CN106546503A - 一种干/湿气氛可调的材料抗冲刷性能的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法。所述检测方法组合了换热和燃烧两种加热方式，对形成的温度为300‑1000K的高温无水干空气和温度为1000‑2500K的高温含水气体进行不同比例的混合，形成含水量为1‑20%的高温试验气体，然后将所述高温试验气体由射流喷管喷出，对材料进行抗冲刷试验。本发明通过对产生的高温无水干空气和高温含水气体进行不同比例的混合形成干/湿气氛快速可调的试验环境对C‑SiC等复合材料的抗冲刷性能进行考核。

Description

一种干/湿气氛可调的材料抗冲刷性能的检测方法
技术领域
本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法。
背景技术
目前发动机复合材料抗氧化烧蚀性能的检测主要依靠电弧风洞和燃气风洞。由于电弧风洞采用电极加热纯净空气，因此气体中不含有H2O，无法进行含H2O环境下发动机材料的抗氧化烧蚀性能检测；燃气风洞采用燃烧碳氢燃料的方式产生高温气体，气体中含有大量的H2O，但其浓度远远超过了发动机复合材料考核的需求，且上述两种方式存在着调节气体成分困难，试验成本高的问题。
因此，模拟发动机材料服役的干/湿气氛可调的高温高速冲刷环境是解决发动机材料性能考核问题的关键所在。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，通过组合换热和燃烧两种加热方式，并通过不同的配比形成干/湿气氛快速可调的高温气体冲刷环境，对材料的抗氧化冲刷性能进行检测。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，所述检测方法组合了换热和燃烧两种加热方式，对形成的温度为300-1000K的高温无水干空气和温度为1000-2500K的高温含水气体进行不同比例的混合，形成含水量为1-20%的高温试验气体，然后将所述高温试验气体由射流喷管喷出，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，所述方法包括以下步骤：
（1）将高压空气分为两路，一路高压空气通入换热器中与燃料燃烧产生的高温烟气进行热量交换，形成300-1000K的高温无水干空气；另一路高压空气通入燃烧器中与O2、燃料混合并发生燃烧反应，形成温度为1000-2500K的高温含水气体；
（2）将步骤（1)中生成的所述高温无水干空气和所述高温含水气体比例进行混合形成含水量为1-20%的高温试验气体；
（3）将步骤（2）所述高温试验气体由射流喷管喷出，产生马赫数为0.1-6、温度为500-2000K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，步骤（1）中，所述燃料包括航空煤油、CH4或C3H8；
进一步地，在步骤（1）中，将高压油/气源或高压气源通入燃烧器的时，控制O2和高压空气流量均为40-4000kg/h；控制航空煤油流量为100-1000kg/h、CH4或C3H8流量分别为10-1000kg/h。
进一步地，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-6，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-6，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比3:1比例进行混合形成含水量为2-7%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-4，温度为500-1200K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:3比例进行混合形成含水量为10-15%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-6，温度为1000-2000K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为0.1-2，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
进一步地，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，并加入浓度为3-10%盐雾，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为0.1-2，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
本发明的有益技术效果：
本发明是组合了换热和燃烧两种加热方式，通过对产生的高温（300-1000K）无水干空气和高温（1000-2500K）含水气体进行不同比例的混合形成干/湿气氛快速可调的试验环境对C-SiC等复合材料的抗冲刷性能进行考核。
附图说明
图1是本发明所述干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法的流程示意图.
图中：1.燃烧器、2.空气换热器、3.射流喷管、4.试验段。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
如图1所示，一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将压力为15MPa的高压空气分为两路，一路高压空气通入空气换热器2中与燃料燃烧产生的高温烟气进行热量交换，形成500K的高温无水干空气；另一路高压空气通入燃烧器中与O2、燃料混合并发生燃烧反应，形成温度为1500K的高温含水气体，其中，将高压气源通入燃烧器的时，控制O2的流量为300kg/h、高压空气流量为600kg/h；控制CH4的流量为100kg/h。；
（2）将步骤（1)中生成的所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照1:1的比例进行混合，形成温度为1000K，含水量为10%的高温试验气体；
（3）将步骤（2）生成的所述高温试验气体由射流喷管3喷出，产生马赫数为4、温度为1000K的高速高温气体，对处于试验段4的试验材料（图中黑色区域为试验材料）进行抗冲刷试验。
实施例2
一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将压力为12MPa的高压空气分为两路，一路高压空气通入换热器中与燃料燃烧产生的高温烟气进行热量交换，形成800K的高温无水干空气；另一路高压空气通入燃烧器中与O2、燃料混合并发生燃烧反应，形成温度为1600K的高温含水气体，其中，将高压油/气源通入燃烧器的时，控制O2的流量为500kg/h、高压空气流量为600kg/h；控制航空煤油的流量为30kg/h；
（2）将步骤（1)中生成的所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照3:1的比例进行混合，形成温度为900K，含水量为4%的高温试验气体；
（3）将步骤（2）生成的所述高温试验气体由射流喷管喷出，产生马赫数为3、温度为900K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
实施例3
一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将压力为18MPa的高压空气分为两路，一路高压空气通入换热器中与燃料燃烧产生的高温烟气进行热量交换，形成1000K的高温无水干空气；另一路高压空气通入燃烧器中与O2、燃料混合并发生燃烧反应，形成温度为2500K的高温含水气体，其中，将高压油/气源通入燃烧器的时，控制O2的流量为800kg/h、高压空气流量为1000kg/h；控制航空煤油的流量为60kg/h。；
（2）将步骤（1)中生成的所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照1:3的比例进行混合，形成温度为2000K，含水量为15%的高温试验气体；
（3）将步骤（2）生成所述高温试验气体由射流喷管喷出，产生马赫数为5、温度为2000K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
实施例4
一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将压力为10MPa的高压空气分为两路，一路高压空气通入空气换热器中与燃料燃烧产生的高温烟气进行热量交换，形成800K的高温无水干空气；另一路高压空气通入燃烧器中与O2、燃料混合并发生燃烧反应，形成温度为1600K的高温含水气体，其中，将高压气源通入燃烧器的时，控制O2的流量为300kg/h、高压空气流量为600kg/h；控制CH4的流量为60kg/h。；
（2）将步骤（1)中生成的所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照1:1的比例进行混合，形成温度为1200K，含水量为15%的高温试验气体；
（3）将步骤（2）生成的所述高温试验气体，再加入浓度为5%盐雾,由射流喷管喷出，产生马赫数为0.6、温度为1200K的高速高温气体，对处于试验段的试验材料进行抗冲刷试验。

Claims (10)

1.一种干/湿气氛快速可调的材料抗冲刷性能的检测方法，其特征在于，所述检测方法组合了换热和燃烧两种加热方式，对形成的温度为300-1000K的高温无水干空气和温度为1000-2500K的高温含水气体进行不同比例的混合，形成含水量为1-20%的高温试验气体，然后将所述高温试验气体由射流喷管喷出，对材料进行抗冲刷试验。
2.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将高压空气分为两路，一路高压空气通入换热器中与燃料燃烧产生的高温烟气进行热量交换，形成300-1000K的高温无水干空气；另一路高压空气通入燃烧器中与O2、燃料混合并发生燃烧反应，形成温度为1000-2500K的高温含水气体；
（2）将步骤（1)中生成的所述高温无水干空气和所述高温含水气体比例进行混合形成含水量为1-20%的高温试验气体；
（3）将步骤（2）生成的所述高温试验气体由射流喷管喷出，产生马赫数为0.1-6、温度为500-2000K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
3.根据权利要求2所述检测方法，其特征在于，步骤（1）中，所述燃料包括航空煤油、CH4或C3H8。
4.根据权利要求3所述检测方法，其特征在于，在步骤（1）中，将高压油/气源或高压气源通入燃烧器的时，控制O2和高压空气流量均为40-4000kg/h；控制航空煤油流量为100-1000kg/h、CH4或C3H8流量分别为10-1000kg/h。
5.根据权利要求1-4之一所述检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-6，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
6.根据权利要求1-4之一所述检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-5，温度为500-1600K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
7.根据权利要求1-4之一所述检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比3:1比例进行混合形成含水量为2-7%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-4，温度为500-1200K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
8.根据权利要求1-4之一所述检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:3比例进行混合形成含水量为10-15%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为2-6，温度为1000-2000K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
9.根据权利要求1-4之一所述检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为0.1-2，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
10.根据权利要求1-4之一所述检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，将所述高温无水干空气和所述高温含水气体按照体积比1:1比例进行混合形成含水量为5-10%的高温试验气体，并加入浓度为3-10%盐雾，然后在步骤（3）中由射流喷管喷出，产生马赫数为0.1-2，温度为500-1500K的高速高温气体，对材料进行抗冲刷试验。
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