專利名稱：用于飛行器渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)壽命噴口導(dǎo)流板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飛行器渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)壽命噴口導(dǎo)流板(nozzle flap)，特別是由耐熱復(fù)合材料制成的用于飛行器渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)壽命噴口導(dǎo)流板。
眾所周知，在航空工業(yè)中，變截面噴口(variable section nozzle)用來(lái)引導(dǎo)推進(jìn)氣流，推進(jìn)氣流作為產(chǎn)生該氣流的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的速度的對(duì)應(yīng)變量。在下文，變截面噴口將被簡(jiǎn)稱為“噴口”。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利US 5 285 637中清楚地描述了一種精密噴口模型，包含(按照從前向后的順序)一收斂段和一發(fā)散段，這種噴口還承受一種由于推進(jìn)氣流的偏離而得到的“矢量”推進(jìn)力。存在更簡(jiǎn)易的噴口，其僅限于一個(gè)單獨(dú)的收斂段和/或呈非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，換句話說(shuō)，它們不能使推進(jìn)氣流偏離。在任何情況下，噴口都包含數(shù)個(gè)相鄰的導(dǎo)流板，以在推進(jìn)氣流周圍形成一種變截面的通道。導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)一般是一個(gè)長(zhǎng)的矩形薄板，鉸接在恰好位于其上游側(cè)的機(jī)械元件上。在某些特定情況下，導(dǎo)流板的形狀可能通常是等腰梯形，限制形狀是矩形。在收斂和發(fā)散噴口的情況下，位于收斂段的每個(gè)導(dǎo)流板在上游側(cè)連接到固定的結(jié)構(gòu)，并且在下游側(cè)連接到作為其延伸部分的發(fā)散段的導(dǎo)流板上。導(dǎo)流板的“內(nèi)部”表面，換句話說(shuō)，朝向噴口內(nèi)部的表面，部分或者完全地與下文稱為“熱氣流”的熱推進(jìn)氣流直接接觸。另一方面，相對(duì)應(yīng)的“外部”表面，換句話說(shuō)，朝向噴口外部的表面，部分或完全地與下文稱為“冷氣流”的冷空氣氣流直接接觸。
“受控型”導(dǎo)流板與“密封型”導(dǎo)流板之間有所不同。受控導(dǎo)流板連接到連接桿上，該連接桿使其朝向或者離開(kāi)噴口的幾何中心線，以改變其截面。受控導(dǎo)流板之間的可變寬度間隔被位于受控導(dǎo)流板和推進(jìn)氣流之間的密封導(dǎo)流板阻塞，密封導(dǎo)流板與受機(jī)械裝置和推進(jìn)氣流壓力控制的導(dǎo)流板保持接觸?？梢岳斫?，受控導(dǎo)流板上施加有很高的機(jī)械負(fù)荷。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，暴露于熱氣流中的導(dǎo)流板區(qū)域的溫度通常處于1000℃量級(jí)的狀態(tài)。因此，噴口導(dǎo)流板通常由耐熱金屬合金制成，換句話說(shuō)，可以抵抗高溫。但是，其壽命依然有限。
在所提出的一些解決方案中，如在文獻(xiàn)US 2 770 944中所提到的，需要一個(gè)具有雙層壁結(jié)構(gòu)的噴口導(dǎo)流板。上述方案的缺點(diǎn)主要在于雙層壁結(jié)構(gòu)通常用于使冷卻空氣在壁間的空隙中循環(huán)，但無(wú)論如何致冷，導(dǎo)流板上依然存在很大的溫差。
公知的耐熱復(fù)合材料是由嵌入耐熱基體(matrix)中的耐熱纖維構(gòu)成的。這種纖維和基體可由碳制成。該纖維和基體也可由諸如碳化硅(SiC)、鈦鋁化合物、鋁鋁化合物等這樣的陶瓷制品(ceramic)制成。盡管這種類型的材料有高的機(jī)械強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，但它們極易受溫度梯度的影響，這種溫度梯度由于它們的“玻璃”型破裂，將導(dǎo)致產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，所以這種類型的材料不太適于制造噴口導(dǎo)流板?！安ＡА毙推屏咽侵冈诔^(guò)材料的彈性極限的拉應(yīng)力的作用下，該材料就會(huì)突然破裂。如果采用具有高彈性模量或者楊式模量(Young’s modulus)、通常處于高溫下的復(fù)合耐熱材料，這樣的脆弱性會(huì)更加嚴(yán)重。
所進(jìn)行的嘗試的一種是使用耐熱復(fù)合材料制成長(zhǎng)矩形扁平薄板狀的導(dǎo)流板，其上固定有由耐熱金屬合金制成的連接元件。使用這種類型的導(dǎo)流板，在熱表面和冷表面間的溫差作用下，熱表面的膨脹會(huì)在冷表面上產(chǎn)生拉應(yīng)力，使冷表面容易破裂。在受控導(dǎo)流板的情況下，由于導(dǎo)流板的中部直接暴露于熱氣流中，而側(cè)邊緣通過(guò)密封導(dǎo)流板與熱氣流隔離，所以導(dǎo)流板中部的溫度比其側(cè)邊緣方向的溫度更高。因此，導(dǎo)流板中部的膨脹在邊緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力會(huì)引起破裂，這種破裂很容易向中部擴(kuò)散而使導(dǎo)流板斷裂。
結(jié)果，由于耐熱復(fù)合材料容易受溫度梯度的影響，并且這種溫度梯度在噴口導(dǎo)流板中是不可避免的，所以用這些材料制造的這些零件的嘗試不太成功。因此，本發(fā)明人面臨的問(wèn)題是使耐熱復(fù)合材料制成的噴口導(dǎo)流板具有真正更長(zhǎng)的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種噴口導(dǎo)流板，其卓越之處在于其由一個(gè)在沿直的幾何母線的橫切方向上是扁平的中空漸縮本體(hollow tapered body)構(gòu)成，所述漸縮本體形成一個(gè)厚度E近于恒定的薄壁，該薄壁被橫向劃分為四個(gè)鄰接的部分，即一個(gè)扁平的“熱”梯形壁；一個(gè)與所述熱壁平行的扁平的“冷”梯形壁；兩個(gè)從側(cè)面將所述冷壁和所述熱壁連接在一起的對(duì)稱側(cè)壁。所述壁包含一個(gè)連續(xù)的內(nèi)表面，其曲率半徑至少等于2×E，所述壁由一種耐熱復(fù)合材料制成，所述耐熱復(fù)合材料由連續(xù)的增強(qiáng)纖維組成，所述增強(qiáng)纖維由一種耐熱材料交叉制成，所述耐熱材料被嵌入由另一種耐熱材料制成的基體(matrix)中。
具有由復(fù)合材料制成的雙層壁的噴口導(dǎo)流板顯然未在已有技術(shù)中提出。其原因可能涉及以下因素仍具有溫度梯度，不能減少玻璃型斷裂的風(fēng)險(xiǎn)和利用復(fù)合材料的特定技術(shù)制成這種噴口導(dǎo)流板的難度。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)圓形邊緣連接到熱壁邊緣的側(cè)壁的存在完全改變了導(dǎo)流板對(duì)熱負(fù)荷的抵抗力。
可以預(yù)料到，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)流板將具有對(duì)玻璃型斷裂的良好的抵抗力。而且，復(fù)合材料的很小的熱傳導(dǎo)性會(huì)減小到冷壁的熱傳遞，由于可以增加熱壁兩側(cè)的溫差，所以不需要甚至不用借助這些壁之間的空氣循環(huán)進(jìn)行冷卻。
在一具體實(shí)施例中，該導(dǎo)流板包含一個(gè)稱為“上游元件”的連接件，其一端固定到一個(gè)插入導(dǎo)流板中的空腔中的嵌入件上(稱之為“上游”嵌入件)，所述嵌入件通過(guò)螺釘固定在與所述冷壁接觸的適當(dāng)位置，所述的冷壁部分夾持在所述螺釘?shù)念^部和所述的上游側(cè)嵌入件之間，所述螺釘穿過(guò)所述冷壁并擰入所述的上游嵌入件中。
在不排除所述第一實(shí)施例的另一個(gè)實(shí)施例中，該導(dǎo)流板包括一個(gè)稱為“下游元件”的連接件，其固定到一個(gè)“下游”嵌入件上；以及一個(gè)受迫與導(dǎo)流板外側(cè)的冷壁接觸的連接桿叉形接頭(clevis)，所述連接桿叉形接頭位于所述導(dǎo)流板的中部，所述下游嵌入件在所述導(dǎo)流板的內(nèi)部延伸直到所述連接桿叉形接頭的下面，所述下游嵌入件通過(guò)至少三個(gè)螺釘與所述冷壁固定接觸，螺釘?shù)念^部位于導(dǎo)流板的外表面上，所述螺釘穿過(guò)所述冷壁并擰入所述的下游嵌入件中，所述的三個(gè)螺釘中的一個(gè)還穿過(guò)所述連接桿叉形接頭，并將所述連接桿叉形接頭保持在與所述冷壁接觸的適當(dāng)位置。
導(dǎo)流板的隔熱性還取決于其厚度，換句話說(shuō)，取決于側(cè)壁的寬度。如果這些側(cè)壁包括圓形部分和扁平部分，對(duì)溫度上升產(chǎn)生更大的阻礙，那就很有利。
導(dǎo)流板的機(jī)械阻力有時(shí)必然會(huì)加強(qiáng)。該導(dǎo)流板還將包括通過(guò)曲率半徑為2×E的圓形部分連接梯形壁和平面壁的肋，這些肋也由耐熱復(fù)合材料制成，并且僅會(huì)造成一小部分熱量散失到冷壁。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是制造這種噴口導(dǎo)流板的方法，其包括用于生成具有交叉排列的連續(xù)邊緣的耐熱纖維的結(jié)構(gòu)的步驟；用于張緊圍繞剛性多孔部件的結(jié)構(gòu)的步驟，所述剛性多孔部件彼此相對(duì)，向內(nèi)彎曲，其凸部朝向發(fā)散方向，其曲率半徑至少等于2×E，其中E為所述結(jié)構(gòu)的厚度；以及用來(lái)通過(guò)在所述結(jié)構(gòu)上進(jìn)行汽相沉積并穿過(guò)所述剛性多孔部件沉積耐熱基體的步驟。
上面提到的這種用來(lái)制造具有肋支撐的導(dǎo)流板的方法的一個(gè)變通方法包括用來(lái)產(chǎn)生多個(gè)具有交叉排列的連續(xù)邊緣的耐熱纖維的結(jié)構(gòu)的步驟；用來(lái)張緊圍繞成對(duì)的剛性多孔部件的結(jié)構(gòu)的步驟，所述剛性多孔部件彼此相對(duì)，向內(nèi)彎曲，每對(duì)剛性多孔部件的凸部面對(duì)每一個(gè)壁向外朝向發(fā)散方向，剛性多孔部件的曲率半徑至少等于2×E，其中E為所述的在該剛性多孔部件上張緊的結(jié)構(gòu)之一的厚度；以及用于通過(guò)汽相沉積法在結(jié)構(gòu)上和穿過(guò)所述剛性多孔部件來(lái)沉積一種耐熱基體的步驟，所述結(jié)構(gòu)具有疊置的部分，并且所述基體連續(xù)穿過(guò)所述的疊置部分。


在閱讀實(shí)施例和附圖的細(xì)節(jié)之后，將會(huì)更好地理解本發(fā)明，其所具有的優(yōu)點(diǎn)也將更加清楚，其中圖1示出一個(gè)裝有連接元件的“受控”型導(dǎo)流板。
圖2示出沒(méi)有安裝其它設(shè)備的導(dǎo)流板。
圖3示出一個(gè)帶有其嵌入件的樞轉(zhuǎn)型上游連接件。
圖4示出一個(gè)帶有完整的端部件的同樣為樞轉(zhuǎn)型的下游連接件。
圖5和圖6示出一個(gè)球窩接頭型上游連接件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖7和圖8示出上游樞轉(zhuǎn)型連接件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖9和圖10示出不帶有完整的端部件的下游連接件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖11示出一個(gè)復(fù)雜的噴口導(dǎo)流板。
圖12示出一種制造這種導(dǎo)流板的方法。
圖13示出一種制造方法的實(shí)施例。
圖14示出另一種復(fù)雜噴口導(dǎo)流板的一個(gè)坯料。
圖15示出另一種復(fù)雜噴口導(dǎo)流板的一個(gè)坯料。
圖16示出用于一個(gè)具有肋支撐的導(dǎo)流板的一個(gè)端部件。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1和圖2進(jìn)行說(shuō)明。噴口導(dǎo)流板1的一側(cè)與熱推進(jìn)氣流4直接接觸(從上游側(cè)2到下游側(cè)3)，其另一側(cè)與冷氣流直接接觸。導(dǎo)流板1由一個(gè)橫向扁平的筒狀本體10構(gòu)成，用標(biāo)號(hào)11示出其上的一條幾何母線。本體10由一個(gè)厚度為E的整塊薄壁12構(gòu)成，換句話說(shuō)，是一個(gè)單件構(gòu)成的壁。薄壁12包含沿母線11的四個(gè)相鄰的成對(duì)部分。第一部分或熱壁13呈平面矩形狀，第二部分或冷壁14呈平面矩形狀，并且與所述熱壁13相對(duì)且平行。第三和第四部分由側(cè)壁15構(gòu)成且向外凸出。由壁12形成的內(nèi)部空腔標(biāo)記為16，壁12的內(nèi)表面以標(biāo)號(hào)17表示。壁12由耐熱復(fù)合材料制成。因此，該材料是由以交叉排列方式嵌入基體(matrix)中的連續(xù)耐熱纖維18構(gòu)成，該基體同樣也是耐熱的。以這種材料，內(nèi)表面17的曲率半徑R必須至少等于壁12的厚度E的2倍，以防止纖維層18在應(yīng)力下分層，換句話說(shuō)，防止由于基體破裂引起不同層的分離。因此，導(dǎo)流板高度H至少等于壁的厚度E的6倍。這種結(jié)構(gòu)能使薄導(dǎo)流板的寬度L1至少等于高度H的5倍。
一些纖維18a全部相互平行。在該實(shí)例中，纖維18以45°相對(duì)母線11傾斜。這種構(gòu)造特別用于短本體(壁)12。在長(zhǎng)本體(壁)12的情況下，最好將部分纖維18a平行于母線11排列，而將另一部分纖維18b垂直于母線11排列，以提高其彎曲強(qiáng)度。在所有情況下，都必須使足夠數(shù)量的層中具有相對(duì)母線11橫向圍繞本體10的纖維18。在實(shí)踐中，一半的纖維18a與另一半纖維18b以90°交叉。本體10用本領(lǐng)域的公知技術(shù)制造。纖維可以通過(guò)將其交叉纏繞在一個(gè)芯棒上或者通過(guò)應(yīng)用一種松散纖維的結(jié)構(gòu)來(lái)排列放置。所述的纖維的結(jié)構(gòu)可能是一個(gè)常規(guī)的布置。利用一種多層結(jié)構(gòu)，例如基于法國(guó)專利FR 2 759 096的優(yōu)先權(quán)的美國(guó)專利US 5 899 241中所公布的一種“2.5D”的纖維，可以有利地提高導(dǎo)流板的強(qiáng)度。
更詳細(xì)地參見(jiàn)圖2。在工作過(guò)程中，熱壁13至少部分與熱推進(jìn)氣流直接接觸，同時(shí)，與該熱壁13相對(duì)的冷壁14與冷氣流5直接接觸。因此，熱壁13相對(duì)于冷壁14膨脹，但由此傳遞到冷壁14上的與母線11橫向的張力被側(cè)壁15的變形減小，因此抵消了一部分張力。
本實(shí)例中示出有兩個(gè)密封導(dǎo)流板20，在側(cè)壁15附近與熱壁13相接觸。因此，熱壁13和密封導(dǎo)流板20在區(qū)域21接觸，側(cè)壁15不直接與熱氣流4接觸，因此更冷一些。但是，與單個(gè)平板不同，施加在接觸區(qū)域21內(nèi)的熱壁上的沿母線11方向的拉應(yīng)力由于側(cè)壁15的存在而減小，該側(cè)壁抵制了這種膨脹，并因此抵制了產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。換句話說(shuō)，拉應(yīng)力被分散在接觸區(qū)域21和側(cè)壁15上，這減小了拉應(yīng)力的最大值。
因此，這種導(dǎo)流板明顯地減少了由溫度梯度引起的拉應(yīng)力，能夠采用諸如上面提到的具有玻璃型破裂性質(zhì)的耐熱復(fù)合材料，解決了出現(xiàn)的問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)流板的優(yōu)點(diǎn)是其重量比由耐熱復(fù)合材料制成的板形同類產(chǎn)品的重量更小。由于彎曲強(qiáng)度高10倍以上，所以，由7mm厚的實(shí)心板制成的導(dǎo)流板可由根據(jù)本發(fā)明制成的壁厚僅2mm的導(dǎo)流板代替，而熱壁14和冷壁13的總厚度僅為2mm+2mm＝4mm。
根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)流板的優(yōu)點(diǎn)還有，它以兩種方式提供了一種減小噴口紅外線信號(hào)的裝置。首先，由于導(dǎo)流板的中空結(jié)構(gòu)，冷壁14能夠更好地與熱壁13熱隔絕。
再次參見(jiàn)圖1。導(dǎo)流板1在上游側(cè)2附近裝設(shè)有一個(gè)球窩接頭型的上游連接件30，該連接件30固定到一個(gè)上游嵌入件31上，嵌入件31由三條高度大于寬度的肋、一個(gè)將這些肋32彼此橫向連接并且提供側(cè)面剛度的壁33，以及兩個(gè)凸臺(tái)34組成。連接件是指當(dāng)連接拆開(kāi)后依然保持固定在導(dǎo)流板上的連接部分。上游連接件30、上游嵌入件31及其由此確定的構(gòu)成部分形成一個(gè)整體，或者單一零件、組件。上游嵌入件31設(shè)置在位于導(dǎo)流板1的上游側(cè)2上的內(nèi)腔16中。上游嵌入件31通過(guò)兩個(gè)螺釘35與冷壁14保持接觸，由于螺釘35的頭部位于導(dǎo)流板1的外面，這些螺釘35穿過(guò)冷壁14并擰入凸臺(tái)34中。換句話說(shuō)，冷壁14部分夾持在螺釘頭部35和嵌入件之間。螺釘35被有利地分開(kāi)，從而每一個(gè)都固定在一個(gè)側(cè)壁15附近的位置，這樣冷壁不再受到與母線11橫向的彎曲應(yīng)力，這種力量受到拐角部的抵制，該拐角部由在該位置與側(cè)壁15鄰接的冷壁14以及該側(cè)壁15形成。
導(dǎo)流板1還裝設(shè)有一個(gè)樞轉(zhuǎn)型的下游連接件40，該下游連接件40連接到一個(gè)下游嵌入件41上，與其一起形成一單一件裝置。該下游連接件40偏置在冷壁14一側(cè)的導(dǎo)流板外側(cè)。該下游連接件40能依照與母線11垂直、與冷壁14平行、并且與該冷壁14大約在一條直線上的幾何軸線40a為樞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)流板1還裝設(shè)有一個(gè)連接桿叉形接頭42，用來(lái)在導(dǎo)流板1的外部與冷壁14接觸，該連接桿叉形接頭42位于導(dǎo)流板1的中部，到兩側(cè)壁15的距離相等。
下游嵌入件41在導(dǎo)流板1的內(nèi)部延伸直到連接桿叉形接頭42的下面。下游嵌入件41通過(guò)三個(gè)螺釘43固定與冷壁14接觸，由于螺釘35的頭部位于導(dǎo)流板1的外側(cè)，這些螺釘穿過(guò)冷壁14并分別擰入下游嵌入件41的凸臺(tái)44上。由于在螺釘35固定上游嵌入板31的情況下已經(jīng)提到的原因，這三個(gè)螺釘43中的兩個(gè)靠近下游連接件40并彼此分開(kāi)，從而每個(gè)螺釘都靠近一個(gè)側(cè)壁安置。第三個(gè)螺釘43也穿過(guò)連接桿叉形接頭42以使其與冷壁14保持接觸。可以理解，在工作過(guò)程中，通過(guò)連接桿(未示出)，連接桿叉形接頭42能夠操縱導(dǎo)流板1。
下游嵌入件41通過(guò)一叉狀部件45也向上游側(cè)2延伸，用于該叉狀部件的分叉在連接桿叉形接頭42下穿過(guò)，可以防止冷壁14在由連接桿叉形接頭42傳遞到冷壁14上的力的作用下彎曲，因此叉狀部件45抵制了這種力。圖9中下游嵌入件41的標(biāo)號(hào)為46的表面與具有互補(bǔ)形狀的冷壁14相接觸，所以在實(shí)踐中為平面。
仍然是在本實(shí)例中，導(dǎo)流板1通過(guò)端部件45向下游方向3延伸，這是壁12的延伸，更準(zhǔn)確的說(shuō)，是熱壁13和側(cè)壁15的延伸，這種延伸總是沿母線11的方向。在操作過(guò)程中，下游端部件45進(jìn)一步朝下游方向3引導(dǎo)熱氣流4，由于下游端部件45穿過(guò)下游連接件40和熱氣流4之間，從而保護(hù)了下游連接件40。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在操作過(guò)程中使附加螺釘35、43與熱氣流4完全隔離，由于熱壁13在螺釘和熱氣流之間穿過(guò)，所以這些螺釘必須是金屬的。參見(jiàn)圖3，所示為一上游連接件30的實(shí)例，在這種情況下，該元件繞幾何軸30a轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸垂直于母線11，平行于熱壁13和冷壁14，并且位于用于限定熱壁13和冷壁14的母線11的中間距離處。該圖還示出插入在導(dǎo)流板1中并通過(guò)兩個(gè)螺釘35與冷壁14固定接觸的上游嵌入件31。
參見(jiàn)圖4，所示為一個(gè)下游端部件45的實(shí)例，在這種情況下，下游端部件45由下游嵌入件41的下游延伸部分3構(gòu)成。下游端部件45通過(guò)與幾何樞轉(zhuǎn)軸線40a垂直的平面肋50而變得堅(jiān)實(shí)，這些肋50的上游部分沿幾何樞轉(zhuǎn)軸線40a上開(kāi)有孔，從而形成下游連接件40。
參見(jiàn)圖5和圖6，示出球窩接頭型的連接件30與上游嵌入件31的結(jié)合狀態(tài)的更精確的視圖。參見(jiàn)圖7和圖8，在樞轉(zhuǎn)型連接件30繞幾何軸線30a轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下來(lái)看這些相同的部件。
最后，參見(jiàn)圖9和圖10，是下游嵌入件41和下游連接件40的更精確的視圖。在某些使用中，導(dǎo)流板1可以是更一般的扁平面漸縮形狀的，熱壁13和冷壁14是梯形的，最好(但非必須)是等腰梯形，同時(shí)，側(cè)壁15不再平行。上游和下游嵌入件31、41上可以鉆孔，以允許冷空氣流進(jìn)入導(dǎo)流板內(nèi)部。
這樣，如上面所述的導(dǎo)流板1，由于冷壁14和熱壁13，特別是熱壁13具有較大的側(cè)面延伸部分，所以具有一些缺點(diǎn)。施加在熱壁上的氣壓在某些時(shí)候可能會(huì)引起變形，這種變形會(huì)增加位于熱壁13的圓形邊緣的層狀結(jié)構(gòu)之間的彎曲和切應(yīng)力以及振動(dòng)。圖11示出的噴口導(dǎo)流板減少了這些缺陷。噴口導(dǎo)流板的標(biāo)號(hào)為50，由于在側(cè)壁15之間存在多個(gè)肋51將冷壁14連接到熱壁13上，噴口導(dǎo)流板50與以前的噴口導(dǎo)流板不同。在本例中，具有四個(gè)肋51。它們的伸長(zhǎng)方向基本與側(cè)壁15相同。它們也可以制成像側(cè)壁15一樣，具有圓形邊緣52，內(nèi)部曲率半徑至少等于厚度的兩倍。再一次避免了在熱壁13的連接處產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力。
圖12所示為僅具有一對(duì)肋51的導(dǎo)流板，該圖詳細(xì)示出制造這種噴口導(dǎo)流板的方法。選用這種更簡(jiǎn)易的構(gòu)造是為了避免使圖面過(guò)于復(fù)雜，但顯然該方法能用于圖11中的實(shí)施例或者用于其它后面所述的實(shí)施例。
導(dǎo)流板50的壁首先是由交叉排列的耐熱纖維組成的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下有兩種這樣的結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)(texture)53被布置在另一種結(jié)構(gòu)54的內(nèi)部。而且，一對(duì)張力部件與每一種結(jié)構(gòu)53和54配合，對(duì)其張緊以在這些部件之間形成平面區(qū)域，這將形成熱壁和冷壁。結(jié)構(gòu)53的張力部件(tensioning sections)的標(biāo)號(hào)為55，結(jié)構(gòu)54的張力部件的標(biāo)號(hào)為56。每對(duì)張力部件55和56彼此相對(duì)，并且它們的部件在凸部向外彎曲，從而結(jié)構(gòu)53和54呈與側(cè)壁15和肋51同樣的形狀，至少在其邊緣部處是圓形的。張力部件的壁55和56之間的間距通過(guò)一個(gè)任何特性的間隔件57保持不變。最后，這些張力部件55和56是帶穿孔的或者是多孔的，那些微孔以標(biāo)號(hào)58標(biāo)出。成對(duì)的張力部件55和56對(duì)稱排列到公共平面(commonplane)上。
因此，結(jié)構(gòu)53和54形狀呈扁平的套筒狀。它們通過(guò)其位于張力部件55和56之間的平面表面彼此接觸。實(shí)踐中要注意它們是由將其相對(duì)邊緣折疊并接在一起的纖維板制成。如此得到的接合線59是縫合而成或釘制而成的。該接合線也可以被擠壓在金屬連接件60的相對(duì)元件之間，該連接件60有利地支撐一個(gè)控制連接桿叉形接頭61，如圖13所示。最后，接合線59可以鄰接或相對(duì)。在結(jié)構(gòu)53和54接觸時(shí)，通過(guò)將其縫合或釘制在一起，可以獲得更好的結(jié)合力，盡管這并非必須的。在所有變通例中，復(fù)合材料都可以通過(guò)汽相沉積法在結(jié)構(gòu)53和54上沉積基體材料來(lái)產(chǎn)生?；w材料逐漸滲透到結(jié)構(gòu)53和54的纖維網(wǎng)絡(luò)中，還穿過(guò)孔58，防止張力部件55和56由于停止沉積材料而削弱側(cè)壁15和肋51。經(jīng)過(guò)該壓實(shí)步驟，該混合物可通過(guò)在爐中加熱而硬化。同樣的方法也用于使用一個(gè)單一結(jié)構(gòu)和一個(gè)單一的張力部件的壁來(lái)制造無(wú)肋的導(dǎo)流板。
因此，張力部件55和56確定側(cè)壁15和肋51的形狀，包括在圓形邊緣處的形狀。結(jié)構(gòu)在其平面部分的延伸部分進(jìn)行的疊置使熱壁和冷壁13和14在中間處更厚。該更大的厚度增強(qiáng)了導(dǎo)流板50對(duì)繞切線方面的彎曲的抵抗。其缺點(diǎn)是基體材料在結(jié)構(gòu)疊置部中間部位的沉積更加困難，但這可通過(guò)幾個(gè)壓實(shí)步驟逐步移動(dòng)來(lái)完成。
參見(jiàn)圖14，描述了另一種構(gòu)造。兩對(duì)張力部件70和71用于三個(gè)結(jié)構(gòu)62、63和64，其中最后一個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)繞其它兩個(gè)并排的結(jié)構(gòu)。部件70張緊了結(jié)構(gòu)62，部件71張緊了結(jié)構(gòu)63。而且，并排的這些端部件70和71也張緊結(jié)構(gòu)64，并且兩個(gè)彼此相對(duì)的中間部件60和61使結(jié)構(gòu)62和63在內(nèi)部端相互接觸。同樣的制造方法將形成一種具有一個(gè)特別堅(jiān)固的中間肋的噴口導(dǎo)流板，這是由于其將通過(guò)成對(duì)的圓形邊緣連接熱壁和冷壁。
圖15中示出了其它類型的實(shí)施例。噴口導(dǎo)流板將基本上由一個(gè)第一結(jié)構(gòu)75(作為實(shí)例，結(jié)構(gòu)75具有與結(jié)構(gòu)54相似的形狀)、一個(gè)內(nèi)部呈波浪形的結(jié)構(gòu)76(結(jié)構(gòu)76具有兩個(gè)位于熱壁13側(cè)面的肋77)、一個(gè)位于冷壁14中部下面的條帶78和兩個(gè)將條帶78連接到肋77上的兩個(gè)斜肋79形成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)76可以分別被部分地施壓和壓實(shí)以在第一結(jié)構(gòu)75圍繞其纏繞之前硬化。
第三結(jié)構(gòu)80沿側(cè)壁15和冷壁14從一個(gè)肋77向另一個(gè)肋延伸，能夠完成該導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)冷壁14。其可以縫合到，也可以不縫合到內(nèi)部結(jié)構(gòu)76上。結(jié)構(gòu)75、76和80隨后被壓實(shí)，以與其它實(shí)施例同樣的方式，利用一對(duì)端部與張力部件56相似的張力部件81制成噴口導(dǎo)流板。
圖16示出一種完成帶肋的噴口導(dǎo)流板的方法，作為實(shí)例，如圖12中的那樣，用于完成機(jī)械連接部分。上游嵌入件82插入導(dǎo)流板中，其自身呈叉狀，并包括一個(gè)接合在兩個(gè)肋51之間的中間齒83和兩個(gè)接合在肋51和側(cè)壁15之間和兩個(gè)側(cè)壁之間的側(cè)齒84。冷壁14夾在一個(gè)固定到上游嵌入件上的平板85和所述齒83和84之間，所有這些元件上都設(shè)有穿孔86，用于穿過(guò)緊固的螺釘(未示出)，將該組件夾在一起。
在此處所示出的限制范圍內(nèi)，噴口導(dǎo)流板還可以包括更大或更小的曲率半徑。小曲率半徑通常是優(yōu)選的。
對(duì)于具有確定長(zhǎng)度的平面部分的熱壁13，如果側(cè)壁15具有小的圓角半徑，并且熱壁13的熱梯度較低，則密封導(dǎo)流板20覆蓋熱壁13的一個(gè)較窄的部分；當(dāng)噴口處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，因?yàn)樗鼈兏瑖娍趯?dǎo)流板可以彼此更加靠近，關(guān)閉更好。
但是，如果圓形部分的曲率半徑較小，那么，在熱壁13和冷壁14之間必須保持足夠的距離以限制熱傳遞，從而使側(cè)壁15通常以一定的寬度位于一個(gè)平面位置。因此，所有前面的實(shí)施例都可以用圖1(小曲率半徑)或圖11(大曲率半徑)中的導(dǎo)流板的實(shí)例來(lái)構(gòu)建。
噴口導(dǎo)流板的具體布置包括固定到冷壁14上的由鈦制成的金屬部件。由于這種金屬(鈦)的重量輕，所以在航空及其它領(lǐng)域很受歡迎，但其沒(méi)有很強(qiáng)的抗熱性。然而，應(yīng)用本發(fā)明，在熱壁13和冷壁14之間可以得到400℃的溫差(例如熱壁13和冷壁14分別處于1000℃和600℃)，這被證明可用于連接件60、叉形接頭61等。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于飛行器渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口導(dǎo)流板，其特征在于，所述噴口導(dǎo)流板由一個(gè)中空漸縮本體(10)構(gòu)成，所述本體在沿著直的幾何母線(11)的橫向方向上是扁平的，所述本體(10)形成具有基本固定的厚度E的薄壁(12)，所述薄壁(12)被橫向劃分為四個(gè)鄰接的部分，即一個(gè)平面梯形“熱”壁(13)；一個(gè)扁平梯形“冷”壁(14)，所述冷壁與所述熱壁(13)平行；以及兩個(gè)對(duì)稱的側(cè)壁(15)，所述側(cè)壁從側(cè)面將所述冷壁(13)和所述熱壁(14)連接在一起；所述薄壁(12)包含連續(xù)的內(nèi)表面(17)，其曲率半徑至少等于2×E，所述薄壁(12)由一種耐熱復(fù)合材料制成，所述耐熱復(fù)合材料由連續(xù)的增強(qiáng)纖維(18)組成，所述增強(qiáng)纖維由一種耐熱材料交叉制成，所述增強(qiáng)纖維(18)被嵌入由另一種耐熱材料制成的基體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于，其包含一個(gè)稱為“上游”元件的連接件(30)，所述連接件一端固定到一個(gè)稱為“上游”嵌入件的嵌入件(31)上，所述嵌入件(31)被插入所述導(dǎo)流板(1)中的空腔(16)，并通過(guò)螺釘(35)固定在與所述冷壁(14)接觸的適當(dāng)位置，所述冷壁(14)部分夾持在所述螺釘頭部(35)和所述上游嵌入件(31)之間，所述螺釘(35)穿過(guò)所述冷壁(14)并擰入所述上游嵌入件(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于，其包括一個(gè)稱為“下游”元件的連接件(40)，所述下游元件被固定到一個(gè)“下游”嵌入件(41)上；以及一個(gè)連接桿叉形接頭(42)，所述連接桿叉形接頭受迫與所述導(dǎo)流板(1)外部的冷壁(14)接觸，所述連接桿叉形接頭(42)位于所述導(dǎo)流板(1)的中部，所述下游嵌入件(41)在所述導(dǎo)流板(1)的內(nèi)部延伸，直到所述導(dǎo)流板(1)的中部下面，直到所述連接桿叉形接頭(42)的下面，所述下游嵌入件(41)通過(guò)至少三個(gè)螺釘(43)與所述冷壁(14)固定接觸，所述螺釘?shù)念^部位于所述導(dǎo)流板(1)的外表面上，所述螺釘(43)穿過(guò)所述冷壁(14)并擰入所述下游嵌入件(41)，所述的三個(gè)螺釘(43)中的一個(gè)還穿過(guò)所述連接桿叉形接頭(42)，并將所述連接桿叉形接頭保持在與所述冷壁(14)接觸的適當(dāng)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)流板，其特征在于，所述側(cè)壁(15)包括通過(guò)所述內(nèi)表面(17)上的曲率半徑至少等于2×E的圓形部分連接到梯形扁平壁(13、14)的扁平部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)流板，其特征在于，其包括用于連接梯形平面壁(13、14)的肋，所述肋基本平行于所述側(cè)壁，并通過(guò)所述內(nèi)表面(17)上的曲率半徑至少等于2×E的圓形部分連接到所述梯形平面壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)流板，其特征在于，所述梯形平面壁的厚度從所述側(cè)壁向中間帶遞增。
7.用于制造噴口導(dǎo)流板的方法，包括用于形成具有交叉布置的耐熱纖維的連續(xù)邊緣的結(jié)構(gòu)的步驟；用于張緊圍繞剛性多孔部件的結(jié)構(gòu)的步驟，所述剛性多孔部件彼此相對(duì)，向內(nèi)彎曲，其凸部朝向發(fā)散方向，其曲率半徑至少等于2×E，其中E為所述結(jié)構(gòu)的厚度；以及用來(lái)通過(guò)在所述結(jié)構(gòu)上進(jìn)行汽相沉積并穿過(guò)所述剛性多孔部件來(lái)沉積耐熱基體的步驟。
8.用于制造噴口導(dǎo)流板的方法，包括用于產(chǎn)生交叉布置的耐熱纖維的連續(xù)邊緣的多個(gè)結(jié)構(gòu)(53、54、62、63、64)的步驟；用于張緊圍繞成對(duì)的剛性多孔部件(55、56、70、71)的結(jié)構(gòu)的步驟，所述剛性多孔部件彼此相對(duì)，向內(nèi)彎曲，每對(duì)剛性多孔部件的凸部都朝向發(fā)散方向，其曲率半徑至少等于2×E，其中E為在所述剛性多孔部件上張緊的結(jié)構(gòu)之一的厚度；以及用于通過(guò)在所述結(jié)構(gòu)上進(jìn)行汽相沉積并穿過(guò)所述剛性多孔部件來(lái)沉積一種耐熱基體的步驟，所述結(jié)構(gòu)具有疊置部分，并且所述基體連續(xù)通過(guò)所述疊置部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述成對(duì)的剛性多孔部件在公共平面對(duì)稱排列，并且所述結(jié)構(gòu)的疊置部分是扁平的且位于成對(duì)的剛性多孔部件之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，其包括一個(gè)用于在進(jìn)行所述汽相沉積之前將結(jié)構(gòu)彼此結(jié)合并且在所述疊置部分結(jié)合的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，通過(guò)以下步驟來(lái)連續(xù)制造所述結(jié)構(gòu)或所述多個(gè)結(jié)構(gòu)折疊一交叉的纖維薄片，使所述薄片的兩個(gè)相對(duì)邊緣結(jié)合在一起，并將所述兩個(gè)邊緣通過(guò)連接件(60)固定在一起。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于飛行器渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)壽命噴口導(dǎo)流板，這種導(dǎo)流板的卓越之處在于其由一個(gè)沿與直母線(11)橫向的方向扁平的中空漸縮本體(10)構(gòu)成，所述本體(10)形成一個(gè)厚度E近于恒定的薄壁(12)，所述薄壁(12)包含一個(gè)連續(xù)的內(nèi)表面，其曲率半徑至少等于2×E，所述薄壁(12)由一種耐熱復(fù)合材料制成，該耐熱復(fù)合材料由嵌入一種也是由一種耐熱材料制成的基體中的增強(qiáng)纖維(18)組成，所述增強(qiáng)纖維(18)被如此設(shè)置使得所述纖維(18)的多個(gè)連續(xù)的層彼此堆疊，且一個(gè)層中的纖維(18a)與任意鄰近層中的纖維(18b)交叉排列。
文檔編號(hào)F02K1/00GK1538051SQ20041004259
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者蒂埃里·潘科, 蒂埃里 潘科, 巴雷, 埃爾韋·巴雷, 科爾班, 克洛德·科爾班, 娜 布朗夏爾, 斯特凡娜·布朗夏爾 申請(qǐng)人:斯奈克瑪馬達(dá)公司