉，一工位石墨炉、二工位石墨炉和三工位石墨炉由下往上依次设置，一工位石墨炉、二工位石墨炉的内部设置有连通的竖向加热通道，二工位石墨炉与三工位石墨炉通过热冲击气道连通，热冲击气道上设置有插板阀；竖向加热通道内还设置有竖向内推杆机构，一工位石墨炉的底部设置有竖向送料机构，竖向送料机构带动竖向内推杆机构上下移动；一工位石墨炉与二工位石墨炉之间的竖向加热通道上还设置有加热通道隔断机构，加热通道隔断机构可以对一工位石墨炉与二工位石墨炉进行隔断。

4、进一步地，一工位石墨炉包括第一加热电阻丝、下进料口和两处第一出气阀，第一加热电阻丝呈筒状盘绕设置在竖向加热通道外部，两处第一出气阀设置在二工位石墨炉的底部；二工位石墨炉包括有第二加热电阻丝和三处第二出气阀；第二加热电阻丝呈筒状盘绕设置在竖向加热通道外部，三处第二出气阀设置在二工位石墨炉的顶部；三工位石墨炉包括有第三加热电阻丝、上进料口和两处第三出气阀，第三加热电阻丝呈筒状盘绕设置在竖向加热通道外部，两处第三出气阀设置在三工位石墨炉的顶部。

5、进一步地，还包括有高温气体冲刷工装，高温气体冲刷工装包括有上试件板、下试件板和若干双头螺杆，下试件板与双头螺杆的一端螺纹连接，上试件板通过双头螺杆和螺母连接；上试件板、下试件板上设置有若干组对应的小试件孔，下试件板上还设置有与热冲击气道配合的出气孔；上试件板上还设置有锥形导气部，锥形导气部的锥形部朝向热冲击气道的上端。

6、进一步地，竖向送料机构包括竖向送料管、推筒、外推杆、竖向推块、竖向丝杆和竖向电机，竖向送料管安装在一工位石墨炉内部，推筒贯穿设置在竖向送料管内，推筒上端与竖向内推杆机构连接，推筒下端与外推杆连接，外推杆与竖向推块固定连接，竖向推块与竖向丝杆螺纹连接，竖向丝杆与竖向电机的输出轴连接；竖向推块上固定有两处导向滑块，每处导向滑块连接有导向滑轨。

7、进一步地，竖向内推杆机构包括有内推杆、大试件拖盘和加热通道塞体，大试件拖盘固定在内推杆的顶部，内推杆的底部与竖向送料机构连接，加热通道塞体设置在内推杆的中上侧；加热通道塞体运动至最高处时，加热通道塞体对竖向加热通道进行隔断。

8、进一步地，内推杆上设置有阶梯部，阶梯部上设置有小试件工装，小试件工装包括有上托板和下托板，上托板和下托板通过若干托板连接柱连接，上托板、下托板上还设置有与内推杆配合的托板孔。

9、进一步地，加热通道隔断机构径向设置，加热通道隔断机构包括有隔断块、径向内推杆、径向外推杆、径向移动块、隔断丝杆和隔断电机，一工位石墨炉上设置有径向隔断孔，径向隔断孔与竖向加热通道连通，隔断块可以在径向隔断孔内径向移动，隔断块与径向内推杆连接，径向内推杆与径向外推杆连接，径向外推杆与径向移动块连接，径向移动块与隔断丝杆螺纹连接，隔断丝杆与隔断电机的输出轴连接；隔断块完全遮盖竖向加热通道。

10、进一步地，一工位石墨炉、二工位石墨炉和三工位石墨炉上均设置有热电偶测温机构和红外测温机构。

11、进一步地，热电偶测温机构包括热电偶传感器、热电偶移动块、热电偶丝杆和热电偶电机，热电偶传感器与的检测端贯穿至竖向加热通道的旁侧，热电偶传感器与的伸出端连接有热电偶移动块，热电偶移动块与热电偶丝杆螺纹连接，热电偶丝杆与热电偶电机的输出端连接；红外测温机构包括测温管、红外测温传感器和传感器支架，测温管的检测端贯穿至竖向加热通道的旁侧，红外测温传感器通过传感器支架固定在测温管的伸出端。

12、进一步地，一工位石墨炉上设置有内陷观察窗；一工位石墨炉的顶部设置有上出气管，三工位石墨炉的底部设置有下进气管。

13、本发明的有益效果为：

14、本发明的一工位石墨炉、二工位石墨炉可以进行大试件的热冲击试验，三工位石墨炉配合热冲击气道可以实现小试件的高温气体冲刷试验。

15、本发明一工位石墨炉、二工位石墨炉之间设置有连通的竖向加热通道，竖向加热通道上设置有加热通道隔断机构，加热通道隔断机构可以通过隔断竖向加热通道，从而实现一工位石墨炉、二工位石墨炉的温度隔断，从而使一工位石墨炉、二工位石墨炉各自进行升温预热，保证一工位石墨炉、二工位石墨炉的炉内温度不发生热交换，一工位石墨炉、二工位石墨炉各自形成稳定的炉内冲击试验环境。同时竖向内推杆机构的内推杆上设置有加热通道塞体，当试件、大试件拖盘和小试件工装进入二工位石墨炉后，加热通道塞体可以对竖向加热通道再次进行隔断，从而保证热冲击试验的效果，提高热冲击试验的准确性。

16、本发明三工位石墨炉内设置有高温气体冲刷工装，高温气体冲刷工装的底部对应热冲击气道的出口侧，经过一工位石墨炉和二工位石墨炉加热升温的实验气体介质，可以对高温气体冲刷工装上的小试件进行冲刷，从而实现对小试件的高温气体冲刷试验。

技术特征：

1.一种大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，包括密封的一工位石墨炉(1)、二工位石墨炉(2)和三工位石墨炉(3)，所述一工位石墨炉(1)、二工位石墨炉(2)和三工位石墨炉(3)由下往上依次设置，所述一工位石墨炉(1)、二工位石墨炉(2)的内部设置有连通的竖向加热通道(14)，所述二工位石墨炉(2)与三工位石墨炉(3)通过热冲击气道(23)连通，所述热冲击气道(23)上设置有插板阀(5)；

2.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，还包括有高温气体冲刷工装(34)，所述高温气体冲刷工装(34)包括有上试件板(341)、下试件板(342)和若干双头螺杆(343)，所述下试件板(342)与双头螺杆(343)的一端螺纹连接，所述上试件板(341)通过双头螺杆(343)和螺母(344)连接；所述上试件板(341)、下试件板(342)上设置有若干组对应的小试件孔(3411)，所述下试件板(342)上还设置有与热冲击气道(23)配合的出气孔(3421)；所述上试件板(341)上还设置有锥形导气部(345)，所述锥形导气部(345)的锥形部朝向热冲击气道(23)的上端。

4.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述竖向送料机构(4)包括竖向送料管(40)、推筒(41)、外推杆(42)、竖向推块(43)、竖向丝杆(44)和竖向电机(45)，所述竖向送料管(40)安装在一工位石墨炉(1)内部，所述推筒(41)贯穿设置在竖向送料管(40)内，所述推筒(41)上端与竖向内推杆机构(6)连接，所述推筒(41)下端与外推杆(42)连接，所述外推杆(42)与竖向推块(43)固定连接，所述竖向推块(43)与竖向丝杆(44)螺纹连接，所述竖向丝杆(44)与竖向电机(45)的输出轴连接；所述竖向推块(43)上固定有两处导向滑块(47)，每处所述导向滑块(47)连接有导向滑轨(46)。

5.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述竖向内推杆机构(6)包括有内推杆(61)、大试件拖盘(62)和加热通道塞体(63)，所述大试件拖盘(62)固定在内推杆(61)的顶部，所述内推杆(61)的底部与竖向送料机构(4)连接，所述加热通道塞体(63)设置在内推杆(61)的中上侧；所述加热通道塞体(63)运动至最高处时，所述加热通道塞体(63)对竖向加热通道(14)进行隔断。

6.根据权利要求5所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述内推杆(61)上设置有阶梯部(611)，所述阶梯部(611)上设置有小试件工装(64)，所述小试件工装(64)包括有上托板(641)和下托板(642)，所述上托板(641)和下托板(642)通过若干托板连接柱(643)连接，所述上托板(641)、下托板(642)上还设置有与内推杆(61)配合的托板孔(644)。

7.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述加热通道隔断机构(7)径向设置，所述加热通道隔断机构(7)包括有隔断块(71)、径向内推杆(72)、径向外推杆(73)、径向移动块(74)、隔断丝杆(75)和隔断电机(76)，所述一工位石墨炉(1)上设置有径向隔断孔(15)，所述径向隔断孔(15)与竖向加热通道(14)连通，所述隔断块(71)可以在径向隔断孔(15)内径向移动，所述隔断块(71)与径向内推杆(72)连接，所述径向内推杆(72)与径向外推杆(73)连接，所述径向外推杆(73)与径向移动块(74)连接，所述径向移动块(74)与隔断丝杆(75)螺纹连接，所述隔断丝杆(75)与所述隔断电机(76)的输出轴连接；所述隔断块(71)完全遮盖竖向加热通道(14)。

8.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述一工位石墨炉(1)、二工位石墨炉(2)和三工位石墨炉(3)上均设置有热电偶测温机构(8)和红外测温机构(9)。

9.根据权利要求8所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述热电偶测温机构(8)包括热电偶传感器(81)、热电偶移动块(82)、热电偶丝杆(83)和热电偶电机(84)，所述热电偶传感器(81)与的检测端贯穿至竖向加热通道(14)的旁侧，所述热电偶传感器(81)与的伸出端连接有热电偶移动块(82)，所述热电偶移动块(82)与热电偶丝杆(83)螺纹连接，所述热电偶丝杆(83)与热电偶电机(84)的输出端连接；所述红外测温机构(9)包括测温管(91)、红外测温传感器(92)和传感器支架(93)，所述测温管(91)的检测端贯穿至竖向加热通道(14)的旁侧，所述红外测温传感器(92)通过传感器支架(93)固定在测温管(91)的伸出端。

10.根据权利要求1所述的大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，其特征在于，所述一工位石墨炉(1)上设置有内陷观察窗(10)；所述一工位石墨炉(1)的顶部设置有上出气管(101)，所述三工位石墨炉(3)的底部设置有下进气管(102)。

技术总结
本发明公开了一种大跨度初始温度下的高温气体冲刷热冲击试验装置，包括密封的一工位石墨炉、二工位石墨炉和三工位石墨炉，一工位石墨炉、二工位石墨炉的内部设置有连通的竖向加热通道，二工位石墨炉与三工位石墨炉通过热冲击气道连通，热冲击气道上设置有插板阀；竖向加热通道内还设置有竖向内推杆机构，竖向内推杆机构连接有竖向送料机构；一工位石墨炉与二工位石墨炉之间的竖向加热通道上还设置有加热通道隔断机构。本发明的一工位石墨炉、二工位石墨炉可以进行大试件的热冲击试验，三工位石墨炉配合热冲击气道可以实现小试件的高温气体冲刷试验。

技术研发人员：傅田,李卫国,麻建坐,郑世风,史天姿,董攀,马艳丽,谭洪亮
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12