本发明专利技术公开一种燃气环境下的热障涂层热‑机械疲劳试验装置，包括安装套筒、万能试验机、试样加装件、火焰摆动部件与燃烧器。安装套筒内设置有试样加装件，试样加装件具有上下连接头，上下连接头由万能试验机上下夹具夹持；上下连接头之间固定试样；火焰摆动部件为由电机驱动摆动的火焰筒，安装于安装套筒端部，且使火焰筒位于安装套筒内；燃烧器产生高温燃气喷入火焰筒，由火焰筒出口喷向试样。通过控制火焰筒摆动，来控制高温燃气的方向，使试样的温度发生高低循坏变化，实现航空发动机涡轮叶片热障涂层在同时承受机械循环载荷和温度循环载荷情况下的疲劳寿命试验，为航空发动机寿命预估提供试验数据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机领域，涉及一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，具体是一种能够模拟航空发动机热端部件隔热涂层热-机械疲劳工作环境的试验装置。
技术介绍
航空发动机热端部件主要指燃烧室和涡轮组件。他们的工作环境非常恶劣，比如燃烧室能够产生温度高达1700℃的燃气，而它自身的温度也快接近材料的熔点。涡轮叶片是航空发动机的动力输出部件，它工作在高压、高温和高应力环境中。其外围的燃气温度已经超过了涡轮叶片所用材料的熔点。为了降低涡轮叶片的工作温度，需要在叶身设计气膜以及在叶片表面制备热障涂层。热障涂层能够隔离高温燃气和涡轮叶片基体，使用涂层材料较低的热导率使得叶片温度比燃气温度低。因此，涡轮叶片表面的热障涂层也承受了温度交变载荷和机械交变载荷。在热应力和机械应力共同作用下使得热障涂层提前剥落失效。热障涂层失效后将涡轮叶片基体直接暴露在高温燃气下，这将会大幅降低涡轮叶片的使用寿命。因此，研究热障涂层在高温和高应力同时存在的环境中的热-机械疲劳行为是研究带热障涂层涡轮叶片寿命的基础。典型的热障涂层系统主要由隔热陶瓷层和粘接层组成，其服役过程中在陶瓷层和粘接层界面之间会生长出一层几微米厚的氧化物层。由于陶瓷层、氧化物层和粘接层的热膨胀系数和杨氏模量相差较大，所以在热-机械交变载荷下氧化物层的附近会因应力集中而萌生疲劳裂纹。这些疲劳裂纹随着发动机服役时间的增长和生长，最后相邻裂纹连接使得热障涂层出现掉块剥落的现象。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，能够模拟航空发动机涡轮叶片表面热障涂层以高应力和高温度为特点的工作环境。1、一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，包括安装套筒、万能试验机、试样加装件、火焰摆动部件与燃烧器。所述安装套筒内设置有试样加装件，试样加装件具有上连接头与下连接头，上连接头与下连接头由万能试验机上夹具与下夹具夹持；上连接头与下连接头之间同轴固定安装试样。火焰摆动部件为由电机驱动摆动的火焰筒，安装于安装套筒端部，且使火焰筒位于安装套筒内。燃烧器用于稳定产生高温燃气，燃烧器的燃气出口与安装套筒内部连通，使高温燃气喷入到安装套筒内部，并进入火焰筒，由火焰筒出口喷向试样。通过控制火焰筒摆动，来控制高温燃气的方向，使试样的温度发生高低循坏变化，实现航空发动机涡轮叶片热障涂层在同时承受机械循环载荷和温度循环载荷情况下的疲劳寿命试验，为航空发动机寿命预估提供试验数据。本专利技术的优点在于：1、本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，能够通过简单的机械结构模拟高低温循环载荷的工作环境。2、本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，能够同时模拟机械循环载荷和温度循环载荷的工作环境，可用于研究分析航空发动机涡轮叶片的疲劳寿命。3、本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，简单可靠，易于操作。附图说明图1为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置整体结构示意图；图2为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中安装套筒分段设计结构示意图；图3为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中试样加装件的冷却通道设计方式示意图；图4为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中试样加装件外部结构示意图；图5为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中试样结构示意图；图6为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中火焰摆动部件结构示意图；图7为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中高温燃气喷射方式示意图；图8为本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置中火焰筒摆动时试样试验段外壁的温度场分布；图9为给定的机械疲劳载荷谱；图10为给定的热疲劳载荷谱。图中：1-安装套筒2-万能试验机3-试样加装件4-火焰摆动部件5-燃烧器6-高压风机7-试样301-上连接头302-下连接头303-火焰挡板304-进气管301a-上环形内腔301b-上气道302a-下环形内腔302b-下气道304a-进气管内腔304b-进气管气道401-火焰筒、、、与402-摆动驱动组件403-上进气管道404-下进气管道405-步进电机402a-摇臂402b-驱动杆402c-驱动板402d-摆动调节连杆701-试样内气道具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，包括安装套筒1、万能试验机2、试样加装件3、火焰摆动部件4、燃烧器5与高压风机6，如图1所示。所述安装套筒1通过支架支撑，轴线水平设置于万能试验机2的上夹具与下夹具之间。安装套筒1用于火焰摆动部件4及燃烧器5的安装。试样加装件3用于试样7的夹持固定；试样加装件3与其所夹持的试样7设计为一体化结构，即每个试样加装件3对应一试样7。试样加装件3包括上连接头301与下连接头302构成，如图2所示；其中上连接头301与下连接头302的固定端分别由万能试验机2的上夹具与下夹具夹持固定；上连接头301与下连接头302的夹持端之间用来固定安装试样7；且使上连接件301、下连接件302与试样7三者间同轴。试样加装件3内部设计有加装件冷却通道，用来冷却上连接头301与下连接头302，以及试样7，实现模拟发动机热端部件内冷外热的工作环境。如图3所示，冷却通道的设计方式为：在上连接头301内部周向上设计有上环形内腔301a，中心同轴设计有上气道301b，上气道301b与上环形内腔301a间通过沿上连接头301径向设计的通道连通。下连接头302内部周向上设计有下环形内腔302a，中心同轴设计有下气道302b，下气道302b与上环形内腔302a间通过沿下连接头302径向设计的通道连通。下连接头302侧壁安装有L型进气管304，进气管304周向上设计有环形进气管内腔304a，沿进气管304轴线设计有进气管气道304b。其中，环形进气管内腔304a与下环形内腔302a连通，进气管气道304b与下气道302b连通；同时在柱状试样7内，沿柱状试样7轴向设计有试样内气道701，试样内气道701与上气道301b和下气道302b连通。上环形内腔301a、上气道301b、试样内气道701、下气道302a、进气管气道304b共同构成一条完整的冷却通道A；环形进气管内腔304a与下环形内腔302b共同构成一条完整的冷却通道B。由此，由进气管304的进气端通入冷却气后，冷却气依次经进气管气道304b、下气道302a、试样内气道701、上气道301b与上环形内腔301a，实现为试样7及上连接头301的冷却。同时冷却气还依次经环形进气管内腔304a与下环形内腔302b，实现为下连接头302的冷却。上述上连接头301与下连接头302外壁开有排气孔分别与上环形内腔301a和下环形内腔302a连通，用于进入到上环形内腔301与下环形内腔302a内的冷却气排入主燃气，如图4所示；通过排气孔喷出的气流可以在上连接头301与下连接头302外壁面形成气膜，能有效降低上连接头301与下连接头302。上连接头301与下连接头302的固定端端部还设计有环形火焰挡板303，用来减少冷却气对安装套筒1内主燃气温度场的影响。本专利技术中根据国内一型航空发动机高压涡轮叶片前缘的几何形状，设计试本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃气环境下的热障涂层热‑机械疲劳试验装置，其特征在于：包括安装套筒、万能试验机、试样加装件、火焰摆动部件与燃烧器；所述安装套筒内设置有试样加装件，试样加装件具有上连接头与下连接头，上连接头与下连接头由万能试验机上夹具与下夹具夹持；上连接头与下连接头之间同轴固定安装试样；火焰摆动部件为由电机驱动摆动的火焰筒，安装于安装套筒端部，且使火焰筒位于安装套筒内；燃烧器用于稳定产生高温燃气，燃烧器的燃气出口与安装套筒内部连通，使高温燃气喷入到安装套筒内部，并进入火焰筒，由火焰筒出口喷向试样。
【技术特征摘要】
1.一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，其特征在于：包括安装套筒、万能试验机、试样加装件、火焰摆动部件与燃烧器；所述安装套筒内设置有试样加装件，试样加装件具有上连接头与下连接头，上连接头与下连接头由万能试验机上夹具与下夹具夹持；上连接头与下连接头之间同轴固定安装试样；火焰摆动部件为由电机驱动摆动的火焰筒，安装于安装套筒端部，且使火焰筒位于安装套筒内；燃烧器用于稳定产生高温燃气，燃烧器的燃气出口与安装套筒内部连通，使高温燃气喷入到安装套筒内部，并进入火焰筒，由火焰筒出口喷向试样。2.如权利要求1所述一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，其特征在于：试样加装件内部设计有加装件冷却通道，用来冷却上连接头与下连接头，以及试样。3.如权利要求2所述一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，其特征在于：加装件冷却通道的设计方式为：在上连接头内部周向上设计有上环形内腔，中心同轴设计有上气道，上气道与上环形内腔间通过沿上连接头径向设计的通道连通；下连接头内部周向上设计有下环形内腔，中心同轴设计有下气道，下气道与上环形内腔间通过沿下连接头径向设计的通道连通；下连接头侧壁安装有进气管，进气管周向上设计有环形进气管内腔，沿进气管轴线设计有进气管气道；其中，环形进气管内腔与下环形内腔连通，进气管气道与下气道连通；同时在试样内，沿试样轴向设计有试样内气道，试样内气道与上气道和下气道连通。4.如权利要求3所述一种燃气环境下的热障涂层热-机械疲劳试验装置，其特征在于：上连接头与下连接头外壁开有排气孔分别与上环形内腔和下环形...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐红宇，贾攀峰，杨洪伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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