一种热载荷加载装置及方法与流程

1.本发明属于航空发动机试验技术领域，具体属于一种热载荷加载装置及方法。


背景技术：

2.在航空发动机机匣结构件的研制过程，须要按照有关标准进行相关的力学试验(如：静强度试验、疲劳强度试验、刚度试验、蠕变试验)来验证产品是满足合设计要求。此类试验中，会安装载荷谱对机匣结构试验件施加热载荷。目前的加载方式主要有热空气加载和电加热炉加载。但热空气加载方式存在控制响应慢、效率低、成本高、安全性差等不足；而电加热炉加载一般会根据机匣的直径和高度等结构尺寸进行定制，对于不同机匣须应用不同尺寸规格的加热炉，因此通用性差。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种热载荷加载装置及方法，可适用于不同尺寸规格的机匣，为机匣试验施加热载荷。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种热载荷加载装置，包括若干个串联的积木式电加热模块和积木式测温模块，所述串联为首尾转动串联和/或上下串联，所述若干个积木式电加热模块均与加热控制器连接，所述若干个积木式测温模块均与测试系统连接，所述积木式电加热模块和积木式测温模块的数量根据试验机匣的尺寸和试验热载荷施加要求确定。
5.进一步的，所述若干个积木式电加热模块串联时，其加热端均朝向内侧或外侧设置。
6.进一步的，所述积木式电加热模块包括可串联的积木式模块本体，积木式模块本体一侧面为曲面，该曲面一侧设置有电热丝，电热丝两端横向贯穿积木式模块本体上下端面并于另一侧面伸出通过接线柱与加热控制器连接。
7.进一步的，所述曲面上涂有光滑的耐热金属涂层。
8.进一步的，所述电热丝可更换。
9.进一步的，所述积木式测温模块包括可串联的积木式模块本体，积木式模块本体一侧面为曲面，积木式模块本体上设置有贯穿所述曲面和曲面对应面的测温孔，所述测温孔用于供温度传感器的感受端穿过对试验件表面温度进行测量，温度传感器的传输端与测试系统连接。
10.进一步的，所述积木式模块本体包括壳体、上盖和底盖，所述壳体内部中空并填充耐热棉，壳体的横截面为凸型结构，上盖和底盖分别错位固定在壳体的上端面和下端面，上盖和底盖一侧上下对应设置外连接孔，壳体上远离外连接孔的另一侧设置贯穿上下端面的内连接孔，前一积木式模块本体的外连接孔与后一积木式模块本体内连接孔通过连接销轴连接实现积木式模块本体的首尾转动串联，下部积木式模块本体上的连接销轴伸入对应上部积木式模块本体的外连接孔和内连接孔实现积木式模块本体上下串联。
11.进一步的，所述曲面由曲面a、曲面b、曲面c构成，其中壳体一面为曲面b、上盖一面为曲面c，底盖一面为曲面a，曲面a、曲面b、曲面c为参数相同、沿高度方向叠加的抛物面，其焦点重合为一条垂直线，设置加热丝时，加热丝的中心位于这条直线上。
12.本发明还提供一种热载荷加载装置的使用方法，具体步骤如下：
13.s1根据试验机匣的高度确定热载荷加载装置的层数，热载荷加载装置需覆盖整个机匣高度；
14.s2根据试验机匣的直径结合试验热载荷施加要求，得到单层热载荷加载装置所需的积木式电加热模块和积木式测温模块数量并确定积木式电加热模块的功率规格；
15.s3将积木式电加热模块和积木式测温模块首尾转动串联和/或上下串联，所述积木式电热模块的加热端朝向内侧或外侧。
16.进一步的，s2中，试验热载荷施加要求确定测温点数量及位置，从而确定每层积木式测温模块的数量。
17.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
18.本发明提供一种热载荷加载装置，通过若干个串联的积木式电加热模块和积木式测温模块可以组合成不同尺寸规格的热载荷加载装置以适应不同尺寸的机匣，并且积木式电加热模块和积木式测温模块的位置和数量可根据试验需求随意组合、调整，灵活性强；并且串联的积木式电加热模块和积木式测温模块均能独立工作，单个模块损坏不影响其他模块使用，可靠高；各个模块可单独更换，模块内部各构件也可以单独维修或更换，可维修性高；不必为不同结构尺寸的机匣大量定制不同尺寸规格加热装置，大大节省制作费用和制作时间。
19.进一步的，本发明的热载荷加载装置可以通过积木式电加热模块的加热端均朝向内侧或外侧设置将，从而可组合成外部加热模式和内部加热模式，通用性强。
附图说明
20.图1是积木式电加热模块示意图；
21.图2是积木式电加热模块分解结构图；
22.图3是积木式测温模块示意图；
23.图4是积木式测温模块分解结构图；
24.图5加热丝向内的模块间组合方式示意图；
25.图6加热丝向内的单层加热模块组示意图；
26.图7加热丝向内的多层组合方式示意图；
27.图8加热丝向内的多层加热模块组示意图；
28.图9加热丝向外的单层加热模块组示意图；
29.附图中：1壳体、2上盖、3底盖、4拉杆、5接线柱、6电热丝、7连接销轴、8模块连接导线；9电源连接导线；10温度传感器、11测温孔、12温度传感器连接导线。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
31.1.如图1～4所述，本发明提供一种热载荷加载装置，包括若干个积木式电加热模
块和积木式测温模块，积木式电加热模块和积木式测温模块可以首尾转动串联，或上下串联；积木式电加热模块与加热控制器连接用于控制加热时间和温度，积木式测温模块与测试系统连接用于测量试验件表面温度。
32.具体的，积木式电加热模块和积木式测温模块前后均设置有连接孔，通过在连接孔中设置连接销轴7实现积木式电加热模块和积木式测温模块首尾转动串联或上下串联；
33.2.积木式电加热模块包括可串联的积木式模块本体、以及设置在积木式模块本体一侧的电热丝6，电热丝6两端横向贯穿积木式模块本体上下端面并于另一侧与接线柱5连接，积木式模块本体上设置电热丝6的一面为曲面，曲面上涂有光滑的耐热金属涂层，能有效的反射电热丝6发出的热量。
34.优选的，电热丝6可串联在一起或单独与加热控制器连接，可以实现积木式电加热模块的统一控制或单独控制，可控性高；
35.优选的，通过更换电热丝6可制成不同功率规格的积木式电加热模块，根据试验需求进行选配。
36.3.积木式测温模块包括可串联的积木式模块本体，以及设置在其上的温度传感器10，温度传感器10感受端穿过积木式模块本体用于测量试验件表面温度，传输端与测试系统连接。
37.优选的，温度传感器10选用接触式或非接触式均可。
38.优选的，积木式模块本体包括壳体1、上盖2底盖3和拉杆4。其中，壳体1、上盖2、底盖3均为耐热陶瓷材料烧制，壳体1内部中空并填充耐热棉用于减少热量散失，壳体1的横截面为凸型结构，上盖2和底盖3通过贯穿壳体1上下端面的拉杆4将上盖2和底盖3分别错位固定在壳体1的上端面和下端面，上盖2和底盖3一侧上下对应设置外连接孔，壳体1上远离外连接孔的另一侧设置贯穿上下端面的内连接孔，前一积木式模块本体的外连接孔与后一积木式模块本体内连接孔通过连接销轴7连接实现积木式电加热模块的串联；下部积木式模块本体上的外连接孔中的连接销轴7伸入对应上部积木式模块本体的外连接孔实现积木式模块本体上下串联。
39.优选的，上述曲面由曲面a、曲面b、曲面c构成，其中壳体1一面为曲面b、上盖2一面为曲面c，底盖3一面为曲面a，曲面a、曲面b、曲面c为参数相同、沿高度方向叠加的抛物面，其焦点重合为一条垂直线，设置加热丝6时，加热丝6的中心位于这条直线上；
40.优选的，壳体1上设置有贯穿上述曲面和对应侧面的测温孔11，温度传感器10的感受端穿出测温孔11对试验件表面温度进行测量。
41.优选的，在积木式模块本体上连接加热丝6即为积木式电加热模块；在积木式模块本体上连接温度传感器10即为积木式测温模块。
42.优选的，外连接孔和内连接孔的数量相同，均至少设置1个。
43.如图5、6所示，本发明热载荷加载装置组装单层加热丝向内的模块间组合时，根据需求在积木式模块本体上设置温度传感器10或电加热丝6，将前一积木式模块本体的外连接孔和后一个积木式模块本体的内连接孔上下对齐，连接销轴7插入外连接孔和内连接孔中实现积木式模块本体的串联，电加热丝6朝向内部设置，各个积木式模块本体可围绕连接销轴7自由转动；
44.再用模块连接导线8将各个模块的电加热丝6的接线柱5连接，用小螺钉拧紧；
45.再用电源连接导线9将积木式电加热模块与加热控制器的电源接口连接，用小螺钉拧紧；
46.最后用温度传感器连接导线12将温度传感器10与测试系统连接用以传输温度模拟或数字信号，由此构成单层热载荷加载装置。
47.优选的，模块连接导线8、电源连接导线9均是耐高温的专用导线。
48.如图9所示，将电加热丝6朝向外部设置即可组成加热丝向外的单层热载荷加载装置。
49.如图7、8所示，本发明热载荷加载装置组装加热丝向内的多层内部加热模式时，将上层加热模块组的各个外连接孔和内连接孔对准下层单层热载荷加载装置上相应的连接销轴7中，连接销轴7有足够长度，当插进孔后会伸出一段插入相邻层的连接孔中，连接后形成多层热载荷加载装置。
50.本发明热载荷加载装置使用时，具体步骤为：
51.首先，依据试验机匣的直径确定每层所需的积木式模块本体数，保证所有积木式模块本体组成圆环后足够包容试验件，并留有适当的间隙即可；再依据试验机匣的高度确定所需层数，保证覆盖整个机匣高度即可。
52.其次，依据试验热载荷施加要求，选择测温点数量及位置，以及加热模块的功率规格；
53.最后，按照图6或图9所示，组合成加热丝向内的单层加热模块组或加热丝向外的单层加热模块组。当机匣直径较小时，可用加热丝向内的单层加热模块组，并置于机匣圆周外侧；当机匣直径较大时，可用加热丝向外的单层加热模块组，并置于机匣圆周内侧，也可两种类型同时使用。

技术特征：
1.一种热载荷加载装置，其特征在于，包括若干个串联的积木式电加热模块和积木式测温模块，所述串联为首尾转动串联和/或上下串联，所述若干个积木式电加热模块均与加热控制器连接，所述若干个积木式测温模块均与测试系统连接，所述积木式电加热模块和积木式测温模块的数量根据试验机匣的尺寸和试验热载荷施加要求确定。2.根据权利要求1所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述若干个积木式电加热模块串联时，其加热端均朝向内侧或外侧设置。3.根据权利要求1所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述积木式电加热模块包括可串联的积木式模块本体，积木式模块本体一侧面为曲面，该曲面一侧设置有电热丝(6)，电热丝(6)两端横向贯穿积木式模块本体上下端面并于另一侧面伸出通过接线柱(5)与加热控制器连接。4.根据权利要求3所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述曲面上涂有光滑的耐热金属涂层。5.根据权利要求3所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述电热丝(6)可更换。6.根据权利要求1所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述积木式测温模块包括可串联的积木式模块本体，积木式模块本体一侧面为曲面，积木式模块本体上设置有贯穿所述曲面和曲面对应面的测温孔(11)，所述测温孔(11)用于供温度传感器(10)的感受端穿过对试验件表面温度进行测量，温度传感器(10)的传输端与测试系统连接。7.根据权利要求3或6所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述积木式模块本体包括壳体(1)、上盖(2)和底盖(3)，所述壳体(1)内部中空并填充耐热棉，壳体(1)的横截面为凸型结构，上盖(2)和底盖(3)分别错位固定在壳体(1)的上端面和下端面，上盖(2)和底盖(3)一侧上下对应设置外连接孔，壳体(1)上远离外连接孔的另一侧设置贯穿上下端面的内连接孔，前一积木式模块本体的外连接孔与后一积木式模块本体内连接孔通过连接销轴(7)连接实现积木式模块本体的首尾转动串联，下部积木式模块本体上的连接销轴(7)伸入对应上部积木式模块本体的外连接孔和内连接孔实现积木式模块本体上下串联。8.根据权利要求7所述的一种热载荷加载装置，其特征在于，所述曲面由曲面a、曲面b、曲面c构成，其中壳体(1)一面为曲面b、上盖(2)一面为曲面c，底盖(3)一面为曲面a，曲面a、曲面b、曲面c为参数相同、沿高度方向叠加的抛物面，其焦点重合为一条垂直线，设置加热丝(6)时，加热丝(6)的中心位于这条直线上。9.根据权利要求1所述的一种热载荷加载装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：s1根据试验机匣的高度确定热载荷加载装置的层数，热载荷加载装置需覆盖整个机匣高度；s2根据试验机匣的直径结合试验热载荷施加要求，得到单层热载荷加载装置所需的积木式电加热模块和积木式测温模块数量并确定积木式电加热模块的功率规格；s3将积木式电加热模块和积木式测温模块首尾转动串联和/或上下串联，所述积木式电热模块的加热端朝向内侧或外侧。10.根据权利要求1所述的一种热载荷加载装置的使用方法，其特征在于，s2中，试验热载荷施加要求确定测温点数量及位置，从而确定每层积木式测温模块的数量。

技术总结
本发明提供一种热载荷加载装置及方法，包括若干个串联的积木式电加热模块和积木式测温模块，所述串联为首尾转动串联和/或上下串联，所述若干个积木式电加热模块均与加热控制器连接，所述若干个积木式测温模块均与测试系统连接，所述积木式电加热模块和积木式测温模块的数量根据试验机匣的尺寸和试验热载荷施加要求确定，本发明的热载荷加载装置可适用于不同尺寸规格的机匣，为机匣试验施加热载荷。为机匣试验施加热载荷。为机匣试验施加热载荷。


技术研发人员：魏大勇 苗向 刘亚锋 薛明 李季 冀敏荣 杨鑫 郭文涛
受保护的技术使用者：中国航发动力股份有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/12