一种测试工具包括热源，以便能够通过自旋式试验台所施加的旋转来机械式地将热负荷负载到测试物体上。热源可以是一种石英灯，其被控制用于提供与机械负荷相比的具有不同的相位的热负荷。测试的循环周期可以根据测试物体确定，其中的碰撞冷却允许移除循环周期之间的热负荷。测试工具模拟燃气式涡轮发动机中的操作条件，以将实际的热疲劳和机械疲劳应力施加到测试部件上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在自旋式测试环境下燃气涡轮的回转体上产生热机械疲劳的系统和方法对相关申请的引用本申请要求于2008年6月20日提交的美国第61/132，686号临时专利申请的利 益，所述申请的全部教导通过引用并入本文。关于联邦政府所发起的研发的申明本专利技术是在政府所支持的由美国空军授予的第FA 8650-05-025 协议下进行 的。因此，政府享有本专利技术的某些权利。
技术介绍
现代的燃气涡轮的发动机的流动路径从风扇的输入端到低紊流的释放端上经历 了一系列的轴向上的温度变化。由于流动路径是一种近似封闭的系统，并与内置部件和外 部部件、刮片、翼片隔绝开，因此安装在系统中的圆盘的边缘在气体路径中的操作温度到达 2500 0F (表面温度)，在高涡流中的圆盘的边缘的温度为2500-3200 °F。相反地，位于流 动路径中的圆盘连接板和钻孔被定位在空腔中，通过旋转的迷宫式密封和压力平衡进行隔 绝，以防止热气体被吸入到发动机的内核中。精确设计的二次流系统使圆盘上的钻孔和传动轴保持在较低的温度，以限制刮片 半径的增长和使材料结构的性能最优化。维持和控制圆盘的边缘和钻孔之间的热梯度将会 控制瞬时的圆盘/刮片的增长和使顶部摩擦和合成的空气动力性能的损失最小。边缘-钻孔的热梯度表示的是附加的分应力与旋转力相结合。在许多情况下，热 应力分布可以超过机械应力。因此，在机械应力和热应力之间会存在相位滞后的情况。在 高涡轮中，圆盘上的钻孔越是隔绝的和厚重的，越是容易发生相位滞后。相位的问题也会受 到操作性能的影响，原因就在于，达到一定程度的功率操作确定了梯度的精度。这将产生一 种情况，即不同的操作人员会由于他们操作发动机的方式而可能会经历不一样的旋转部件 的寿命。结构性整体的人员面临尝试建立部件的寿命极限的挑战，同时改变弹性的/非弹 性的张力和材料行为。由于没有通用的材料测试的方法(在喷气式发动机的外部)，来自材 料的订货测试的数据是一些有限值，包括与实际的正在旋转的速度相同步的径向热梯度。 换句话说，目前没有模拟热疲劳和机械疲劳(TMF)的负载循环周期的方法。考虑到现有的与产生耐用性和寿命预测模式的相关测试，和全部的发动机的测试 费用(每一个都是6M+六百万)，没有一种用于实施代表性的TMF测试的具有成本效益的方 法是现实可用的。目前的部件设计方法也是非常昂贵的，通常要求进行若干次重复才能获 得“最好效果”的方案，因此，发动机工程需要增加数百万美元和数月的计划才能得以进行。此外，在发动机的发热部分中与故障有关的TMF是产生A类事故、低的总累计循环 周期(TAC)的有用寿命、故障中的平均时(MTBF)和维修中的平均时(MTBM)的关键因素。由 较好的测试所产生的在设计上的改进具有形成更为抗TMF的影响的部件的潜力，帮助更为 先进的发动机在发热部分达到4300TAC的寿命，并有助于传统发动机将发热部分的寿命延长到5000或者可能是6000TAC。部件的耐受力方面的所述的提高可以为美国空军在未来的 维修成本上节约数百万美元。结合的DOD (国防部)和经济市场节约可以达到数十亿美元。基于使用寿命系统的分析在部件的使用寿命的评估上具有不足，并导致增加操作 人员在替换部件时的经济负担。而且，现有的分析工具可以模仿发动机的部件和TMF负载， 所述的模仿分析的结果可能不足以预测物体的响应和受到通常被燃气式涡轮发动机所包 围的环境影响的材料。举例来说，构建所述的模式进行的假设和估计可能会对测试结果产 生夸大的和不能理解的影响。实际的测试结果和预想的结果之间的联系有时的变化非常 大，通常引导设计人员对发动机部件的预测的使用寿命进行详细的保守估计。商用和军用的发热部分的部件通常在特定数量的循环周期时间或者TAC后进行 更换，给定的发热部分的部件是额定的。这种部件的TAC的循环周期的特殊数量的确定是 部分基于特定的部件。人们通常相信，已经达到TAC的循环周期的特定数量的替换下来的 部件还具有额外有用的使用寿命。举例来说，由于在严格的TMF条件下所缺乏的关于材料 行为的知识所导致的发动保守性通常会导致对发热部分的旋转部件的较短的描述寿命。举 例来说，ERLE(发动机的回转体的使用寿命的延长)等工程需要通过更好的测试方法寻求 验证，当前的部件设计确实需要具有更长的使用寿命。可以预见，通过不用更早地更换部 件，每年将可以节约可观的成本。迄今为止，由于缺少能够复制发动机的热漂移的高热通量炉，TMF测试中的旋转凹 痕在某种程度上是不能实现的。现有技术中的测试已经与循环周期速度进行控制，但并非 是恒量梯度。恒量梯度通常与感应加热器或者阻抗元件的加热器一并产生。在涡轮发热部 分的部件中，边缘的温度可以达到2500 °F或者更高。
技术实现思路
根据本文所揭示的系统和方法，一种可控的，高热磁通量源将提供可以选定的高 热磁通量来把热负荷施加到测试物体上。测试物体可以定位在自旋式测试工具上，并且可 以经受通过施加在测试物体上的高的旋转速度所产生的机械负荷。根据一个实施方案，热 负荷和机械负荷被同步施加到测试物体上，以便在燃气式涡轮发动机的环境中有效地重复 操作条件。在测试条件下，在部件旋转的过程中，高热的磁通量源可以与部件进行紧密的连 接。可以控制的高热的磁通量源能够周期性地通过与旋转或者自旋周期相结合或者同步的 方式来将热负荷适用到部件上。举例来说，在测试中，热负荷和机械负荷可以施加到部件 上，这是通过将来自高热的磁通量源的高热磁通量应用到部件上，同时使部件以高的旋转 速度发生自旋来实现的。热负荷和机械负荷可以适用在不同的相位阶段中，而且可以施加 到不同的程度，以便在测试部件上重复产生实际的负载条件。举例来说，实际的负载条件可 以模拟在燃气式涡轮发动机中的负载条件，测试中的部件是涡轮回转体或者是为所述发动 机所模拟的涡轮回转体。根据可以效仿的实施方案，高热的磁通量源可以是一种石英灯，其与测试部件紧 密相连。石英灯可以提供定位的高热的磁通量，举例来说，在测试部件中的边缘部分中定位 的高热磁通量。可以控制石英灯以将高热的磁通量适用到测试部件的边缘部分上，或者在 相对紧密的环形中，从而在旋转的测试部件的径向方向上产生热梯度。提供给石英灯的能 量可以被调整用于产生所需要的高热磁通量来适用到测试部件上。石英灯的使用可以允许在测试部件上形成某种可以控制的梯度，根据需要用于提供灵活的和简化的测试环境，其 是可以施加的和可以移除地，以便将任意数量的热负荷和机械负荷适用到测试部件上。根据另外一个可以效仿的实施方案，可以将一种冷却液体源提供到测试工具上， 该冷却液体源可以适用到测试部件的热负荷和机械负荷上。冷却液体源可以提供碰撞的冷 却空气，举例来说，通过分布来控制测试工具中的温度或者热梯度，或者用于测试部件中。 可以在测试工具上的各种不同位置上提供冷却液体，或者在测试部件上提供冷却液体。举 例来说，在燃气式涡轮发动机的回转体的情况下，根据不同的几何分布，冷却液体可以引导 到边缘，连接板或者回转体的钻孔中。碰撞的冷却液体可以，举例来说，周期性地将热负荷 施加到测试部件上。根据另外一个可以效仿的实施方案，可以提供一种控制系统用于允许进行选定的 热负载和机械负载，以及周期性地施加到测试部件上。控制系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于在测试物体上产生联动的热负荷和机械负荷的系统，该系统包括：自旋式试验台，其用于支撑和自旋式测试物体以便能机械式地负荷到测试物体上；具有输出端的热源，其被热连接到测试物体的一部分上，以致从热源上施加到该部分上的热量能够在测试物体进行旋转的过程中在测试物体上形成热梯度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·瓦沃祖内克，
申请(专利权)人：测试设备公司，
类型：发明
国别省市：US
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