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原文传递一种钛合金燃烧试验装置及其试验方法

专利名称：	一种钛合金燃烧试验装置及其试验方法
摘要：	本发明属于航空发动机技术领域，涉及一种钛合金燃烧试验装置及其试验方法。该试验装置包括燃烧室、光纤激光器、供气管、排气管、气瓶组、质量流量控制器、单向阀、气体加热器、进气阀、压力控制阀、排气阀、摄像机、红外温度传感器、压力传感器、热电偶、试样加热装置、试样夹具和计算机等。采用气瓶组作为气源，气体加热器对气体进行加热，质量流量控制器和压力控制阀控制燃烧室压力，试样加热装置对试样进行加热，光纤激光器对试样进行点燃，可实现气体温度为500～600℃、压力为1.0～1.5MPa及试样温度为600～900℃的模拟条件的钛合金材料/构件燃烧试验，采用计算机程序控制点火时间等试验参数，试验精度更高。该试验装置结构紧凑，安装方便，试验成本低，能够满足目前和未来航空发动机钛合金燃烧特性评价的迫切需求，应用前景广泛。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国航发北京航空材料研究院
发明人：	弭光宝;陈航;黄旭;李培杰;曹春晓
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910299340.1
公开号：	CN110161175A
代理机构：	中国航空专利中心
代理人：	仉宇
分类号：	G01N31/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N31
申请人地址：	100095 北京市海淀区北京市81号信箱科技发展部
主权项：	1.一种钛合金燃烧试验装置，该钛合金燃烧试验装置包括燃烧室(1)、激光器(2)、供气组件、排气组件、摄像机(12)、温度传感器(13)、压力传感器(14)、热电偶(15)、试样加热装置(16)、试样夹具(17)和计算机控制单元(26)；试样加热装置用于加热试样；燃烧室(1)为封闭腔体，腔体内设置有放置试样的试样夹具(17)；所述封闭腔体上部设置有激光入射窗和观察窗，激光入射窗和观察窗均位于试样夹具的上方；计算机控制单元(26)对温度传感器(13)、压力传感器(14)和热电偶(15)进行数据采集，对激光器(2)、供气组件、排气组件和试样加热装置(16)进行控制；所述封闭腔体分别与供气组件和排气组件连通，供气组件用于向燃烧室提供助燃气体(尤其是氧气和/或空气或两者混合气)，排气组件用于燃烧室排气；燃烧室设置有所述压力传感器(14)和温度传感器(13)，用于检测封闭腔体内的气体压力和温度；燃烧室设置有所述热电偶(15)，用于检测试样的温度；观察窗上方设置有摄像机，用于拍摄试样；激光入射窗用于射入激光。 2.如权利要求1所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：试样夹具(17)固定在燃烧室(1)封闭腔体内，用于固定安装试样(18)；供气管(3)和排气管(4)分别连通于燃烧室(1)的两侧。 3.如权利要求2所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：供气组件包括供气管(3)、气瓶组(5)、质量流量控制器(6)、单向阀(7)、气体加热器(8)和进气阀(9)；气瓶组(5)、质量流量控制器(6)、单向阀(7)、气体加热器(8)和进气阀(9)依次串联，进气阀(9)通过供气管(3)连通到燃烧室。 4.如权利要求3所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：排气组件包括排气管(4)、压力控制阀(10)和排气阀(11)；压力控制阀(10)和排气阀(11)并联并通过排气管(4)连通燃烧室。 5.如权利要求4所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：试样加热装置(16)包括正负电极、导线和直流脉冲电源，直流脉冲电源的正极、负极通过导线穿过燃烧室壳体连接到电极，正负电极位于封闭腔体内，正负电极分别连接在试样两端。 6.如权利要求5所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：压力传感器(14)和热电偶(15)安装在燃烧室(1)壳体上，探测端伸入燃烧室(1)腔体内，测量燃烧室的气体压力和温度；温度传感器(13)通过螺纹连接到燃烧室(1)壳体上，位于试样(18)的正上方，探测端正对试样(18)，测量试样(18)的温度。 7.如权利要求6所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：计算机控制单元(26)对温度传感器(13)、压力传感器(14)和热电偶(15)进行数据采集，对激光器(2)、质量流量控制器(6)、气体加热器(8)、压力控制阀(10)和试样加热装置(16)进行控制。 8.如权利要求7所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：激光器(2)为光纤激光器；更优选地，热电偶(15)可以替换为红外温度传感器。 9.如权利要求8所述的一种钛合金燃烧试验装置，其特征在于：所述试样夹具(17)包括绝缘杆(22)、锁紧螺钉(23)、试样固定螺钉(24)和法兰(25)；铜电极(21)的一端具有一圆孔，套在绝缘杆(22)上，可绕着绝缘杆(22)转动，并能够由锁紧螺钉(23)锁紧固定在绝缘杆(22)上，铜电极(21)的另一端具有一矩形槽，能够安装试样(18)，并通过试样固定螺钉(24)对试样(18)进行固定，使试样(18)贴紧在矩形槽中；两个铜电极(21)分别与试样加热装置(16)的正负极电连接，两个铜电极(21)分别对应试样(18)的两端；绝缘杆(22)通过螺纹连接在法兰(25)上(优选地，绝缘杆材料为陶瓷)；法兰(25)安装在燃烧室(1)封闭内腔中。 10.一种采用上述权利要求1-9之一钛合金燃烧试验装置的试验方法，包含如下步骤： (1)打开激光器电源，激光器发出定位红光，红光经激光入射窗口射入燃烧室腔体； (2)将试样固定在试样夹具上，试样夹具伸入燃烧室中，调整试样夹具使试样呈水平状态，同时使激光器发出的红光照射到试样表面的待点火区域，固定试样夹具； (3)打开控制计算机控制单元，设置试验参数，包括试样温度(600～900℃)、燃烧室内气体压力(1.0～1.5MPa)、燃烧室内气体温度(500～600℃)和点火时间(1～10s)； (4)打开排气阀、气瓶组减压阀和进气阀，气路通气； (5)关闭排气阀，计算机控制单元采集各传感器数据，通过与设置的试验参数进行对比，自动控制试样加热装置、压力控制阀、质量流量控制器和气体加热器，使试验状态与设置试验参数一致； (6)待试样温度、燃烧室内气体压力和温度达到设置值并稳定5～10s后，开启摄像机和光纤激光器，经过预先设定的点火时间后计算机控制单元关闭光纤激光器，结束点火； (7)试样燃烧结束后，关闭摄像机、试样加热装置和气体加热器，关闭气瓶组减压阀和进气阀，停止供气，开启排气阀，进行排气； (8)排气结束，试样充分冷却后拆下试样夹具，取下试样。
所属类别：	发明专利