航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展對航空材料提出了嚴(yán)苛的性能要求。在超低溫環(huán)境下，飛行器面臨諸如結(jié)構(gòu)脆化、材料性能劣化等諸多風(fēng)險，因此模擬低溫條件對航空材料進行測試很重要。超低溫試驗箱憑借其能迅速達到極低溫度的特性，成為航空材料耐寒性能研究不可或缺的工具。
01制冷原理
制冷原理超低溫試驗箱利用液氮的相變特性實現(xiàn)制冷。液氮在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點極低，約為 - 190℃。當(dāng)液氮從儲存容器被引入試驗箱時，由于試驗箱內(nèi)部溫度高于液氮沸點，液氮迅速吸收熱量并汽化成氮氣。這個相變過程需要大量吸熱，從而高效地降低試驗箱內(nèi)的溫度。通過控制液氮的流量，可調(diào)節(jié)箱內(nèi)的低溫環(huán)境，滿足不同航空材料測試對溫度的需求。
超低溫試驗箱箱門配備特制的密封膠條和鎖閉裝置，確保氣密隔熱效果，在試驗過程中避免因冷量泄漏導(dǎo)致溫度波動，保障測試環(huán)境的穩(wěn)定性。
02應(yīng)用領(lǐng)域
一、材料性能測試
1.金屬材料：航空發(fā)動機的葉片、機身框架等部件多采用高性能金屬材料。超低溫試驗箱能夠模擬低溫環(huán)境，例如，在 -190℃左右的超低溫下，檢測金屬材料的韌性和強度變化。許多金屬在低溫下會出現(xiàn)韌性下降的情況，即所謂的冷脆現(xiàn)象。
2.復(fù)合材料：現(xiàn)代航空航天飛行器大量使用復(fù)合材料。這些材料在低溫下的性能變化對飛行器的性能很重要。超低溫試驗箱可以模擬高空的低溫環(huán)境，測試復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)、層間剪切強度等性能。在低溫下，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)減小，不同材料層之間可能會由于收縮程度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，通過試驗箱模擬低溫環(huán)境，能夠檢測復(fù)合材料是否會因此出現(xiàn)分層、開裂等問題。
二、發(fā)動機性能測試
航空發(fā)動機是飛機的重要部件，其性能在低溫環(huán)境下會受到顯著影響。通過在超低溫環(huán)境下對發(fā)動機進行測試，可以優(yōu)化發(fā)動機的啟動程序等參數(shù)，提高發(fā)動機在低溫環(huán)境下的可靠性和性能。
