CN106988799B - 集成到复合结构中的金属附接系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及集成到复合结构中的金属附接系统，具体涉及限定在第一表面（108，174）和第二表面（110，176）之间延伸的构件开孔（112，180）的复合构件（64，68）。复合构件包括具有定位在构件开孔中的插件环形壁（138）的插件（120，120a，120b）。插件环形壁（138）限定贯穿其的插件开孔（150）。插件凸缘（140）从插件环形壁（138）沿径向向外延伸并且接触复合构件（64，68）的第一表面（108，174）。相比于由复合构件（64，68）所限定的构件开孔（112，180）的最小直径（218，220），插件凸缘（140）包括为大约1.5倍至大约5倍的直径（170）。

Description

集成到复合结构中的金属附接系统

技术领域

本主题总体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的附接组件。

背景技术

燃气涡轮发动机典型地包括压缩机区段、燃烧器区段、涡轮区段，以及排出区段。转子轴可旋转地联接压缩机区段和涡轮区段。在这方面，压缩机区段压缩进入燃气涡轮发动机的空气。该压缩空气在燃烧器区段中与燃料混合以形成空气和燃料的混合物，当点燃时该混合物产生热排出气体。这些热排出气体然后流经自其提取动能的涡轮区段。这继而使转子轴旋转，该转子轴提供必要的机械能至压缩机区段以压缩引入的空气。在流经涡轮区段后，热排出气体经由排出区段离开燃气涡轮发动机。

在具体构造中，排出区段可包括联接至涡轮区段后机架的中心体。限定热气体路径的构件例如中心体可由陶瓷基复合（“CMC”）材料或者能够耐受长期暴露于热燃烧气体的其它复合材料构成。从热气体路径沿径向向内或沿径向向外定位的构件例如涡轮区段后机架典型地相比于沿着热气体路径的构件经受更低的温度。在这方面，这些构件可由适合的金属材料构成。

典型地在燃气涡轮发动机中用于将复合构件（例如，CMC中心体）联接至另一构件（例如，涡轮区段的金属后机架）的常规附接系统需要对复合构件进行机加工。这是一种耗时且花费高昂的过程，当构建燃气涡轮时该过程导致制造时间和成本上升。因此，用于将复合燃气涡轮发动机构件联接至另一燃气涡轮构件的附接组件，其消除了对于复合构件进行机加工的需要，将是受欢迎的技术。

发明内容

本发明的方面和优点将在下文描述中部分地阐述，或者可根据该描述是显而易见的，或者可通过实施本发明而懂得。

文中所公开的附接组件消除了对于在将复合燃气涡轮构件联接至另一燃气涡轮构件时机加工复合燃气涡轮构件的需要。在这方面，文中所公开的附接组件相比于常规附接组件使得制造时间和成本下降。

在一个方面，本公开内容涉及一种复合构件，其限定在第一表面和第二表面之间延伸的构件开孔（aperture）。复合构件包括插件（insert），其具有定位在构件开孔中的插件环形壁。插件环形壁限定贯穿其的插件开孔。插件凸缘从插件环形壁沿径向向外延伸并且接触复合构件的第一表面。相比于由复合构件所限定的构件开孔的最小直径，插件凸缘包括为大约1.5倍至大约5倍的直径。

在另一方面，本公开内容涉及用于燃气涡轮的附接组件。附接组件包括限定第一开孔的第一构件和至少部分地叠盖第一构件的第二构件。第二构件包括第一表面和第二表面并且限定在第一表面和第二表面之间延伸的第二开孔。插件包括定位在第二构件的第二开孔中的插件环形壁和从插件环形壁沿径向向外延伸的插件凸缘。插件凸缘邻近第二构件的第一表面，并且插件环形壁限定贯穿其的插件开孔。衬套（bushing）包括定位在第二构件的第二开孔中的衬套环形壁以及从衬套环形壁沿径向向外延伸的衬套凸缘，该衬套环形壁限定贯穿其的衬套开孔。弹簧垫圈定位在第二构件的第二表面和衬套凸缘之间。紧固件联接第一构件和第二构件，使得第一开孔、插件开孔、衬套开孔以及第二开孔接收紧固件。

本公开内容的又一方面涉及形成复合构件的方法。该方法包括使多个树脂浸渍层片在插件的插件凸缘上成层以形成复合构件。复合构件和插件共同固化。一旦固化，复合构件限定插件环形壁定位在其中的开孔以及设置成环向地围绕开孔并在其中接收插件凸缘的腔体。

具体地，本发明公开了如下技术方案。

技术方案1.一种限定在第一表面和第二表面之间延伸的构件开孔的复合构件，所述复合构件包括插件，所述插件包括：

定位在所述构件开孔中的插件环形壁，所述插件环形壁限定贯穿其的插件开孔；以及

从所述插件环形壁沿径向向外延伸的插件凸缘，其中，所述插件凸缘接触所述复合构件的第一表面，并且其中，相比于由所述复合构件限定的构件开孔的最小直径，所述插件凸缘包括为大约1.5倍至大约5倍的直径。

技术方案2.根据技术方案1所述的复合构件，其特征在于，所述插件包括金属超级合金以及所述复合构件包括CMC。

技术方案3.根据技术方案1所述的复合构件，其特征在于，所述插件与所述复合构件共同固化，使得所述插件凸缘和所述插件环形壁的一部分连结至所述复合构件的第一表面。

技术方案4.根据技术方案1所述的复合构件，其特征在于，相比于由所述复合构件所限定的构件开孔的最小直径，所述插件凸缘包括为大约1.5倍至大约3倍的直径。

技术方案5.根据技术方案1所述的复合构件，其特征在于，所述复合构件的第一表面限定围绕所述复合构件的构件开孔环向地定位的腔体，并且其中，所述插件凸缘定位在所述腔体内。

技术方案6.根据技术方案1所述的复合构件，其特征在于，所述插件包括在所述插件环形壁和所述插件凸缘之间的第一半径，所述第一半径小于所述插件环形壁的长度，并且其中，所述插件凸缘的径向外表面包括第二半径，所述第二半径在大约0.05英寸至0.5英寸之间。

技术方案7.一种用于燃气涡轮的附接组件，包括：

限定第一开孔的第一构件；

至少部分地叠盖所述第一构件的第二构件，其中，所述第二构件包括第一表面和第二表面并且限定在所述第一表面和所述第二表面之间延伸的第二开孔；

插件，所述插件包括定位在所述第二构件的第二开孔中的插件环形壁和从所述插件环形壁沿径向向外延伸的插件凸缘，其中，所述插件凸缘邻近所述第二构件的第一表面，并且其中，所述插件环形壁限定贯穿其的插件开孔；

衬套，所述衬套包括定位在所述第二构件的第二开孔中的衬套环形壁以及从所述衬套环形壁沿径向向外延伸的衬套凸缘，其中，所述衬套环形壁限定贯穿其的衬套开孔；

弹簧垫圈，所述弹簧垫圈定位在所述第二构件的第二表面和所述衬套凸缘之间；以及

紧固件，所述紧固件联接所述第一构件和所述第二构件，其中，所述第一开孔、所述插件开孔、所述衬套开孔以及所述第二开孔接收所述紧固件。

技术方案8.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述第一构件为金属涡轮后机架以及所述第二构件为复合中心体。

技术方案9.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述第一构件为复合前中心体以及所述第二构件为复合后中心体。

技术方案10.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述插件凸缘的直径相比于所述插件环形壁的长度相对较大。

技术方案11.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述紧固件包括沿轴向与所述衬套凸缘间隔开的头部。

技术方案12.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述附接组件还包括：

叶片密封件，所述叶片密封件定位在所述第一构件和所述插件凸缘或所述第二构件之间。

技术方案13.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述附接组件还包括：

套环，所述套环定位在所述第一构件的第一开孔中用于通过螺纹接合所述紧固件。

技术方案14.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述附接组件还包括：

背衬垫圈，所述背衬垫圈定位在所述弹簧垫圈和所述第二构件之间。

技术方案15.根据技术方案7所述的附接组件，其特征在于，所述衬套、所述弹簧垫圈以及所述紧固件是金属的。

技术方案16.一种形成复合构件的方法，所述方法包括：

使多个树脂浸渍层片在插件的插件凸缘上成层以形成复合构件；以及

使所述复合构件和插件共同固化；

其中，一旦固化，所述复合构件限定插件环形壁定位在其中的开孔以及设置成环向地围绕所述开孔并且在其中接收插件凸缘的腔体。

技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使所述复合构件和插件在烧结炉中共同烧结。

技术方案18.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将弹簧垫圈环向地围绕由所述复合构件所限定的开孔定位；以及

通过螺纹联接衬套至所述插件。

技术方案19.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述树脂浸渍层片包括在硅氧烷基体中的多个氧化物纤维。

技术方案20.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述插件包括金属超级合金。

参照下文描述和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会更好理解。结合在本说明书中并构成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并且连同描述一起用于阐释本发明的原理。

附图说明

本发明针对本领域普通技术人员而言全面并能够实施的公开内容（包括其最佳方式）在参照附图的说明书中阐述，附图中：

图1为根据文中所公开实施例的用于在航空器中使用的涡轮风扇发动机的一个实施例的截面视图；

图2为可结合文中所公开的各种实施例的如图1中所示涡轮风扇发动机的低压涡轮区段和排出区段的截面侧视图；

图3为涡轮后机架和前中心体的截面侧视图，显示涡轮后机架开孔和前中心体开孔对齐以便接收文中所公开的附接组件的一个实施例；

图4为附接组件的一个实施例的截面视图，显示插件和衬套；

图5为插件的一个实施例的截面视图，显示插件环形壁、插件凸缘，以及插件开孔；

图6为衬套的一个实施例的截面视图，显示衬套环形壁、衬套凸缘，以及衬套开孔；

图7为前中心体和后中心体的截面侧视图，显示前中心体开孔和后中心体开孔对齐以便接收文中所公开的附接组件的一个实施例；

图8为附接组件的一个实施例的截面视图，显示一对插件和一对衬套；以及

图9为根据文中所公开实施例的显示用于形成附接组件的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的当前实施例，其一个或更多实例在附图中例示。详细描述使用数字和字母标记来指代图中的特征。图和描述中的相同或类似标记用来指代本发明的相同或类似部分。如文中所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用以区分一个构件与另一构件而非意图表示单独构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”是指关于流体通路中的流体流的相对流动方向。例如，“上游”是指流体自其流动的流动方向，而“下游”是指流体向其流动的流动方向。

现在参看附图，图1显示根据文中所公开实施例的用于在航空器中使用的涡轮风扇燃气涡轮发动机10（“涡轮风扇发动机10”）的一个实施例的截面视图。涡轮风扇发动机10包括贯穿其延伸用于参照目的的纵向或轴向中心线轴线12。

一般来讲，涡轮风扇发动机10可包括核心燃气涡轮发动机14和定位在其上游的风扇区段16。核心发动机14可总体上包括限定环形入口20的大致管状外部壳体18。此外，外部壳体18还可包封和支承低压压缩机区段22以便将进入核心发动机14的空气的压力提升至第一压力水平。高压、多级、轴流式压缩机区段24随后可接收来自低压压缩机区段22的加压空气并且进一步地提升此种空气的压力。离开高压压缩机区段24的加压空气随后可流动至燃烧器26，在该燃烧器内燃料喷射到加压空气流中，并且所得的混合物在燃烧器26内燃烧。高能燃烧产物从燃烧器26沿着涡轮风扇发动机10的热气体路径引导至高压涡轮区段28以便经由高压驱动轴30驱动高压压缩机区段24，且然后引导至低压涡轮区段32以便经由通常与高压轴30同轴的低压轴34驱动低压压缩机区段22和风扇区段16。在驱动涡轮区段28和32中的每个之后，燃烧产物可经由排出区段35从核心发动机14排出以提供推进的喷射推力。

另外，如图1中所示，涡轮风扇发动机10的风扇区段16可通常包括可旋转的轴流式风扇转子组件38，其由环形风扇壳体40所围绕。本领域普通技术人员应当认识到的是，风扇壳体40可通过多个基本上径向延伸的、环向隔开的出口导向翼片42相对于核心发动机14受到支承。因此，风扇壳体40可包封风扇转子组件38及其对应的风扇转子叶片44。此外，风扇壳体40的下游区段46可延伸越过核心发动机14的外部部分以便限定提供附加推进喷射推力的辅助或旁通空气流导管48。

在若干实施例中，低压轴34可直接地联接至风扇转子组件38以提供直接驱动构造。备选地，低压轴34可经由速度减低装置37（例如，减速齿轮或齿轮箱）联接至风扇转子组件38以提供间接驱动或齿轮驱动构造。此种（多个）速度减低装置也可根据期望或需要而提供在发动机内的任何其它适合的轴和/或卷轴（spool）之间。

图2为低压涡轮区段32和排出区段35的截面视图。更具体地，低压涡轮区段32包括多个定子翼片70和多个转子叶片72。尽管图2示出三个定子翼片70和两个转子叶片72，但低压涡轮区段32可根据需要或期望包括更多或更少的定子翼片70和更多或更少的涡轮叶片72。当燃烧产物60流经低压涡轮32时，定子翼片70引导燃烧产物60到涡轮叶片72上。涡轮叶片72从燃烧产物60提取动能，从而旋转低压轴34。

在流经低压涡轮32后，燃烧产物如上文所述经由排出区段35离开涡轮风扇发动机10。排出区段35可包括中心体62，以及围绕中心体62环向地定位并且沿径向与其间隔开的排出喷嘴36。在这方面，中心体62和排出喷嘴36限定燃烧产物60经由其流动的环形排出导管76。在一些实施例中，中心体62可包括前中心体64和后中心体66，它们可经由一个或更多个附接组件100相联接。优选地，中心体62具有大致锥形形状；不管事实上如何，中心体62可为任何适合形状。

后中心体66或中心体62（如果中心体62为单一部件）可经由一个或更多个附接组件100联接至涡轮后机架68。涡轮后机架68对于低压涡轮32的构件（例如，定子翼片70）中的一些提供结构支承。在这方面，涡轮后机架68也支承中心体62。然而，即便如此，中心体62也可连接至涡轮风扇发动机10的其它部分。

再次参看图1，在涡轮风扇发动机10的操作期间，应当认识到的是，初始空气流（由箭头50表示）可经由风扇壳体40的相关联入口52进入涡轮风扇发动机10。空气流50然后经过风扇叶片44并且分成流经导管48的第一压缩空气流（由箭头54表示），以及进入低压压缩机区段22的第二压缩空气流（由箭头56表示）。第二压缩空气流56的压力然后增大并且进入高压压缩机区段24（如由箭头58表示）。在与燃料混合并且在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26并且流经高压涡轮区段28。此后，燃烧产物60流经低压涡轮区段32并且离开排出喷嘴36以向发动机10提供推力。

随同涡轮风扇发动机10一起，核心涡轮14用于类似目的并且经历在陆基燃气涡轮、涡轮喷气发动机（在其中第一部分空气54与第二部分空气56的比率小于涡轮风扇发动机中的比率）以及无涵道风扇发动机（在其中风扇区段16没有环形风扇壳体40）中的类似环境。

图3至图6显示附接组件100的一个实施例。更具体地，图3显示涡轮后机架开孔106与前中心体开孔112对齐，这允许附接组件100的接收。图4显示附接组件100联接涡轮后机架68和前中心体64。图5显示附接组件100的插件120，以及图6显示附接组件100的衬套122。

如图3至图8中所示，附接组件100限定轴向方向90和径向方向92。

附接组件100将第一构件例如涡轮风扇发动机10的涡轮后机架68固定至第二构件例如涡轮风扇发动机10的前中心体64。在一些实施例中，第一和第二构件可为燃气涡轮壁。不管事实上如何，第一和第二构件可为涡轮风扇发动机10中的任何其它相邻构件。在一些实施例中，前中心体64可由CMC材料或其它适合的复合材料构成。在这方面，前中心体64可包括如将在下文更为详细地讨论的多个层片186（图3）。相反，涡轮后机架68可由金属材料例如镍基超级合金构成。不管事实上如何，前中心体64和涡轮后机架68可由任何适合的材料构成。

图3显示通过附接组件100相联接的前中心体64和涡轮后机架68的部分。更具体地，涡轮后机架68限定涡轮后机架开孔106，其在第一表面102和第二表面104之间延伸。以类似的方式，前中心体64限定前中心体开孔112，其在第一表面108和第二表面110之间延伸并且具有前中心体直径218。前中心体64还在第一表面108中限定腔体或凹陷114，其定位成环向地围绕前中心体开孔112以便容纳插件120，如将在下文更为详细地讨论。环形凸台116从前中心体64的第二表面110沿径向向外延伸并且定位成环向地围绕前中心体开孔112。前中心体64和涡轮后机架68可至少部分地叠盖并且可轴向地间隔开轴向间隙118。优选地，涡轮后机架开孔106和前中心体开孔112是沿径向对齐的（也即，同心的），但也可径向地偏移。涡轮后机架开孔106可包括多个螺纹188。

图4显示附接组件100的各种构件以及各个构件相对于前中心体64和涡轮后机架68的定位。

如图4和图5中所示，附接组件100包括具有插件环形壁138的插件120。插件环形壁138包括插件环形壁长度172并且在轴向方向90上延伸。插件环形壁138限定贯穿其延伸的插件开孔150。在这方面，插件环形壁138包括径向外表面142和径向内表面144。因此，插件环形壁138包括内径202和外径200。优选地，径向内表面144的整体包括多个螺纹190，如图5中所示。不管事实上如何，仅径向内表面144的部分可包括该多个螺纹190。

插件120还包括从插件环形壁138沿径向向外延伸的插件凸缘140。插件凸缘140包括第一表面146、第二表面148、径向外表面192，以及插件凸缘直径170。优选地，插件凸缘直径170大于前中心体开孔直径218。例如，插件凸缘直径170可为前中心体开孔直径218的大约1.5倍至5倍。备选地，插件凸缘直径170可为前中心体开孔直径218的大约1.5倍至3倍。如果前中心体开孔112的直径218在径向方向92上变化，则前中心体开孔直径218的最小直径用于限定插件凸缘直径170。不管事实上如何，相比于插件环形壁长度172，插件凸缘直径170可相对较短或与其相同。

插件凸缘140的径向外表面192包括径向外半径或圆角（fillet）154。径向外半径154处在0.05英寸（也即，50密耳（mil））至0.5英寸（也即，500mil）之间；不管事实上如何，径向外半径154可具有任何适合尺寸。

此外，插件凸缘140包括在插件环形壁138和插件凸缘140之间的径向内半径或圆角152。具体地，径向内半径152定位在径向外表面142和第一表面146之间。径向内半径152为至少0.05英寸（也即，50mil），但小于插件环形壁138的长度172。不管事实上如何，径向内半径152可具有任何适合尺寸。

如图4和图6中所示，附接组件100还包括衬套122。衬套122包括衬套环形壁158和从衬套环形壁158沿径向向外延伸的衬套凸缘156。衬套环形壁158限定贯穿其延伸的衬套开孔168。在这方面，衬套环形壁158包括径向外表面164和径向内表面166。优选地，径向外表面164的整体包括多个螺纹194，如图6中所示。不管事实上如何，仅径向外表面164的部分可包括该多个螺纹194。衬套环形壁158包括内径198和外径196。外径196应大小设定成允许衬套环形壁158装配在插件开孔150中。衬套凸缘156包括第一表面160和第二表面162。

附接组件100还包括图4中所示的紧固件124。紧固件124可包括头部132和从头部132沿轴向向外延伸的柄部204。在一个实施例中，柄部204包括平滑部分208和螺纹部分206。不管事实上如何，柄部204可为完全平滑的或螺纹的。在这方面，紧固件124优选为螺栓样的。即便如此，任何适合类型的紧固件都可采用。

当附接组件100联接前中心体64和涡轮后机架68时，插件环形壁138定位在前中心体开孔112中并且插件凸缘140定位在腔体114中。如将在下文更为详细地讨论，腔体114通过使层片186在插件凸缘140上成层并且使层片186和插件120共同固化来形成。在一些实施例中，层片186和插件凸缘140也可为共同烧结的。在某些实施例中，背衬垫圈130可定位在前中心体64的第二表面110上，环向地围绕环形凸台116并且自其沿径向向外。

衬套环形壁158定位在插件开孔150中。在这方面，如果衬套环形壁158的径向外表面164包括螺纹194并且插件环形壁138的径向内表面144包括螺纹190，则衬套环形壁158和插件环形壁138可通过螺纹联接。不管事实上如何，衬套环形壁158和插件环形壁138可采用任何适合的方式（例如，压入配合、平头焊接、搭扣配合、型锻等）联接。如图4中所示，衬套122定向成使得衬套凸缘156和插件凸缘140定位在前中心体64的相反两侧上。

弹簧垫圈或盘形弹簧（Belleville spring）126定位在背衬垫圈130和衬套凸缘122之间。如果没有背衬垫圈130，则弹簧垫圈126定位在衬套凸缘156和前中心体64的第二表面110之间。弹簧垫圈126对背衬垫圈130或第二表面110和衬套凸缘156施加轴向地向外力。该力挤压插件凸缘140抵靠前中心体64的第一表面108（也即，腔体114），从而将插件120和衬套122固定至前中心体64。备选地，线圈弹簧（未示出）可施加上述轴向地向外力。

紧固件124延伸穿过衬套开孔168以与涡轮后机架68相联接。更具体地，柄部204的平滑部分208可定位在衬套开孔168中，并且柄部204的螺纹部分206可联接至涡轮后机架68。备选地，在一些实施例中，紧固件124可通过螺纹地接合衬套环形壁158。在这方面，紧固件124至少部分地由涡轮后机架开孔106、第二开孔112、插件开孔150和衬套开孔168接收。在另外的备选实施例中，柄部204的平滑部分208可延伸穿过涡轮后机架开孔106并且通过螺栓（未示出）固定成与涡轮后机架68的第一表面102接触。在安装后，紧固件124的头部132优选地沿轴向与衬套凸缘156的第一表面160间隔开轴向间隙136以允许在附接组件100的各种构件之间的热膨胀。

在图4中所示的实施例中，螺纹部分206通过螺纹与套环（collar）128联接，该套环定位在涡轮后机架开孔106中并且通过螺纹与涡轮后机架68联接。备选地，螺纹部分206可通过螺纹直接地联接至涡轮后机架64。

在一些实施例中，附接组件100可包括定位在轴向间隙118中的叶片密封件134。在这方面，叶片密封件134在涡轮后机架68的第二表面104和插件凸缘140的第二表面148之间延伸。代替或除了插件凸缘140的第二表面148外，叶片密封件134还可接触前中心体64的第一表面108。不管事实上如何，附接组件100的一些实施例可不包括叶片密封件134。

如上文所提及，前中心体64优选地由CMC材料或其它适合的复合材料构成。例如，CMC材料优选为氧化物-氧化物（例如，在硅氧烷基体中的氧化物纤维）CMC材料。不管事实上如何，聚合物基复合材料或其它适合的复合材料也可使用。涡轮后机架68、插件120、衬套122、紧固件124、弹簧垫圈126、套环128和/或背衬垫圈130由金属材料构成，例如包括超级合金金属如镍基超级合金、钴基超级合金等。不管事实上如何，涡轮后机架68、插件120、衬套122、紧固件124、弹簧垫圈126、套环128和/或背衬垫圈130可由任何适合材料构成。

图7和图8显示附接组件100'的备选实施例。更具体地，图7显示前中心体开孔112与后中心体开孔180对齐，这允许附接组件100'的安装。图8显示联接前中心体64和后中心体66的附接组件100'。

附接组件100'将第一构件例如涡轮风扇发动机10的前中心体64固定至第二构件例如涡轮风扇发动机10的后中心体66。同样地，附接组件100、第一和第二构件可为涡轮风扇发动机10中的任何其它相邻的固定构件。在一些实施例中，前中心体64和后中心体66可由CMC材料或其它适合的复合材料构成。在这方面，前中心体64和后中心体66可包括如将在下文更为详细地讨论的多个层片186（图7）。不管事实上如何，前中心体64和后中心体66可由任何适合的材料构成。

图7显示通过附接组件100'相联接的前中心体64和后中心体66的部分。前中心体64的特征参照图3在上文详细地讨论。后中心体66限定后中心体开孔180，其在第一表面174和第二表面176之间延伸并且具有后中心体直径220。后中心体66还在第一表面174中限定腔体或凹陷178，其定位成环向地围绕后中心体开孔180以便容纳插件120b，如将在下文更为详细地讨论。环形凸台184从后中心体66的第二表面176沿径向向外延伸并且定位成环向地围绕后中心体开孔180。前中心体64和后中心体66至少部分地叠盖并且可轴向地间隔开轴向间隙182。优选地，前中心体开孔112和后中心体开孔180轴向地对齐（也即，同心的），但前中心体开孔112和后中心体开孔180也可沿轴向偏移。

如图8中所示，附接组件100'包括一对插件120a、120b；一对衬套122a、122b；一对弹簧垫圈126a、126b；以及单个紧固件124。更具体地，插件120a和弹簧垫圈126a与在上文更为详细描述的插件120和弹簧垫圈126基本上相同。衬套122a与衬套122基本上相同，不同的是衬套环形壁158的径向内表面166包括多个螺纹210，其可通过螺纹联接至紧固件124的螺纹部分206。第一插件120a、第一衬套122a和第一弹簧垫圈126a采用与在上文更为详细讨论的插件120、衬套122和弹簧垫圈126相同的方式联接至前中心体64。在一些实施例中，第一背衬垫圈130a与背衬垫圈130基本上相同，可定位在前中心体64的第二表面110和弹簧垫圈126a之间。

对于后中心体66，衬套122b和弹簧垫圈126b与在上文更为详细描述的衬套122和弹簧垫圈126基本上相同。插件120b与插件120基本上相同，不同的是径向内表面144包括具有多个螺纹190的螺纹部分214和平滑部分212。此外，平滑部分212限定环向地围绕插件开孔150定位的腔体216以提供用于紧固件124的头部132的间隔。第二插件120b、第二衬套122b和第二弹簧垫圈126b采用与在上文更为详细讨论的插件120、衬套122和弹簧垫圈126联接至前中心体64相同的方式联接至后中心体66。在一些实施例中，第二背衬垫圈130b与背衬垫圈130基本上相同，可定位在后中心体66的第二表面176和第二弹簧垫圈126b之间。

紧固件124联接前中心体体64和后中心体66。更具体地，柄部204的平滑部分208定位在第二衬套122b的衬套开孔168中，并且柄部204的螺纹部分206定位在第一衬套122a的衬套开孔168中。因此，柄部204的螺纹部分206通过螺纹联接至第一衬套122a的内壁166。在这方面，紧固件124由前中心体开孔112；后中心体开孔180；第一和第二插件120a、120b的插件开孔150；以及第一和第二衬套122a、122b的衬套开孔168接收。紧固件124的头部132定位在腔体216中。前中心体64的第一表面108和后中心体66的第二表面176可轴向地间隔开轴向间隙182以提供间隔用于第二插件120b、第二衬套122b以及第二弹簧垫圈126b。

在一些实施例中，涡轮后机架68、前中心体64和/或后中心体66可包括环向地彼此间隔开的多个开孔106、112、180和/或多个腔体114、178。在这方面，涡轮后机架68和前中心体64和/或前中心体64和后中心体66可与多个环向地间隔开的附接组件100、100'相联接。

图9为显示根据文中所公开实施例的用于形成附接组件100、100'的方法（300）的流程图。下文在将前中心体64联接至涡轮后机架68的情况下描述方法（300）。不管事实上如何，方法300可在将前中心体64联接至后中心体66、或者更一般来讲将涡轮风扇发动机10中的任何复合构件联接至涡轮风扇发动机10中的任何其它构件的情况下使用。

在步骤（302），多个树脂浸渍层片例如层片186在插件120的插件凸缘140上成层以形成复合构件例如前中心体64。如上文所讨论，层片186优选为氧化物-氧化物CMC层片，但也可为任何类型的适合复合层片。具体地，多个层片186的一部分围绕径向外半径154弯曲并且定位在插件凸缘140的第一表面146上。在这方面，腔体114形成在前中心体64中以容纳插件凸缘140。插件环形壁138延伸穿过前中心体64，从而形成前中心体开孔112。也就是说，层片186不覆盖插件环形壁138。代替的是，层片186当与插件环形壁138的径向外表面142接触时向上弯曲以形成环形凸台116。如上文所提及，前中心体64可包括根据需要或期望那样的很多或若干层片186。在步骤（304），层片186初始地处于润湿状态。在步骤（304）的固化过程期间，在润湿层片中的聚合物树脂起作用以产生具有固化基体的复合物。如果多个复合构件通过附接组件100、100'联接，步骤（304）可对于第二复合构件（例如，后中心体66）重复。用于形成前中心体64的其它过程（例如，编织、长丝缠绕等）也可使用。

在步骤（304），前中心体64（处于润湿状态）与插件120共同固化（也即，在一起且同时固化）。典型地，高压釜用于步骤（304）中的固化。在步骤（304）之后，前中心体64处于未处理状态（green state）。在步骤（306），前中心体64和插件120放置在烧结炉（未示出）中并且共同烧结（也即，在一起且同时烧结）。如果前中心体64由聚合物基复合层片形成，步骤（306）可省略。步骤（304）和（306）有效地联接前中心体64和插件120。也就是说，插件凸缘140和插件环形壁138的一部分连结至前中心体64的第一表面108。径向外圆角154防止前中心体64当与插件120共同固化和共同烧结时裂化，因为复合前中心体64和金属插件120的热膨胀系数完全不同。

尽管如此，此种联接可能不足够强效地用于承载施加在前中心体64上的负载。在这方面，衬套122和弹簧垫圈126可经安装以加强此种联接。更具体地，在步骤（308），弹簧垫圈126定位成环向地围绕前中心体开孔112和环形凸台116。在步骤（310），衬套122通过螺纹联接至插件120。如上文更为详细地讨论，弹簧垫圈126施加轴向地向外力在前中心体64和衬套凸缘156上，这将插件120固定至前中心体64。在一些实施例中，背衬垫圈130定位在弹簧垫圈126和前中心体64之间。

方法（300）也可包括其它步骤。例如，紧固件124可定位在衬套开孔168中以将前中心体64联接至金属壁例如涡轮后机架68或另一复合壁例如后中心体66。

本书面描述采用实例来公开包括最佳方式的本发明，并且还使得本领域普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果此类其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差异的同等结构元件，则认为它们处在权利要求的范围内。

零件标号列表

10 涡轮风扇发动机 12轴向 14发动机 16风扇区段 18外部壳体 20环形入口 22低压压缩机区段 24高压压缩机区段 26燃烧器 28高压涡轮区段 30高压轴32低压涡轮区段 34低压轴 35排出区段 36排出喷嘴 37减速装置 38风扇转子组件40环形风扇壳体 42出口导向翼片 44风扇转子叶片 46下游区段 48空气流导管 50空气流 52入口 54箭头 56空气流 58箭头 60燃烧产物 62中心体 64前中心体66后中心体 68涡轮后机架 70低压定子翼片 72低压涡轮叶片 74未使用 76环形排出导管 90轴向方向 92径向方向 94环向方向 100附接组件 102涡轮后机架的第一表面 104涡轮后机架的第二表面 106涡轮后机架中的开孔 108前中心体的第一侧110前中心体的第二侧 112前中心体中的开孔 114前中心体中的腔体 116前中心体环形凸台 118前中心体和涡轮后机架之间的轴向间隙 120插件 120a第一插件 120b第二插件 122衬套 122a第一衬套 122b第二衬套 124紧固件 126弹簧垫圈 126a第一弹簧垫圈 126b第二弹簧垫圈 128套环 130背衬垫圈 130a第一背衬垫圈 130b第二背衬垫圈 132紧固件头部 134叶片密封件 136衬套和紧固件头部之间的轴向间隙138插件环形壁 140插件凸缘 142插件环形壁的径向外表面 144插件环形壁的径向内表面 146插件凸缘的第一表面 148插件凸缘的第二表面 150插件开孔 152径向内圆角 154径向外圆角 156衬套凸缘 158衬套环形壁 160衬套凸缘的第一表面 162衬套凸缘的第二表面 164衬套环形壁的径向外表面 166衬套环形壁的径向内表面 168衬套开孔 170插件凸缘直径 172插件环形壁长度 174后中心体的第一侧 176后中心体的第二侧 178后中心体中的腔体 180后中心体中的开孔 182前中心体和后中心体之间的轴向间隙 184后中心体向上卷起端 186层片 188涡轮后机架开孔中的螺纹 190插件环形壁上的螺纹 192插件凸缘的径向外表面 194衬套环形壁上的螺纹 196衬套环形壁的外径 198衬套环形壁的内径 200插件环形壁的内径 202插件环形壁的外径 204紧固件柄部 206柄部的平滑部分 208柄部的螺纹部分 210衬套环形壁的内表面上的螺纹212插件环形壁的内表面的平滑部分 214插件环形壁的内表面的螺纹部分 216用于紧固件头部的腔体 218前中心体中开孔的直径 220后中心体中开孔的直径 300方法 302形成CMC壁 304固化 306烧结 308通过螺纹附接衬套 310定位弹簧垫圈

Claims (10)

1.一种复合构件组件，其包括限定在第一表面和第二表面之间延伸的构件开孔的复合构件，所述复合构件组件还包括插件和衬套，

其中，所述插件包括：

定位在所述构件开孔中的插件环形壁，所述插件环形壁限定贯穿其的插件开孔；以及

从所述插件环形壁沿径向向外延伸的插件凸缘，其中，所述插件凸缘接触所述复合构件的第一表面，并且其中，相比于由所述复合构件限定的构件开孔的最小直径，所述插件凸缘包括为1.5倍至5倍的直径；

所述衬套包括定位在所述插件环形壁中的衬套环形壁和从所述衬套环形壁沿径向向外延伸的衬套凸缘，其中，所述衬套环形壁限定贯穿其的衬套开孔；以及

其中，所述衬套定向成使得所述插件凸缘定位在所述复合构件的第一表面的侧面上而所述衬套凸缘定位在所述复合构件的与所述第一表面的侧面相反的侧面上。

2.根据权利要求1所述的复合构件组件，其特征在于，所述插件包括金属超级合金以及所述复合构件包括CMC。

3.根据权利要求1所述的复合构件组件，其特征在于，所述插件与所述复合构件共同固化，使得所述插件凸缘和所述插件环形壁的一部分连结至所述复合构件的第一表面。

4.根据权利要求1所述的复合构件组件，其特征在于，相比于由所述复合构件所限定的构件开孔的最小直径，所述插件凸缘包括为1.5倍至3倍的直径。

5.根据权利要求1所述的复合构件组件，其特征在于，所述复合构件的第一表面限定围绕所述复合构件的构件开孔环向地定位的腔体，并且其中，所述插件凸缘定位在所述腔体内。

6.根据权利要求1所述的复合构件组件，其特征在于，所述插件包括在所述插件环形壁和所述插件凸缘之间限定第一半径的第一径向外表面，所述第一半径小于所述插件环形壁的长度，并且其中，所述插件凸缘包括具有第二半径的第二径向外表面，所述第二半径在0.05英寸至0.5英寸之间。

7.一种用于燃气涡轮的附接组件，包括：

限定第一开孔的第一构件；

至少部分地叠盖所述第一构件的第二构件，其中，所述第二构件包括第一表面和第二表面并且限定在所述第一表面和所述第二表面之间延伸的第二开孔；

插件，所述插件包括定位在所述第二构件的第二开孔中的插件环形壁和从所述插件环形壁沿径向向外延伸的插件凸缘，其中，所述插件凸缘邻近所述第二构件的第一表面，并且其中，所述插件环形壁限定贯穿其的插件开孔；

衬套，所述衬套包括定位在所述插件环形壁中的衬套环形壁和从所述衬套环形壁沿径向向外延伸的衬套凸缘，其中，所述衬套环形壁限定贯穿其的衬套开孔；

弹簧垫圈，所述弹簧垫圈定位在所述第二构件的第二表面和所述衬套凸缘之间；以及

紧固件，所述紧固件联接所述第一构件和所述第二构件，其中，所述第一开孔、所述插件开孔、所述衬套开孔和所述第二开孔接收所述紧固件。

8.根据权利要求7所述的附接组件，其特征在于，所述紧固件包括沿轴向与所述衬套凸缘间隔开的头部。

9.根据权利要求7所述的附接组件，其特征在于，所述附接组件还包括：

套环，所述套环定位在所述第一构件的第一开孔中用于通过螺纹接合所述紧固件。

10.根据权利要求7所述的附接组件，其特征在于，所述附接组件还包括：

背衬垫圈，所述背衬垫圈定位在所述弹簧垫圈和所述第二构件之间。

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