具有溫度自鎖連接的裝配件的制作方法
【專利說明】具有溫度自鎖連接的裝配件
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及采用機(jī)械連接裝置來將由諸如陶瓷基復(fù)合(CMC)材料或碳/碳(C/C)材 料等熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成的部件裝配在一起，其中，這類材料通常由多孔襯底組成，例如， 由陶瓷基體增密的多孔纖維襯底。特別地，該襯底的纖維可由碳或陶瓷制成。該基體可由耐 火陶瓷制成，例如，耐火碳化物、氮化物、硼化物或氧化物。熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料引人注目，這是 由于其具有卓越的機(jī)械性能而適于構(gòu)成結(jié)構(gòu)元件，且能夠在高溫保持這些性能。
[0002] 更具體地，本發(fā)明涉及機(jī)械連接裝置的空氣動(dòng)力和熱性能，所述機(jī)械連接裝置用 于在由熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成的部件將要浸入到高溫蒸汽中時(shí)將該部件裝配在一起，例如， 當(dāng)為諸如尾噴管(也稱為"排氣塞"）或可變截面噴嘴調(diào)節(jié)片的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配全部或部分 后體裝配件時(shí)。
[0003] 在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，裝配在一起的部件通常比較精細(xì)（厚度只有幾毫米），且需要 滿足空氣動(dòng)力學(xué)要求，這意味著優(yōu)先選用鉚釘來連接所述部件之間的機(jī)械連接裝置。對(duì)于 用來制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)后體部件的裝配件而言，一般的做法是采用鉚釘，該鉚釘在該裝配件 的一側(cè)具有平頭（即頭是截頭圓錐形而端部是平的），該平頭容納于形成在待裝配部件之一 的埋頭孔之中；該鉚釘在該裝配件的另一側(cè)用柱形物或墊圈來彌補(bǔ)鉚釘之間的差脹，鉚釘 膨脹較大，而由熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成的部件則膨脹很小。將鉚釘?shù)念^融合入存在于所述裝 配件一側(cè)的埋頭孔，可以獲得良好的空氣動(dòng)力性能。但是，只能在所述部件的所述一側(cè)獲得 良好的空氣動(dòng)力性能，這是因?yàn)榇嬖谟谒鲅b配件的另一側(cè)的柱形物和鉚釘體的一部分會(huì) 產(chǎn)生相當(dāng)大的拉力。
[0004] 另一方案用于制造變截面噴嘴的調(diào)節(jié)片，其在于用鉚釘將由熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成 的部件連接在一起，比如，以Fybrfest?^標(biāo)出售的鉚釘，所述鉚釘?shù)囊欢司哂蓄^而另一端 具有端部，所述端部被壓平以將所述部件扣緊。然而，用該類型的鉚釘，所述頭和該鉚釘體 的壓平部分從該裝配件的任一側(cè)伸出，從而伸出裝配件的流線之外。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一項(xiàng)使用一種或多種緊固件系統(tǒng)將由復(fù)合材料制成的部件 裝配在一起的解決方案，該緊固件系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù)大于由復(fù)合材料制成的部件的熱膨脹 系數(shù)，有必要使該緊固件系統(tǒng)對(duì)該裝配件的空氣動(dòng)力性能影響很小，甚至沒有影響。
[0006] 該目的是由一種裝配件來實(shí)現(xiàn)的，該裝配件包括由復(fù)合材料制成的第一部件和第 二部件，通過至少一個(gè)緊固件系統(tǒng)使一部件抵靠另一部件，所述緊固件系統(tǒng)包括螺栓和螺 母，所述螺栓具有延伸出螺紋部分的平頭，所述螺母具有延伸出柄的平頭，所述柄包括適于 與所述螺栓的螺紋部分配合的攻絲，所述螺栓的頭抵靠形成在所述第一部件中的埋頭孔， 所述螺母的頭抵靠形成在所述第二部件中的埋頭孔，在所述緊固件系統(tǒng)軸向膨脹期間，所 述緊固件系統(tǒng)適于使所述兩個(gè)頭中的至少一個(gè)向容納該兩個(gè)頭中的至少一個(gè)的埋頭孔傾 斜。
[0007] 因此，本發(fā)明的裝配件是由機(jī)械連接裝置制成的，所述機(jī)械連接裝置集成在連接 處的兩面，即，機(jī)械連接裝置不會(huì)伸出所述裝配在一起的部件的外表面之外。因此，本發(fā)明 的裝配件可浸入到高溫流的兩面，而不降低該連接系統(tǒng)的空氣動(dòng)力性能。
[0008] 此外，所用緊固件系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的在于：由該系統(tǒng)（高溫期間該系統(tǒng)會(huì)傾斜）的頭的 至少一個(gè)施加附加的夾持力，從而使得能夠?qū)γ恳痪o固件系統(tǒng)的膨脹(尤其是軸向膨脹)進(jìn) 行補(bǔ)償，且在溫度上升時(shí)保持夾持力。
[0009] 在根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的一實(shí)施例中，該緊固件系統(tǒng)的平頭的至少一個(gè)包括多 個(gè)徑向槽且具有一角度，該角度大于所述部件的容納該平頭的至少一個(gè)的埋頭孔的角度， 所述頭在所述埋頭孔中承受預(yù)應(yīng)力。因此，當(dāng)該裝配件暴露于高溫流之中時(shí)，該緊固件系統(tǒng) 膨脹，而先前處于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的該頭向容納該頭的埋頭孔傾斜。通過以這種方式傾斜，該頭 施加附加力，該附加力使得該緊固件系統(tǒng)能夠在高溫時(shí)保持其施加在所述部件上的夾持 力。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的一方面，所述螺栓和所述螺母由選自如下的至少一種材 料制成：Ineone丨? 625或718，Waspa丨oy?，Haynes? 282?, A286不銹鋼和任何其他高性 能鋼。
[0011] 在本發(fā)明另一實(shí)施例中，該緊固件系統(tǒng)包括橛子，該橛子在緊固系統(tǒng)中在該螺栓 的頭和該螺母的頭之間延伸；該橛子的熱膨脹系數(shù)大于所述螺栓和所述螺母的熱膨脹系 數(shù)。因此，當(dāng)該裝配件受到高溫時(shí)，例如，當(dāng)該裝配件浸入到燃燒氣體的熱流中，該橛子比該 緊固件系統(tǒng)膨脹得更加厲害，且該橛子分別通過其底端和頂端向該螺栓和該螺母的頭的內(nèi) 部部分施加推力。在該橛子軸向膨脹期間，所述頭向容納該投的埋頭孔傾斜，且每一頭對(duì)所 述部件施加力，從而使得該緊固件系統(tǒng)能夠在高溫時(shí)保持其施加在所述部件上的夾持力。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的一方面，所述螺栓和所述螺母由Inconel? 718(CTE6〇(fc =14.8)制成，而所述橛子由六286不銹鋼(配方26%了25且0^()()。(：=18)制成。根據(jù)本發(fā)明所 述裝配件的同一方面，所述螺栓和所述螺母由鈦（CTE6()()。c=9.9)制成，而所述橛子由 Waspal ( CTE6〇〇°c= 14 · 6)制成。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的另一方面，所述螺栓的頭和所述螺母的頭各自包括槽。 所述槽可在該橛子膨脹和收縮期間促進(jìn)所述頭的彈性變形。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的另一方面，所述第一部件和第二部件由陶瓷基復(fù)合材料 制成。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的又一方面，所述第一部件和第二部件各自具有小于3毫 米(mm)的厚度。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明所述裝配件的再一方面，所述第一部件和第二部件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的后 體部件。
【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)詳見本發(fā)明具體實(shí)施例(非限制性的，結(jié)合【附圖說明】）的 以下描述，圖中：
[0018] 圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝配件的透視示意圖；
[0019] 圖2A和圖2B分別是顯示冷卻時(shí)圖1中裝配件的剖視圖和俯視圖；
[0020]圖3A和圖3B分別是顯示圖1中裝配件暴露于高溫流時(shí)該裝配件的剖視圖和俯視 圖；
[0021 ]圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝配件的透視示意圖；
[0022] 圖5是顯示冷卻時(shí)圖4中裝配件的剖視圖；以及
[0023] 圖6是顯示圖4中裝配件暴露于高溫時(shí)該裝配件的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明以通用方式應(yīng)用于采用一種或多種緊固件系統(tǒng)的由復(fù)合材料制成的部件 之間的任何裝配件。該緊固件系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù)大于由復(fù)合材料制成的部件的熱膨脹系 數(shù)，有必要使該緊固件系統(tǒng)對(duì)該裝配件的空氣動(dòng)力性能產(chǎn)生很小沖擊力甚至不產(chǎn)生沖擊 力。
[0025] 用于裝配在一起的部件可具體由熱結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合(CMC)材料制成，例如，由增強(qiáng) 材料構(gòu)成的材料制成，該增強(qiáng)材料由耐火纖維(碳或陶瓷纖維）制成，該耐火纖維由也是耐 火材料的陶瓷基體(例如C/SiC、SiC/SiC或C/C-SiC等材料)來致密。所述部件也可由具有低 熱膨脹系數(shù)的其他熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成，例如C/C材料(增強(qiáng)材料和基體都由碳制成）。
[0026] 本發(fā)明的裝配件可特別地(但不限于）用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的全部或部分后體裝 配件，例如尾噴管(也稱為"排氣塞"）或可變截面噴嘴調(diào)節(jié)片。
[0027]圖1、2A、2B、3A和3B示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種裝配件。如圖1所示，由熱結(jié)構(gòu) CMC材料制成的兩個(gè)部件10和20之間的裝配件100本身是通過緊固件系統(tǒng)50來完成的，該緊 固件系統(tǒng)50包括置于孔11和孔21中的螺栓30和螺母40,所述孔11和孔21形成在所述部件10 和部件20之中。更準(zhǔn)確地，該螺栓30具有平頭31，從該平頭31延伸出螺紋部分32,該平頭31 容納在形成在部件10中的埋頭孔12之中。該螺母40也具有平頭41，從所述平頭41延伸出柄 42,所述柄42包括適于與所述螺栓30的螺紋部分32配合的攻絲43。所述螺母40的平頭41容 納在形成在部件20中的埋頭孔22之中。特別地，該螺母和該螺栓可由以下任一種材料制成： Inconel?625或718, Waspaloy?，.Haynes?