一种材料着火点试验考核装置及考核方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种材料着火点试验考核装置及考核方法，解决目前材料温度性能数据有限，并且现有的金属点燃试验无法提供高温高压富氧条件，使得材料着火点难以得到验证的问题。一种材料着火点试验考核装置，包括依次连通的燃气发生器、水冷段、试片夹持段、监测段以及工艺喷管；燃气发生器用于为待考核试片提供高温高压的富氧燃气；水冷段的大于等于600mm，用于提升燃气的均匀性；水冷段和监测段上均设置有温度传感器和压力传感器，用于监测待考核试片前后方的温度、压力及压力波动情况；工艺喷管用于控制所述富氧燃气的来流压力；水冷段、试片夹持段、监测段以及工艺喷管均采用高温合金材质。

【技术实现步骤摘要】
一种材料着火点试验考核装置及考核方法
本专利技术属于材料性能试验考核装置，具体涉及一种材料着火点试验考核装置及考核方法。
技术介绍
液体火箭发动机中，某些部件(例如燃气路结构的各个组件：燃气管路、涡轮静子和转子等)工作在高温环境中，随着发动机性能要求的提高(例如：高性能液氧煤油补燃循环发动机)，发动机部件的工作环境也随之变得更加严苛，工作温度也面临新的挑战。为了适应更为严苛的工作环境，提升发动机的性能需建立在研究人员掌握高温环境下各部件所用材料性能的基础上，但目前材料的温度性能数据已无法为新型发动机的研究提供强大的数据支撑，并且现有的金属点燃试验无法提供高温高压富氧条件，使得材料的着火点难以得到验证。因此，亟需设计一种新的材料着火点试验考核装置，全面考核材料的耐温极限，检查其是否满足相应温度下工作的要求，确保发动机材料选型的有效性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前材料温度性能数据有限，并且现有的金属点燃试验无法提供高温高压富氧条件，使得材料着火点难以得到验证的问题，而提供了一种材料着火点试验考核装置及考核方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：一种材料着火点试验考核装置，其特殊之处在于，包括依次连通的燃气发生器、水冷段、试片夹持段、监测段以及工艺喷管；所述燃气发生器用于为待考核试片提供高温高压的富氧燃气；所述水冷段的长度大于等于600mm，用于提升燃气的均匀性，理论上来说，长度越长，燃气流场越均匀，但是身部越长，固定越麻烦，整个装置成本会增加，因此长度控制在不低于600mm即可；所述水冷段和监测段上均设置有温度传感器和压力传感器，用于监测待考核试片前后方的燃气温度、压力及压力波动情况；所述工艺喷管用于控制所述富氧燃气的来流压力，可通过更换不同喉部尺寸的工艺喷管来改变来流压力；所述水冷段、试片夹持段、监测段以及工艺喷管均采用高温合金材质。进一步地，为了考核材料在高温高压燃气冲刷环境中的耐温极限与性能，所述燃气发生器提供的富氧燃气温度为800K～900K、压力为12～16MPa、氧含量高于89％、流速为100～500m/s，考核范围较广。优选地，为了进一步提升燃气的均匀性，所述水冷段包括相互连通的两节水冷燃气管；所述水冷燃气管包括燃气通道、分别设置在燃气通道两端的第一法兰和第二法兰，以及设置在燃气通道侧壁上的冷却工质入口管接头和冷却工质出口管接头，其中，冷却工质入口管接头靠近第二法兰，冷却工质出口管接头靠近第一法兰；在冷却工质入口管接头与燃气通道的连接处设置有冷却工质入口集液腔，在冷却工质出口管接头与燃气通道的连接处设置有冷却工质出口集液腔；燃气通道侧壁中设置有沿燃气通道轴向延伸的多个冷却通道，所述冷却通道的一端通过所述冷却工质入口集液腔与冷却工质入口管接头连通，另一端通过所述冷却工质出口集液腔与冷却工质出口管接头连通；所述冷却工质入口管接头与冷却工质入口集液腔的连通部位、所述冷却工质出口管接头与冷却工质出口集液腔的连通部位，均设置有用于过渡连接和均流的栅格结构；所述栅格结构的厚度大于等于5mm。当然，也可只采用一节满足长度要求的水冷燃气管。优选地，为了便于安装温度传感器和压力传感器，所述燃气通道的外壁上还设置有若干燃气温度与压力测试接口；所述冷却通道在燃气温度与压力测试接口处，为环向连通；为了避免了法兰局部温度过高，所述冷却工质入口集液腔一部分位于所述冷却工质入口管接头的出口端，一部分位于所述第二法兰内；所述冷却工质出口集液腔一部分位于所述冷却工质出口管接头的入口端，一部分位于所述第一法兰内；所述冷却工质入口集液腔和冷却工质出口集液腔处的燃气通道的内壁厚度，大于所述冷却通道处的燃气通道的内壁厚度。优选地，为了使得冷却工质流动更加均匀，提高冷却效果，所述冷却工质入口管接头上靠近第二法兰处的内壁与燃气通道内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角a1、所述冷却工质出口管接头上靠近第一法兰处的内壁与燃气通道内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角均小于等于40°；所述冷却工质入口集液腔与冷却工质出口集液腔结构相同，均为截面渐变式腔体，从法兰端向燃气通道中部划分为依次连通的大腔、中腔和小腔；所述小腔的外壁与燃气通道的内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角a3小于等于40°，小腔的内壁与燃气通道的内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角a4小于等于20°，中腔的外壁与燃气通道的内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角a2小于等于30°；所述冷却通道在所述燃气温度与压力测试接口外侧处的断面与冷却通道底面之间的夹角a6小于等于45°；所述燃气温度与压力测试接口外周整体呈圆台结构，所述圆台结构外壁与燃气通道内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角a5小于等于45°。优选地，所述冷却工质入口管接头的入口端截面为圆形，出口端截面为椭圆形，且椭圆形长轴沿燃气通道外壁轴向设置，从入口端到出口端的形状渐变且光滑过渡；所述冷却工质出口管接头的入口端截面为椭圆形，且椭圆形长轴沿燃气通道外壁轴向设置，出口端截面为圆形，从入口端到出口端的形状渐变且光滑过渡；所述冷却工质入口集液腔和冷却工质出口集液腔均为环形腔。优选地，所述试片夹持段包括试片安装台以及压板；为了避免燃气外泄，发生事故，所述试片安装台密封安装在水冷段与监测段之间，其内部沿轴向设置有燃气流道，其中段沿径向设置有待考核试片安装槽；为了降低流阻，试片安装台的内壁由燃气入口端向所述安装槽处圆弧过渡，流道截面积逐渐缩小；所述压板为圆环状，其设置在试片安装台内腔并将待考核试片压紧(即由试片安装台燃气出口端进入试片安装台内腔将待考核试片压紧)。试片形状可根据需要设计，也可在试片表面喷涂涂层，考核涂层性能，试片两端留有安装端，安装端可不涂覆涂层，以保证两端的安装尺寸，方便安装。优选地，所述压板周向与试片安装台内壁采用螺纹配合，通过旋入方式压紧待考核试片，且压板靠近燃气出口端的端面上开设有卡槽，便于使用工装进拧紧与拆卸；所述压板有两件，利用双道螺纹进行防松，沿轴向依次压紧待考核试片；为了节省试验成本，通过调节安装槽以及待考核试片的尺寸，使得所述安装槽上同时沿径向安装多个待考核试片，进而满足一次试验考核多片试片的目的。优选地，所述水冷燃气管通过3D打印整体成型；所述工艺喷管采用水冷方式，其内外壁之间为铣槽结构，有利于重复使用。同时，本专利技术还提供了采用上述材料着火点试验考核装置的考核方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)将待考核试片固定安装在试片夹持段内，并将材料着火点试验考核装置组装到位；2)将组装好的所述考核装置安装在试验台上，进行试前检查；3)启动所述考核装置，对所述试片进行考核试验，记录所述试片前后的燃气温度、压力及压力波动情况；4)试验完成，待考核装置冷却，将试片夹持段从水冷段与监测段之间拆卸，取出已考核的试片；5)对已考核的试片进行检查，获得材料着火点试验相应数据，该试片考核完成。如果要进行考核的试片较多，还包括以下步骤:6)将另一批待考核试片固定安装在试片夹持段内，并将试片夹持段重新安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料着火点试验考核装置，其特征在于：包括依次连通的燃气发生器(1)、水冷段(2)、试片夹持段(3)、监测段(4)以及工艺喷管(5)；/n所述燃气发生器(1)用于为待考核试片(11)提供高温高压的富氧燃气；/n所述水冷段(2)的长度大于等于600mm；/n所述水冷段(2)和监测段(4)上均设置有温度传感器和压力传感器，用于监测待考核试片(11)前后方的燃气温度、压力及压力波动情况；/n所述工艺喷管(5)用于控制所述富氧燃气的来流压力；/n所述水冷段(2)、试片夹持段(3)、监测段(4)以及工艺喷管(5)均采用高温合金材质。/n

【技术特征摘要】
1.一种材料着火点试验考核装置，其特征在于：包括依次连通的燃气发生器(1)、水冷段(2)、试片夹持段(3)、监测段(4)以及工艺喷管(5)；
所述燃气发生器(1)用于为待考核试片(11)提供高温高压的富氧燃气；
所述水冷段(2)的长度大于等于600mm；
所述水冷段(2)和监测段(4)上均设置有温度传感器和压力传感器，用于监测待考核试片(11)前后方的燃气温度、压力及压力波动情况；
所述工艺喷管(5)用于控制所述富氧燃气的来流压力；
所述水冷段(2)、试片夹持段(3)、监测段(4)以及工艺喷管(5)均采用高温合金材质。


2.根据权利要求1所述的材料着火点试验考核装置，其特征在于：所述燃气发生器(1)提供的富氧燃气温度为800K～900K、压力为12～16MPa、氧含量高于89％、流速为100～500m/s。


3.根据权利要求1～2任一所述的材料着火点试验考核装置，其特征在于：所述水冷段(2)包括相互连通的两节水冷燃气管(6)；
所述水冷燃气管(6)包括燃气通道(20)、分别设置在燃气通道(20)两端的第一法兰(14)和第二法兰(18)，以及设置在燃气通道(20)侧壁上的冷却工质入口管接头(17)和冷却工质出口管接头(21)，其中，冷却工质入口管接头(17)靠近第二法兰(18)，冷却工质出口管接头(21)靠近第一法兰(14)；
在冷却工质入口管接头(17)与燃气通道(20)的连接处设置有冷却工质入口集液腔(19)，在冷却工质出口管接头(21)与燃气通道(20)的连接处设置有冷却工质出口集液腔(15)；
燃气通道(20)侧壁中设置有沿燃气通道(20)轴向延伸的多个冷却通道(16)，所述冷却通道(16)的一端通过所述冷却工质入口集液腔(19)与冷却工质入口管接头(17)连通，另一端通过所述冷却工质出口集液腔(15)与冷却工质出口管接头(21)连通；
所述冷却工质入口管接头(17)与冷却工质入口集液腔(19)的连通部位、所述冷却工质出口管接头(21)与冷却工质出口集液腔(15)的连通部位，均设置有用于过渡连接和均流的栅格结构(23)；所述栅格结构(23)的厚度大于等于5mm。


4.根据权利要求3所述的材料着火点试验考核装置，其特征在于：
所述燃气通道(20)的外壁上还设置有若干燃气温度与压力测试接口(22)；所述冷却通道(16)在燃气温度与压力测试接口(22)处，为环向连通；
所述冷却工质入口集液腔(19)一部分位于所述冷却工质入口管接头(17)的出口端，一部分位于所述第二法兰(18)内；所述冷却工质出口集液腔(15)一部分位于所述冷却工质出口管接头(21)的入口端，一部分位于所述第一法兰(14)内；
所述冷却工质入口集液腔(19)和冷却工质出口集液腔(15)处的燃气通道(20)的内壁厚度，大于所述冷却通道(16)处的燃气通道(20)的内壁厚度。


5.根据权利要求4所述的材料着火点试验考核装置，其特征在于：
所述冷却工质入口管接头(17)上靠近第二法兰(18)处的内壁与燃气通道(20)内壁沿两者共同轴向断面之间的夹角a1、所述冷却工质出口管接头(21)上靠近第一法兰(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑，李娟，张晟，秦红强，李鹏飞，陈园飞，杨永红，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61