CN113376311A - 一种钛火碰撞摩擦试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛火碰撞摩擦试验装置及方法，包括冷却模块、燃烧室、性能测试模块、控制模块、供气模块。启动冷却模块后，根据控制模块的控制，启动供气模块向燃烧室内通入压缩空气，当燃烧室内压强、气体温度及试样温度达到设定值时，气缸推动试样与高速旋转的钛合金转杆发生碰撞并持续摩擦，根据宏观形貌及观察窗外的相机记录确定摩擦过程试样是否发生点燃。本发明的装置能够实现在高温、高压及高速气流条件共同作用下，模拟压气机钛合金发生碰撞摩擦产生“钛火”的现象，可调参数模拟影响参数多，参数调节范围广，控制精度高，具有十分广阔的专业应用前景。

Description

一种钛火碰撞摩擦试验装置及方法

技术领域

本发明属于钛合金及阻燃涂层应用技术领域，尤其涉及一种测试航空发动机用钛合金及阻燃涂层的碰撞摩擦试验装置及方法。

背景技术

先进航空发动机设计的重点在于降低比油耗和提高推重比，而采用轻质高强先进材料对提高推重比具有重要意义。钛合金因具有密度低、比强度高、耐蚀性好及耐高温等优点，成为应用于航空航天领域的理想材料。虽然钛合金在飞机和航空发动机上的大量使用，可大幅度提高结构减重效果，但是由于钛合金具有燃烧敏感性，在一定条件下发生碰撞摩擦时极易发生燃烧，即产生“钛火”现象。

为解决“钛火”问题，使用阻燃钛合金和添加阻燃涂层是解决“钛火”问题两种被广泛采用的途径。在提升钛合金材料性能的同时，进行“钛火”试验验证，即模拟和重现发动机钛制零部件着火过程也显得尤为重要。

目前，国内外根据不同起火原因研制了摩擦着火、直流引燃、激光点火、液滴法等钛火试验装置，直流引燃、激光点火以及液滴法能够保证钛合金试样及阻燃涂层的完整性条件下评价钛合金试样及涂层的阻燃性能，但是“钛火”一般是在碰撞摩擦后发生点燃并持续燃烧，因此采用碰撞摩擦试验模拟更接近“钛火”发生的真实情况。

国内北京航空材料研究院采用摩擦氧浓度法对钛合金及防钛火涂层的阻燃性能进行了评价，通过调整混合气体中的氧浓度来评价试样的阻燃性能，试验在常压下进行，预混气体的压力在0.1-0.2MPa，虽然该方法能够定量的表征材料的阻燃性能，但是不能真正模拟高压压气机的高压环境。

随着推重比的不断提高，高压压气机的温度和压强将进一步提高，高压压气机出口压强将达到2MPa，钛制零部件的使用环境将更加苛刻，因此研制出一种能够较好的模拟高压压气机工作环境，能够定量表征多种参数对“钛火”发生的影响且参数范围更广、控制精度高的碰撞摩擦试验装置及方法具有重要意义。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种能够较好地模拟高压压气机的真实环境，实现多种参数对钛火现象发生的影响，且参数调节范围广、控制精度高的碰撞摩擦试验装置及方法，本发明的具体技术方案如下：

一种钛火碰撞摩擦试验装置，包括：冷却模块、燃烧室、性能测试模块、控制模块、供气模块，其中，

所述冷却模块包括水冷机，为燃烧室的壳体及内部设备提供循环冷却水；

所述燃烧室内部设置冷却管道，通过所述水冷机通入冷却水对壳体冷却；

所述性能测试模块包括位于所述燃烧室内部的电机、钛合金转杆、钛合金试样、用于夹持所述钛合金试样的夹具、气体加热模块以及设置在所述钛合金试样与所述钛合金转杆摩擦位置的正下方的气体喷管，其中，所述钛合金转杆的末端与所述电机的主轴连接；所述钛合金试样与所述钛合金转杆同轴，两者之间能够碰撞，之后进行持续摩擦；所述气体加热模块用于加热由所述供气模块通向所述燃烧室内的气体；

所述供气模块为所述燃烧室提供工作气体，工作气体为压缩空气，并能够通过所述控制模块的自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气；

所述控制模块用于控制所述燃烧室、所述性能测试模块及所述供气模块，当所述燃烧室内压强、气体温度及所述钛合金试样的温度达到设定值时，所述钛合金试样与所述钛合金转杆发生碰撞并持续摩擦。

进一步地，所述性能测试模块还包括气泵、与所述夹具连接的气缸以及设置在两者之间的调压阀，三者共同作用能够推动所述钛合金试样沿轴向运动，并能够定量测定推力。

进一步地，所述燃烧室内碰撞摩擦试验所处环境的压强为0～2MPa。

进一步地，所述供气模块包括氩气罐、压缩空气罐、与两者相连的高压切换阀、两端分别与所述高压切换阀和所述燃烧室相连的高压气体流量计；所述供气模块通过控制所述燃烧室的内外压差以及读取所述高压气体流量计示数实现气体流速的精确控制，并且通过所述控制模块自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气。

进一步地，所述钛合金试样表面设置第一热电偶，用于测定预热温度以及试验过程中所述钛合金试样的温度变化；在所述气体加热模块的出口处设置第二热电偶，用于测定通向所述燃烧室内气体的温度。

进一步地，所述燃烧室为中空圆柱体，直径为80～150cm，两端通过螺栓固定可移动防护盖并用胶圈密封；所述燃烧室的壳体材质为不锈钢，厚度为20～50mm。

进一步地，所述燃烧室的壳体上设置观察窗，外部的摄像机通过所述观察窗观察记录试验过程。

进一步地，所述钛合金转杆的转速为5000～20000r/min，所述气缸提供的推力为0～0.5MPa。

进一步地，所述供气模块流出的气体的流速由所述燃烧室内外的气体压力差决定，气体流速为50～400L/min，所述燃烧室内气体的温度为室温～500℃。

一种钛火碰撞摩擦试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1：将准备好的碰磨钛合金试样安装固定在夹具上，钛合金转杆安装在电机上；打开冷却模块，设定气缸推力值，之后关闭燃烧室的移动防护盖，用螺栓螺母上紧，再将摄像机固定在观察窗处，保证能够清晰拍摄到摩擦点燃试验整个过程；

S2：打开供气模块，在控制模块中设定试验压强、气体加热温度、电机转速及摩擦时间，打开气泵，供气模块向燃烧室内通入加热的压缩空气，当燃烧室内压强达到设定值，且内外压强差及气体质量流量值稳定，试验气流温度及预热温度达到设定值后，开启电机；

S3：当电机转速达到设定值，打开摄像机，开启气缸，推动钛合金试样开始与钛合金转杆发生碰撞并持续摩擦，在碰撞的一瞬间计时开始，达到设定的摩擦时间时，气缸带动钛合金试样收回，电机停止旋转，供气模块自动切换至氩气，持续通入氩气至气体加热模块冷却；

S4：当燃烧室内压强为大气压，且冷却至室温后，关闭供气模块及冷却模块，打开燃烧室的移动防护盖，取出钛合金试样并编号，根据试样宏观形貌以及摄相机拍摄的试验过程判断是否发生点燃；

S5：在相同试验参数下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，钛合金试样都发生点燃，则认为在该条件下，试样能够发生燃烧，则改变参数进行下一种条件的试验；在相同试验条件下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，试样都不发生点燃，则认为在该条件下，试样不能够发生点燃。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用压缩空气为工作气体，燃烧室内压强可实现0～2Mpa，通过控制燃烧室内外气体的压强差来控制通入气体的流速，压强差即通入燃烧室内的气流压力可实现0～0.8Mpa，且气流温度、速度等可调可测。

2.本发明的钛火碰撞摩擦试验装置及方法，可用于模拟航空发动机压气机钛合金零部件发生“钛火”的过程，并可测定钛合金试样及防钛火阻燃涂层的阻燃性能，该装置可实现多个参数调整，且参数调整范围广，能够模拟多种条件对“钛火”现象发生的影响；

3.本发明的钛火碰撞摩擦试验装置可调参数多、参数调整范围广，控制精度高、占地面积小，具有十分广泛的专业推广应用的前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明提供的一种钛火碰撞摩擦试验装置的结构示意图；

图2为本发明试验装置中性能测试模块及控制模块的结构示意图；

图3为本发明试验装置中试样形状及尺寸的结构示意图；

图4为本发明实施例中钛合金试样阻燃性能的结构示意图；

图5为本发明实施例中防钛火涂层阻燃性能的结构示意图；

图6为本发明实施例中钛合金碰撞摩擦点燃试验结果图。

附图标号说明：

1-水冷机；2-氩气罐；3-压缩空气罐；4-高压切换阀；5-高压气体流量计；6-燃烧室；7-气泵；8-调压阀；9-气缸；10-电机；11-钛合金转杆；12-钛合金试样；13-夹具；14-第一热电偶；15-观察窗；16-摄像机；17-仓体压力调节阀；18-PLC控制面板；19-温控表；20-开关；21-指示灯；22-急停；23-气体压力调节阀；24-第二热电偶；25-气体加热模块；26-涂层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的装置设计采用压缩空气为工作气体，燃烧室内压强可实现0-2Mpa，通过控制燃烧室内外气体的压强差来控制通入气体的流速，压强差即通入燃烧室内的气流压力可实现0-0.8Mpa，且气流温度、速度等可调可测。本发明的试验装置能够较好地模拟高压压气机的真实环境，且可以实现定量表征压强、碰撞摩擦接触压力、摩擦接触时间、温度、气体流速等多种参数对“钛火”发生的影响。该装置可调参数多、参数调整范围广、控制精度高，具有十分广泛的专业推广应用的前景。

本发明的试验过程中能够调整的参数有：燃烧室6内压强、碰撞摩擦接触压力、摩擦接触时间、钛合金试样12的预热温度、热气流流速、气流温度、钛合金转杆11转速等。

具体地，一种钛火碰撞摩擦试验装置，包括：冷却模块、燃烧室、性能测试模块、控制模块、供气模块，其中，

冷却模块包括水冷机1，为燃烧室6的壳体及内部设备提供循环冷却水；

燃烧室6内部设置冷却管道，通过水冷机1通入冷却水对壳体冷却；

性能测试模块包括位于燃烧室6内部的电机10、钛合金转杆11、钛合金试样12、用于夹持钛合金试样12的夹具13、气体加热模块25以及设置在钛合金试样12与钛合金转杆11摩擦位置的正下方的气体喷管，其中，钛合金转杆11的末端与电机10的主轴连接；钛合金试样12与钛合金转杆11同轴，两者之间能够碰撞，之后进行持续摩擦；气体加热模块25用于加热由供气模块通向燃烧室6内的气体；

供气模块为燃烧室6提供工作气体，工作气体为压缩空气，并能够通过控制模块的自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气；

控制模块用于控制燃烧室6、性能测试模块及供气模块，当燃烧室6内压强、气体温度及钛合金试样12的温度达到设定值时，钛合金试样12与钛合金转杆11发生碰撞并持续摩擦。

在一些实施方式中，性能测试模块还包括气泵7、与夹具连接的气缸9以及设置在两者之间的调压阀8，三者共同作用能够推动钛合金试样12沿轴向运动，并能够定量测定推力。

在一些实施方式中，燃烧室6内碰撞摩擦试验所处环境的压强为0～2MPa。

在一些实施方式中，供气模块包括氩气罐2、压缩空气罐3、与两者相连的高压切换阀4、两端分别与高压切换阀4和燃烧室6相连的高压气体流量计5；供气模块通过控制燃烧室6的内外压差以及读取高压气体流量计5示数实现气体流速的精确控制，并且通过控制模块自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气。

在一些实施方式中，钛合金试样12表面设置第一热电偶14，用于测定预热温度以及试验过程中钛合金试样12的温度变化；在气体加热模块25的出口处设置第二热电偶24，用于测定通向燃烧室6内气体的温度。第一热电偶14在测定预热温度的同时可以反映燃烧室6内气体温度，第二热电偶24用于测定热气流的温度，在未达到温度平衡时，热气流的温度要高于燃烧室6内气体温度的。

在一些实施方式中，燃烧室6的壳体上设置观察窗15，外部的摄像机16通过观察窗15观察记录试验过程。

在一些实施方式中，燃烧室6为中空圆柱体，直径为80～150cm，两端通过螺栓固定可移动防护盖并用胶圈密封；燃烧室6的壳体材质为不锈钢，厚度为20～50mm。

在一些实施方式中，钛合金转杆11的转速为5000～20000r/min，气缸9提供的推力为0～0.5MPa。

在一些实施方式中，供气模块流出的气体的流速由燃烧室6内外的气体压力差决定，气体流速为50～400L/min，燃烧室6内气体的温度为室温～500℃。

一种钛火碰撞摩擦试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1：将准备好的碰磨钛合金试样12安装固定在夹具13上，钛合金转杆11安装在电机10上；打开冷却模块，设定气缸9推力值，之后关闭燃烧室6的移动防护盖，用螺栓螺母上紧，再将摄像机16固定在观察窗15处，保证能够清晰拍摄到摩擦点燃试验整个过程；

S2：打开供气模块，在控制模块中设定试验压强、气体加热温度、电机转速及摩擦时间，打开气泵7，供气模块向燃烧室6内通入加热的压缩空气，当燃烧室6内压强达到设定值，且内外压强差及气体质量流量值稳定，试验气流温度及预热温度达到设定值后，开启电机10；

S3：当电机10转速达到设定值，打开摄像机16，开启气缸9，推动钛合金试样12开始与钛合金转杆11发生碰撞并持续摩擦，在碰撞的一瞬间计时开始，达到设定的摩擦时间时，气缸9带动钛合金试样12收回，电机10停止旋转，供气模块自动切换至氩气，持续通入氩气至气体加热模块冷却；

S4：当燃烧室6内压强为大气压，且冷却至室温后，关闭供气模块及冷却模块，打开燃烧室6的移动防护盖，取出钛合金试样12并编号，根据试样宏观形貌以及摄相机16拍摄的试验过程判断是否发生点燃；

S5：在相同试验参数下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，钛合金试样12都发生点燃，则认为在该条件下，试样能够发生燃烧，则改变参数进行下一种条件的试验；在相同试验条件下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，试样都不发生点燃，则认为在该条件下，试样不能够发生点燃。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行详细说明。

实施例1

如图1-2所示，水冷机1为燃烧室6及内部设备提供循环冷却水，钛合金转杆11与电机10相连，气泵7位于燃烧室6内，气泵7的进气口位于燃烧室6内，当燃烧室6内的气体压强变化时，气泵7进气口的压强随之变化，气泵7的出气口与气缸9相连，气泵7在进气口和出气口产生压强差来为气缸提供气体压力，即通过相对压差的方法为气缸9提供气体，气缸9内的压力通过调压阀8显示，钛合金试样12通过夹具13与气缸9连接，在钛合金试样12设置用于测定预热温度及试验过程中试样温度变化的第一热电偶14，仓体压力调节阀17位于燃烧室6的下部，摄像机16通过观察窗15记录整个试验过程。

根据控制模块，供气模块中的用于扑灭钛火的氩气和工作气体压缩空气能够通过高压切换阀4自动切换，气体的流速通过高压气体流量计5定量测定，进气压力通过气体压力调节阀23调节。气体喷管位于碰磨位置的正下方，气体通过气体加热模块25加热成为热气流，气流温度通过第二热电偶24测定。

试验参数通过控制模块中的PLC控制面板18设定，温控表19显示试样预热温度以及热气流温度，当设备开关20处于开启状态时，指示灯21亮，当发生紧急情况时须按下急停按钮22。

在进行试验时，操作步骤为：

(1)打开燃烧室6的移动防护盖，按照图3准备钛合金转杆11及钛合金试样12，试样的厚度为2-5mm。将钛合金转杆11固定于电机10上，将钛合金试样12固定在夹具13上，并在试样12上固定第一热电偶14，通过调压阀8设定气泵压力，压力设定值为0-0.5MPa，之后，关闭燃烧室6移动防护盖，并用螺栓螺母拧紧。将摄像机16固定在观察窗15外，保证能够清晰拍到试验整个过程。

(2)打开水冷机1，打开设备开关20，开启氩气罐2和压缩空气罐3的阀门，在PLC控制面板18上输入设定参数，可设定的参数有：

电机转速为5000-20000r/min；

燃烧室内气体压强为0.1-2MPa；

碰撞摩擦时间为5-30s；

试样预热温度为室温-500℃；

气体流速为50-400L/min；

气流温度为室温-500℃。

(3)当燃烧室内压强、气体流速、温控表示数、电机转速达到设定值且稳定后，开启气泵7的阀门，气缸9通过夹具13将钛合金试样12推向高速旋转的钛合金转杆11，发生碰撞之后持续进行对摩，碰撞一瞬间计时开始，达到设定摩擦时间后，气缸9带动钛合金试样12收回，碰撞摩擦停止，若发生燃烧，高压切换阀4将气体切换至氩气。

(3)关闭电机10、气体加热模块25，持续通入至冷却后，关闭气体压力调节阀23，当燃烧室内压强为常压时，打开移动防护盖，取出钛合金试样12和钛合金转杆11，进行编号。

(4)通过宏观形貌观察及摄像机16记录的试验过程判断试样是否发生点燃，典型的点燃与未点燃试样的宏观形貌如图6所示，在相同条件下，连续重复三次试验，都能够发生点燃，则认为该条件下试样能够被点燃；在相同条件下，连续重复三次试验，都不发生点燃，则认为该条件下试样不能被点燃。

(5)记录实验数据后调整参数进行下一轮试验。

实施例2

按图3准备钛合金转杆11和钛合金试样12，其中，钛合金转杆11为TC4钛合金，钛合金试样12为TA7钛合金，厚度为2.5mm。

按照图4，将准备好的钛合金转杆11固定于电机10上，将钛合金试样12固定在夹具13上，并在钛合金试样12上固定第一热电偶14，通过调压阀8设定气泵压力，压力设定值为0.2MPa，之后，关闭燃烧室6移动防护盖，并用螺栓螺母拧紧。

将摄像机16固定在观察窗15外，保证能够清晰拍到试验整个过程。

打开水冷机1，打开设备开关20，开启氩气罐2和压缩空气罐3的阀门，在PLC控制面板18上输入电机转速为10000r/min，燃烧室6内气体压强为1MPa，碰撞摩擦时间为10s，气体流速为100L/min，试样预热温度和气流温度为300℃。

当试验参数达到设定值并稳定后，开启气泵7的阀门，气缸9通过夹具13将钛合金试样12推向高速旋转的钛合金转杆11，摩擦结束后，关闭电机10、气体加热模块25，氩气持续通入至冷却后，关闭气体压力调节阀23，当燃烧室6内压强为常压时，打开移动防护盖，取出试钛合金样12和钛合金转杆11。

根据宏观形貌及摄像机记录过程判断试样是否发生待燃，对试验的数据进行记录、整理、分析，并对试验产物进行收集、整理、分析。

实施例3

试验步骤与实施例2相同，如图5所示，不同的是：钛合金转杆11的锥形部位喷涂cBN涂层26，钛合金试样12为TA7合金表面喷涂NiCrAlY涂层，与实施例2试验设定参数相同，通过判断涂覆有阻燃涂层的试样是否发生燃烧，可对比分析相同试验条件下，阻燃涂层的有效性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，包括：冷却模块、燃烧室、性能测试模块、控制模块、供气模块，其中，

所述冷却模块包括水冷机(1)，为燃烧室(6)的壳体及内部设备提供循环冷却水；

所述燃烧室(6)内部设置冷却管道，通过所述水冷机(1)通入冷却水对壳体冷却；

所述性能测试模块包括位于所述燃烧室(6)内部的电机(10)、钛合金转杆(11)、钛合金试样(12)、用于夹持所述钛合金试样(12)的夹具(13)、气体加热模块(25)以及设置在所述钛合金试样(12)与所述钛合金转杆(11)摩擦位置的正下方的气体喷管，其中，所述钛合金转杆(11)的末端与所述电机(10)的主轴连接；所述钛合金试样(12)与所述钛合金转杆(11)同轴，两者之间能够碰撞，之后进行持续摩擦；所述气体加热模块(25)用于加热由所述供气模块通向所述燃烧室(6)内的气体；

所述供气模块为所述燃烧室(6)提供工作气体，工作气体为压缩空气，并能够通过所述控制模块的自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气；

所述控制模块用于控制所述燃烧室(6)、所述性能测试模块及所述供气模块，当所述燃烧室(6)内压强、气体温度及所述钛合金试样(12)的温度达到设定值时，所述钛合金试样(12)与所述钛合金转杆(11)发生碰撞并持续摩擦。

2.根据权利要求1所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述性能测试模块还包括气泵(7)、与所述夹具连接的气缸(9)以及设置在两者之间的调压阀(8)，三者共同作用能够推动所述钛合金试样(12)沿轴向运动，并能够定量测定推力。

3.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述燃烧室(6)内碰撞摩擦试验所处环境的压强为0～2MPa。

4.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述供气模块包括氩气罐(2)、压缩空气罐(3)、与两者相连的高压切换阀(4)、两端分别与所述高压切换阀(4)和所述燃烧室(6)相连的高压气体流量计(5)；所述供气模块通过控制所述燃烧室(6)的内外压差以及读取所述高压气体流量计(5)示数实现气体流速的精确控制，并且通过所述控制模块自动调节，实现自动切换压缩空气或者氩气。

5.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述钛合金试样(12)表面设置第一热电偶(14)，用于测定预热温度以及试验过程中所述钛合金试样(12)的温度变化；在所述气体加热模块(25)的出口处设置第二热电偶(24)，用于测定通向所述燃烧室(6)内气体的温度。

6.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述燃烧室(6)的壳体上设置观察窗(15)，外部的摄像机(16)通过所述观察窗(15)观察记录试验过程。

7.根据权利要求1或2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述燃烧室(6)为中空圆柱体，直径为80～150cm，两端通过螺栓固定可移动防护盖并用胶圈密封；所述燃烧室(6)的壳体材质为不锈钢，厚度为20～50mm。

8.根据权利要求2所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述钛合金转杆(11)的转速为5000～20000r/min，所述气缸(9)提供的推力为0～0.5MPa。

9.根据权利要求1所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置，其特征在于，所述供气模块流出的气体的流速由所述燃烧室(6)内外的气体压力差决定，气体流速为50～400L/min，所述燃烧室(6)内气体的温度为室温～500℃。

10.根据权利要求1-9之一所述的一种钛火碰撞摩擦试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将准备好的碰磨钛合金试样(12)安装固定在夹具(13)上，钛合金转杆(11)安装在电机(10)上；打开冷却模块，设定气缸(9)推力值，之后关闭燃烧室(6)的移动防护盖，用螺栓螺母上紧，再将摄像机(16)固定在观察窗(15)处，保证能够清晰拍摄到摩擦点燃试验整个过程；

S2：打开供气模块，在控制模块中设定试验压强、气体加热温度、电机转速及摩擦时间，打开气泵(7)，供气模块向燃烧室(6)内通入加热的压缩空气，当燃烧室(6)内压强达到设定值，且内外压强差及气体质量流量值稳定，试验气流温度及预热温度达到设定值后，开启电机(10)；

S3：当电机(10)转速达到设定值，打开摄像机(16)，开启气缸(9)，推动钛合金试样(12)开始与钛合金转杆(11)发生碰撞并持续摩擦，在碰撞的一瞬间计时开始，达到设定的摩擦时间时，气缸(9)带动钛合金试样(12)收回，电机(10)停止旋转，供气模块自动切换至氩气，持续通入氩气至气体加热模块冷却；

S4：当燃烧室(6)内压强为大气压，且冷却至室温后，关闭供气模块及冷却模块，打开燃烧室(6)的移动防护盖，取出钛合金试样(12)并编号，根据试样宏观形貌以及摄相机(16)拍摄的试验过程判断是否发生点燃；

S5：在相同试验参数下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，钛合金试样(12)都发生点燃，则认为在该条件下，试样能够发生燃烧，则改变参数进行下一种条件的试验；在相同试验条件下，重复操作步骤S1-步骤S4，如果重复三次，试样都不发生点燃，则认为在该条件下，试样不能够发生点燃。

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