热障涂层工况模拟与实时监测装置的研制

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1、学校代码10530学号201510131331分类号TB35密级公开硕士学位论文热障涂层工况模拟与实时监测装置的研制学位申请人周文峰指导教师周益春教授杨丽教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料测控技术与装备二零一八年五月DevelopmentofThermalBarrierCoatingConditionSimulationandRealTimeMonitoringDeviceCandidateWenFengZhouSupervisorProfessorYiChunZhou

2、ProfessorLiYangCollegeFacultyofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialsControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要航空发动机是展现国家工业科技水平的名片，热障涂层是目前用于保护航空发动机内

3、部热端部件、提高其热效率最常用的方法和发动机必备关键技术之一。然而，由于发动机叶片和热障涂层的结构极为复杂，且其工况是一种热-力-化耦合的极为复杂的环境，单纯利用传统实验方法探究其破坏机制是不现实的，而在航空发动机上进行试车所耗费的人力和物力是极为巨大的。因此，本文提出了一种热障涂层工况模拟与实时监测装置的设计方案，并进行了实验验证。主要研究内容如下：第一，为了模拟航空发动机内高温火焰冲击、硬质颗粒冲蚀、腐蚀物质侵蚀的工况环境，本文设计了热障涂层工况模拟加载模块。此模块主要包括用于形成高温超音速火焰

4、、冲蚀或腐蚀颗粒气流的超音速加载喷枪以及向喷枪内进行粉末加载的送粉器等两部分。该模块是装置的核心模块之一，实现了TBCs―高温、冲蚀、腐蚀‖工况环境的模拟。第二，本文中还实现了全自动多工位循环试验，可针对多个工位上的不同试样进行自动循环试验。设计了适用于平板状试样或真实叶片的多工位夹持系统和可以控制喷枪自动往复移动的控制与显示系统，通过多工位夹持系统结合喷枪的自动循环移动来实现全自动多工位循环试验。第三，本文设计了一套试验控制与显示系统。该系统主要用于对试验过程和试验参数进行控制与调节，并实时显示试

5、验数据。同时，该系统集成了一些无损检测系统，将能对TBCs温度场、表面应变场、裂纹萌生与扩展等进行实时监测，实现了各类无损检测设备数据的同步集中显示。第四，按照装置研制思路与方案加工、装配了试验装置并进行了试验验证，结果表明本论文所提出的热障涂层工况模拟与实时监测装置的设计效果达到预期，符合研制目标。总之，本论文所研制的热障涂层工况模拟与实时监测装置，能够模拟热障涂层高温-冲蚀-腐蚀等工况环境，并能对其失效过程进行实时监测，为热障涂层的破坏机制研究和安全应用提供有效的实验佐证。关键词：热障涂层；工况

6、模拟；无损检测；实时监测IAbstractAero-engineisthecardthatshowsthenationalindustrialtechnologylevel.Inordertoprotectthehotendcomponentsofaircraftengineandimprovethethermalefficiency,thermalbarriercoatings(TBCs)iscommonlyusedinengine,thatisoneofthekeyenginetechnolog

7、ies.However,thegeometryofenginebladesandthermalbarriercoatingsisextremelycomplex,anditsworkingconditioniscomplexthermo-chemo-mechanicalcouplingenvironment.Itisnotrealistictoexploreitsdestructionmechanismsimplybyusingtraditionalexperimentalmethods,andth

8、ehumanandmaterialresourcesusedinthetestdriveonaero-enginesareextremelylarge.Therefore,thisthesispresentsadesignschemeofathermalbarriercoatingconditionsimulationandrealtimemonitoringdevice,andtheexperimentalverificationiscarriedout.Thema