CN108457705B - 用于对接陶瓷基复合材料构件至金属构件的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于燃气涡轮发动机的翼型组件和从陶瓷基复合材料翼型组件传递负载至金属导叶组件支承结构的方法。翼型组件包括相对于燃气涡轮发动机的轴向方向的前端和后端。翼型组件还包括径向外端构件，其包括具有非压缩负载承载特征结构的径向向外面向端表面，所述特征结构从向外面向端表面沿径向向外延伸并且与外端构件一体地形成，所述特征结构构造成与形成在第一翼型组件支承结构的径向内表面中的互补特征结构相匹配，所述特征结构有选择地定位成正交于施加到翼型组件中的力。翼型组件还包括径向内端构件，以及在二者之间延伸的中空翼型本体，该翼型本体构造成接纳能在第一端处联接至第一翼型组件支承结构的支柱。

Description

用于对接陶瓷基复合材料构件至金属构件的方法和系统
本申请是于2016年7月22日提交的专利申请(中国国家申请号为201610581509.9，发明名称为“用于对接陶瓷基复合材料构件至金属构件的方法和系统”)的分案申请。
技术领域
本说明书涉及复合喷嘴组件，且更具体地涉及用于在燃气涡轮发动机中对接陶瓷基复合材料构件至金属构件的方法和系统。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括具有呈串联流动关系的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮（HPT）的核心（core）。核心发动机可操作以产生主气流。高压涡轮包括环形阵列（“排”）的静止导叶（vane）或喷嘴，其引导离开燃烧器的气体进入旋转叶片或轮叶。一排喷嘴和一排叶片共同地构成一“级”。通常，两个或更多级呈串联流动关系地使用。这些构件在极高温度环境中操作，并且可由空气流来冷却以确保足够的使用寿命。
HPT喷嘴常常构造为在环形内带和外带之间延伸的翼型状导叶的阵列，该翼型状导叶限定穿过喷嘴的主流路。由于燃气涡轮发动机内的操作温度，故采用热膨胀系数低的材料。例如，为了在此类不利温度和压力条件下有效地操作，可采用陶瓷基复合（CMC）材料。这些热膨胀系数低的材料比类似的金属部件具有更高的温度性能，使得当在较高操作温度下操作时发动机能够以更高的发动机效率操作。然而，此类陶瓷基复合材料（CMC）具有在CMC的设计和应用期间必须考虑的机械性能。当相比于金属材料时，CMC材料具有相对低的拉伸延展性或低的断裂应变。此外，CMC材料具有显著不同于用作对于CMC型材料的约束支承件或悬挂件的金属合金的热膨胀系数。因此，如果在操作期间CMC构件在一个表面上受到约束和冷却，则会产生应力集中从而导致该区段的寿命缩短。
至今，由CMC材料形成的喷嘴经历了已超出CMC材料能力的局部应变，从而导致喷嘴寿命缩短。已发现，该应变起因于施加至喷嘴及相关附接特征结构的瞬间应变、不同材料类型的部件之间有差别的热生长，以及在喷嘴和相关附接特征结构之间的界面处的集中路径上的加载。
发明内容
在一个实施例中，一种用于燃气涡轮发动机的翼型组件由陶瓷基复合（CMC）材料形成并且包括关于燃气涡轮发动机的轴向方向的前端和后端。翼型组件还包括径向外端构件，其包括具有非压缩负载承载特征结构的径向向外面向的端表面，该特征结构从向外面向的端表面沿径向向外延伸并且与外端构件一体地形成。该特征结构构造成与在第一翼型组件支承结构的径向内表面中形成的互补特征结构相匹配（或配合）。该特征结构有选择地正交于施加到翼型组件中的力定位。翼型组件还包括径向内端构件，以及在内端构件和外端构件之间延伸的中空翼型本体。翼型本体构造成接纳在第一端处可联接至第一翼型组件支承结构的支柱（strut）。
在另一实施例中，一种从陶瓷基复合材料（CMC）导叶组件传递负载至金属导叶组件支承部件的方法包括提供CMC导叶组件，其中，该导叶组件包括径向外端构件，其包括具有一个或更多沿径向向外延伸的负载传递特征结构的径向向外面向表面。导叶组件还包括径向内端构件，以及在内端构件和外端构件之间延伸的翼型本体。该方法还包括使径向外端构件接合沿周向围绕气体流动路径隔开的多个金属导叶组件支承部件中的至少之一。导叶组件支承部件包括定型成与负载传递特征结构互补的一个或更多负载接纳特征结构。负载传递特征结构包括楔形截面。
在又一个实施例中，一种燃气涡轮发动机包括由第一金属材料形成的内支承结构，该内支承结构包括支柱，该支柱包括第一匹配端、相反的第二匹配端以及在第一匹配端和第二匹配端之间沿径向延伸的支柱本体。燃气涡轮发动机还包括由第二金属材料形成的外支承结构以及包括陶瓷基复合（CMC）材料并且在内支承结构和外支承结构之间延伸的翼型组件。翼型组件包括径向外端构件，其包括具有非压缩负载承载特征结构的径向向外面向的端表面，该特征结构从向外面向的端表面沿径向向外延伸并且与外端构件一体地形成。该特征结构构造成与在外支承结构的径向内表面中形成的互补特征结构相匹配。该特征结构有选择地正交于施加到径向向外面向的端表面中的力定位。翼型组件还包括径向内端构件，以及在径向外端构件和径向内端构件之间延伸的中空翼型本体。翼型本体构造成接纳在第一端处可联接至外支承结构的支柱。
附图说明
图1至图13示出了文中所述方法和设备的示范性实施例。
图1为示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2为根据本公开内容的示范性实施例的喷嘴环的透视图。
图3为根据本公开内容的示范性实施例从前向后透视观察的喷嘴区段组件的局部分解图。
图4为同样从前向后透视观察的喷嘴区段组件的另一局部分解图。
图5为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的透视图。
图6为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图7为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图8为图7中所示喷嘴区段组件的透视图，该喷嘴区段组件使用突出部（tab）和形成在外带中的凸台（boss）来匹配至外带。
图9为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图10为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图11为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图12为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图13为包括径向向外面向端表面的喷嘴区段组件的另一实施例的透视图。
图14为从陶瓷基复合材料（CMC）导叶组件传递负载至金属导叶组件支承部件的方法的流程图。
图15为根据本公开内容的另一示范性实施例从前向后透视观察的喷嘴区段组件的局部分解图。
图16为沿周向从侧面透视观察的喷嘴区段组件的另一局部分解图。
尽管各个实施例的特定特征结构可在一些图中示出而在其它图中未示出，但这仅是为了方便起见。任何图的任何特征结构都可结合任何其它图的任何特征结构予以参照和/或主张权利。
除非另有说明，文中所提供的附图意图例示本公开内容的实施例的特征结构。这些特征结构据信可应用于包括本公开内容的一个或更多实施例的广泛的多种系统中。因此，附图并非意图包括本领域普通技术人员已知为实施文中所公开实施例所需的所有常规特征结构。
部件标号列表
燃气涡轮发动机100
低压压缩机112
高压压缩机114
发动机轴线115
燃烧器组件116
高压涡轮118
低压涡轮120
转子122
转子124
第一轴126
第二轴128
压缩机容纳外壳140
喷嘴环200
喷嘴环组件202
内带204
第一匹配端206
相反的第二匹配端207
支柱208
支柱本体209
喷嘴翼型件210
内支承结构212
外支承结构214
外带216
端表面302
负载承载特征结构304
互补特征结构306
径向内表面308
端表面310
互补特征结构312
径向内表面314
周向地360
楔形凸缘502
凹口504
组合区域506
后侧508
厚度510
前起始点512
径向向外方向514
面516
正或负角518
轴向楔形凸缘602
轴向方向604
切向凸缘606
面608
第一面610
第二面612
突出部702
第一面704
第二面706
孔洞708
凸台802
销804
孔洞806
轴向方向808
切向方向810
径向方向812
吊钩部件902
斜坡部分904
凹入部分906
复合式轴向楔形凸缘1002
切向凹口1003
第一楔形凸缘1004
第一轴向面1006
第二楔形凸缘1008
第二轴向面1010
切向面1012
轴向面1014
轴向方向1016
切向方向1018
切向凸缘1102
面加载枢轴1104
楔形凸缘1106
轴向面1108
面1110
面1112
销槽口凸缘1202
插口1204
销1206
楔形凸缘1208
轴向面1210
压力侧楔形件1302
接触垫1304
切向面1306
侧壁1308
开口1310
方法1400
提供1402
接合1404
端表面1502
向后面向凸缘表面1504
互补凸缘表面1506
第一径向保持特征结构1508
匹配端接收器1510
第一保持销1512
孔洞1514
孔洞1516
第二径向保持特征结构1518
径向保持销1520
孔洞1522。
具体实施方式
本公开内容的实施例描述喷嘴区段组件，其包括在由复合基材料（CMC）形成的内带和外带之间延伸的翼型件。CMC材料与用于支承CMC喷嘴区段组件的硬件相比具有不同的温度膨胀系数。此外，CMC具有趋于限制其耐受某些方向上的力的能力的材料性能，例如在拉伸方向或在其上存在拉伸分量的方向上，例如但不限于扭曲或弯折方向。
为了将CMC喷嘴区段组件对接至其相应的金属支承结构，描述了新的结构，其允许CMC喷嘴区段组件耐受燃气涡轮发动机涡轮流动路径中的高温和不利环境。
下文的详细描述以举例而非限制的方式说明本公开内容的实施例。设想的是本公开内容具有对于从一个构件传输负载至另一构件的分析和方法实施例的常规应用。
除非另有限制，用语“连接”、“联接”和“安装”以及其变型在文中广义地使用并且涵盖直接和间接的连接、联接以及安装。另外，用语“连接”和“联接”以及其变型并不受限于物理或机械的连接或联接。
如文中所用，用语“轴向”或“轴向地”是指沿发动机的纵向轴线的维度。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“向前”是指沿朝向发动机入口的方向移动，或者一构件相比于另一构件相对更靠近发动机入口。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“向后”是指沿朝向发动机后方的方向移动。
如文中所用，用语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线和发动机外周边之间延伸的维度。
所有定向基准（例如，径向、轴向、近、远、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶、底、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针）仅是用于识别目的以帮助读者理解本发明，而并非产生限制、尤其是有关本发明的位置、取向或用途。连接涵义（例如，附接、联接、连结，以及连结）应广义地解释并且除非另有声明，可包括在聚集的元件之间的中间体部件以及元件之间的相对运动。因此，连接涵义并不必然地推断为两个元件直接地连接和相对于彼此成固定关系。示例性附图仅用于例示目的并且在所附于此的图中所反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。
以下描述参照附图，其中在没有相反表示的情况下，不同图中的相同标号表示类似元件。
图1为示例性燃气涡轮发动机100的示意图。发动机100包括低压压缩机112、高压压缩机114，以及燃烧器组件116。发动机100还包括呈串联的轴向流动关系布置在相应的转子122和124上的高压涡轮118和低压涡轮120。压缩机112和涡轮120通过第一轴126联接，而压缩机114和涡轮118通过第二轴128联接。
在操作期间，空气沿着中心轴线115流动，并且压缩空气供送至高压压缩机114。高度压缩的空气传送至燃烧器116。来自燃烧器116的排气气流（图1中未示出）驱动涡轮118和120，而涡轮120通过轴126驱动风扇或低压压缩机112。燃气涡轮发动机100还包括风扇或低压压缩机容纳壳体140。
图2为根据本公开内容的示范性实施例的喷嘴环200的透视图。在示范性实施例中，喷嘴环200可位于高压涡轮118和/或低压涡轮120（图1中所示）中。喷嘴环200由一个或更多喷嘴区段组件202形成。喷嘴区段组件202引导燃烧气体向下游穿过从支承转子122或124（图1中所示）沿径向向外延伸的后续排的转子叶片（未示出）。喷嘴环200和限定喷嘴环200的多个喷嘴区段组件202有利于通过转子122或124（图1中所示）提取能量。另外，喷嘴环200可用于高压压缩机114中，该高压压缩机可具有高压或低压压缩机中的任何之一。区段组件202包括内带204和外带216以及延伸穿过喷嘴翼型件210的多个支柱208（图2中未示出）。内带204和外带216围绕发动机轴线115周向地延伸360度。
喷嘴环200由多个喷嘴区段组件202形成，每个喷嘴区段组件均包括内支承结构212、至少一个喷嘴翼型件210以及悬挂件或外带216。支柱208在内支承结构212处将负载从喷嘴区段组件202的径向内侧传送至外带216处的径向外侧（在此负载传递至发动机100的结构，例如但不限于发动机100的壳体）并且机械地支承喷嘴翼型件210。通过例如但不限于螺栓连接、紧固、锁位（capturing）、它们的组合以及一体地形成，支柱208可连接至内支承结构212和外带216中的至少之一。
图3为根据本公开内容的示范性实施例从前向后透视观察的喷嘴区段组件202的局部分解图。图4为同样从前向后透视观察的喷嘴区段组件202的另一局部分解图。在示范性实施例中，喷嘴区段组件202包括由第一金属材料形成的内支承结构212。内支承结构212包含支柱208，该支柱可联接至内支承结构212、与内支承结构212一体地形成，或者可在喷嘴区段组件202的组装期间联接至内支承结构212。支柱208可为中空的并且可各自具有至少一个内壁以增强支柱208的刚度。支柱208包括第一匹配端206（在图3和图4中被内支承结构212隐藏）、相反的第二匹配端207，以及在二者之间沿径向延伸的支柱本体209。在示范性实施例中，支柱本体209为圆柱形状。在各种实施例中，支柱本体209具有非圆形截面，例如但不限于椭圆形、长方形、多边形或者它们的组合。喷嘴区段组件202还包括由第二金属材料形成的径向外带216。在示范性实施例中，第一和第二金属材料为同一材料，例如但不限于镍基超级合金、金属间(化合)材料例如γ钛铝化物，或者呈现抗高温性的其它合金。内支承结构212、外带216、支柱208以及组件的其它金属构件都可由同一材料形成或者可由能够执行文中所述功能的不同材料形成。
喷嘴翼型件210由具有低的热膨胀系数的材料形成，举例而言例如陶瓷基复合（CMC）材料。喷嘴翼型件210在内带204和外带216之间延伸。外带216包括具有非压缩负载承载特征结构304的径向向外面向端表面302，该特征结构从向外面向端表面302沿径向向外延伸并且与外带216一体地形成。特征结构304构造成与在外支承结构214的径向内表面308中形成的互补特征结构306相匹配。特征结构304有选择地定位成正交于施加到喷嘴翼型件210中的力。在各种实施例中，内带204包括具有非压缩负载承载特征结构（未示出）的径向向内面向端表面310，该特征结构从径向向内面向端表面310沿径向向内延伸并且与内带204一体地形成。从径向向内面向端表面310延伸的特征结构构造成与在内带204的径向外表面314中形成的互补特征结构312相匹配。
图5为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为包括哨笛凹口（whistle notch）504的楔形凸缘502。楔形凸缘502包括沿着表面302的后侧508的组合(built-up)区域506。楔形凸缘502从前起始点512朝向后侧508在厚度510上增加。楔形凸缘502由在制造的叠层（layup）阶段期间由CMC形成并且因此在径向向外方向514上为表面302的一体延伸。在各种实施例中，凹口504在制造期间由机加工表面302形成。备选地，凹口504在叠层阶段期间形成。凹口504构造成从内支承结构212的径向内表面308沿径向向内延伸的互补成型的特征结构（未示出）。凹口504的面516构造成接纳来自从径向内表面308沿径向向内延伸的特征结构（未示出）的切向负载。面516可如图所示轴向地定向，或者可相对于轴线115（图1中所示）以正角或负角518定向以接纳不仅切向的负载而且接纳还包括轴向分量的负载。
图6为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，两个非压缩负载承载特征结构304实施为定向成正交于轴向方向604的轴向楔形凸缘602，以及切向凸缘606。轴向楔形凸缘602包括定向成朝向轴向方向604的面608并且构造成传输轴向定向的负载至从内支承结构212的径向内表面308沿径向向内延伸的互补成型的特征结构（未示出）。在示范性实施例中，切向凸缘606包括矩形截面以及第一面610和第二面612，其构造成传输具有切向分量的负载至从内支承结构212的径向内表面308沿径向向内延伸的互补成型的特征结构（未示出）。轴向楔形凸缘602和切向凸缘606的相对定向和定位基于在操作期间将产生于喷嘴翼型件210中的确定力来选择。
图7为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为径向向外延伸突出部702。突出部702包括第一面704和相反的第二面706。孔洞708构造成接纳销（图7中未示出）。面704和706定位成使得负载正交于面704和706来传输。突出部702构造成接纳在从外带216的径向内表面308延伸的互补成型凸台（图7中未示出）中。在一些实施例中，凸台还包括一个或更多孔洞，当喷嘴区段组件202组装至例如外带216时该孔洞与孔洞708对准。插入穿过孔洞708和凸台中的孔洞的销（图7中未示出）允许经由销（图7中未示出）传递径向负载至外带216。
图8为如图7中所示的喷嘴区段组件202的透视图，该组件使用突出部702和在外带216中形成的凸台802来匹配至外带216。在示范性实施例中，销804任选地插入穿过孔洞708（图7中示出）和凸台802中的一个或更多孔洞806。突出部702、凸台802和销804构造成传输和接纳轴向方向808、切向方向810和径向方向812上的负载。突出部702、凸台802和销804的面可在轴向方向808和径向方向810上成方形地（或直角地）对准或者可相对于轴向方向808和切向方向810成一角度对准以传输具有轴向和切向分量的负载。
图9为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为吊钩部件902，其包括径向向外延伸的斜坡部分904以及相反的凹入部分906。吊钩部件902构造成与形成在内支承结构212的径向内表面308中的互补成型的特征结构相匹配。
图10为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为与切向凹口1003相结合的复合式轴向楔形凸缘1002。复合式轴向楔形凸缘1002包括具有第一轴向面1006的第一楔形凸缘1004和具有第二轴向面1010的第二楔形凸缘1008。切向凹口1003包括切向面1012和轴向面1014。面1003、1006和1014中的每一个均构造成将轴向方向1016上的负载传输至从外带216（图3中所示）的径向内表面308（图3中所示）延伸的互补成型的特征结构。面1012构造成将切向方向1018上的负载传输至从外带216（图3中所示）的径向内表面308（图3中所示）延伸的互补成型的特征结构。
图11为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为接合切向面加载枢轴1104的切向凸缘1102。切向凸缘1102类似于切向凸缘606并且在一些实施例中与切向凸缘606相同。在各种实施例中，切向面加载枢轴1104由金属形成并且可枢转地联接至例如从外带216（图3中所示）的径向内表面308（图3中所示）延伸的互补成型的销（未示出）。在示范性实施例中，径向向外面向端表面302还包括含有向后面向轴向面1108的轴向楔形凸缘1106。轴向楔形凸缘1106可例如为密封目的而将严格轴向负载传输穿过向后面向的轴向面1108。由于在喷嘴区段组件202和邻近喷嘴区段组件202之间的具体几何形状，负载可能无法减小至严格切向负载，因而切向凸缘1102和切向面加载枢轴1104用于横跨面1110和1112的整个表面对接。如果负载将扭曲以从另一方向传输，则切向面加载枢轴1104将枢转以继续使负载横跨面1110和1112传播。
图12为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为销槽口凸缘1202，其具有构造成与从外带216（图3中所示）的径向内表面308（图3中所示）延伸的互补成型的切向销1206接合的径向定向插口（pocket）1204。销槽口凸缘1202和切向销1206的结合基本上类似于切向凸缘1102和切向面加载枢轴1104（二者都在图11中示出）来操作。销槽口凸缘1202和切向销1206可选择成结合包括向后面向轴向面1210的轴向楔形凸缘1208来使用。在各种实施例中，多个销槽口凸缘1202和切向销1206可定位和定向成传输经过表面302的全部负载。例如，销槽口凸缘1202和切向销1206的结合可定位在表面302上的若干位置处并且可不采用轴向楔形凸缘1208。
图13为包括径向向外面向端表面302的喷嘴区段组件202的另一实施例的透视图。在示范性实施例中，非压缩负载承载特征结构304实施为压力侧楔形件1302。压力侧楔形件1302包括多个接触垫1304。在示范性实施例中，示出了三个接触垫1304，但也可采用任何数目的接触垫。压力侧楔形件1302定位成使得切向面1306与进入翼型件210的中空内部中的开口1310的侧壁1308重合或悬垂在该侧壁之上。此种定位允许在制作期间更为容易地机加工接触垫1304。垫1304构造成从外带216（图3中所示）的径向内表面308（图3中所示）延伸的互补成型的特征结构。在示范性实施例中，垫1304由CMC材料形成并且经机加工以提高局部耐磨性。在各种实施例中，垫1304可由金属或不同于CMC的其它材料形成并且被机加工到切向面1306中。切向负载穿过切向面1306传输至外带216（图3中所示）。
图14为从陶瓷基复合材料（CMC）导叶组件传递负载至金属导叶组件支承部件的方法1400的流程图。在示范性实施例中，方法1400包括提供1402 CMC导叶组件，其中CMC导叶组件包括径向外端构件、径向内端构件，以及在二者之间延伸的翼型本体，其中径向外端构件包括具有一个或更多径向向外延伸的负载传递特征结构的径向向外面向表面。方法1400还包括使径向外端构件接合1404沿周向围绕气体流动路径隔开的多个金属导叶组件支承部件中的至少之一。导叶组件支承部件包括定型成与负载传递特征结构互补的一个或更多负载接纳特征结构，其中负载传递特征结构包括楔形截面。
图15为根据本公开内容的另一示范性实施例从前向后透视观察的喷嘴区段组件202的局部分解图。图16为沿周向从侧面透视观察的喷嘴区段组件202的另一局部分解图。在示范性实施例中，喷嘴区段组件202包括由第一金属材料形成的内支承结构212。内支承结构212包括支柱208，该支柱可联接至内支承结构212、与内支承结构212一体地形成，或者可在喷嘴区段组件202的组装期间联接至内支承结构212。支柱208可为中空的并且各自具有至少一个内壁以增强支柱208的刚度。支柱208包括第一匹配端206（在图15和图16中被内支承结构212隐藏）、相反的第二匹配端207，以及在二者之间沿径向延伸的支柱本体209。在示范性实施例中，支柱本体209为圆柱形状。在各种实施例中，支柱本体209具有非圆形截面，例如但不限于椭圆形、长方形、多边形或者它们的组合。喷嘴区段组件202还包括由第二金属材料形成的径向外支承结构214。在示范性实施例中，第一和第二金属材料为同一材料，例如但不限于镍基超级合金、金属间(化合)材料例如γ钛铝化物，或者呈现抗高温性的其它合金。内支承结构212、外支承结构214、支柱208以及组件的其它金属构件都可由同一材料形成或者可由能够执行文中所述功能的不同材料形成。
喷嘴翼型件210由具有低的热膨胀系数的材料形成，举例而言例如陶瓷基复合（CMC）材料。喷嘴翼型件210在内带204和外带216之间延伸。外带216包括具有向后面向凸缘表面1504的径向向外延伸端表面302，其中该向后面向凸缘表面从向外面向端表面1502沿径向向外延伸并且与外带216一体地形成。凸缘表面1504构造成与在外支承结构214的径向内表面308中形成的互补凸缘表面1506相匹配。当喷嘴区段组件202组装时，在外带216和外支承结构214之间的密封形成在凸缘表面1504和凸缘表面1506的匹配表面处。
喷嘴区段组件202还包括第一径向保持特征结构1508，其包括支柱本体209、匹配端207、匹配端接收器1510以及第一保持销1512。当组装时，匹配端207插入到接收器1510中使得穿过匹配端207的孔洞1514和穿过匹配端接收器1510的孔洞1516对准。第一保持销1512插入穿过孔洞1514和1516以径向地保持喷嘴区段组件202。
喷嘴区段组件202还包括第二径向保持特征结构1518，该特征结构包括一个或更多径向保持销1520以及位于内带204中的相关联的孔洞1522。径向保持销1520从内带204的径向外侧延伸到中空翼型件210内，穿过内带204，并且使用相关联的孔洞1522而进入内支承结构212中。这些销的目的是将内带204夹在中间以防止喷嘴翼型件210由于支柱本体209和喷嘴翼型件210之间的α失配导致径向间隙打开而径向地向外浮动。允许喷嘴翼型件210在该打开间隙中浮动将导致不可取的流动路径台阶（step）。径向保持销1520确保喷嘴翼型件210始终加载至内支承结构212。
本公开内容的实施例已描述和例证示出了CMC喷嘴区段组件202可与支柱208、内支承结构212以及外带216对接的各种方式，其中不同的构造具有某些益处或不利，例如密封、泄漏以及应力。在一些实施例中，CMC喷嘴区段组件202安装至金属支柱以对通向定子的负载起作用。各种安装特征结构包括“楔凸（wange）”或楔形凸缘，其为能传输轴向或切向负载的加强凸缘，“突出部”为用于主要地传输切向负载的特征结构，“哨笛凹口”为内带204或外带216中的槽口或切口并且主要地为切向负载特征结构，凸缘凹口也主要地为切向负载特征结构，“垫”为在喷嘴腔内的抵靠支柱208加载的特征结构，以及“销”为在内带204或外带216中具有孔或槽口的特征结构经由该销加载至支柱。
应当认识到，已特别详细描述的上述实施例仅是示范性或可能的实施例，并且具有许多其它的组合、添加，或者可被包括的备选方案。
如文中贯穿说明书和权利要求书所用，近似性语言可用于修饰任何定量表示，该定量表示可允许变化但不会导致与其相关的基本功能的改变。因此，由用语或多个用语例如“大约”和“基本上”修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似性语言可相当于用于测量值的器械的精度。在此以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制可组合和/或互换，此类范围被认为并且包括所有包含在其中的子范围，但上下文或语言文字另有所指除外。
从陶瓷基复合材料（CMC）导叶组件传递负载至金属导叶组件支承部件的方法和系统的上述实施例提供了经济有效和可靠的方式用于将传递自CMC导叶组件的负载在相比于传统金属导叶组件而言更大区域上传播至金属导叶组件支承结构。更具体地，文中所述的方法和系统有助于相对于金属导叶组件支承结构上的负载接纳特征结构定向和定位CMC导叶组件上的负载传输特征结构。因此，文中所述的方法和系统有助于以经济有效和可靠的方式延长导叶组件的使用寿命。
本书面描述采用实例来描述本公开内容（包括最佳模式），并且还使得本领域的普通技术人员能够实施本公开内容，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。本公开内容可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有与权利要求的书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书面语言并无实质区别的同等结构元件，则认为此类其它实例处在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种从陶瓷基复合材料导叶组件传递负载至金属导叶组件支承部件的方法，所述方法包括：
提供所述陶瓷基复合材料导叶组件，所述导叶组件包括：
径向外端构件，其包括径向向外面向表面，所述径向向外面向表面具有在前端上的前凸缘、在后端上的后凸缘，以及定位在所述前凸缘和所述后凸缘之间的部分中的一个或更多沿径向向外延伸的负载传递特征结构；
径向内端构件；以及
在二者之间延伸的翼型本体；
使所述径向外端构件接合沿周向围绕气体流动路径隔开的多个金属导叶组件支承部件中的至少之一，所述导叶组件支承部件包括定型成与所述负载传递特征结构互补的一个或更多负载接纳特征结构，所述负载传递特征结构包括楔形截面并且有选择地正交于施加到所述径向向外面向表面中的力定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述陶瓷基复合材料导叶组件包括提供这样的陶瓷基复合材料导叶组件，也即，所述陶瓷基复合材料导叶组件包括从所述径向外端构件的径向向外面向表面沿径向向外延伸的第二负载传递特征结构。
3.一种燃气涡轮发动机，包括：
由第一金属材料形成的内支承结构，所述内支承结构包括支柱，所述支柱包括第一匹配端、相反的第二匹配端以及在二者之间沿径向延伸的支柱本体；
由第二金属材料形成的外支承结构；
翼型组件，其包括陶瓷基复合材料并且在所述内支承结构和所述外支承结构之间延伸，所述翼型组件包括：
径向外端构件，其包括具有非压缩负载承载特征结构的径向向外面向的端表面，所述非压缩负载承载特征结构从所述向外面向的端表面沿径向向外延伸并且与所述径向外端构件一体地形成，所述非压缩负载承载特征结构构造成与在所述外支承结构的径向内表面中形成的互补特征结构相匹配，所述非压缩负载承载特征结构有选择地正交于施加到所述径向向外面向的端表面中的力定位；
径向内端构件；以及
在二者之间延伸的中空翼型本体，所述翼型本体构造成接纳在第一端处可联接至所述外支承结构的支柱。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述径向内端构件包括具有第二非压缩负载承载特征结构的径向向内面向的端表面，所述第二非压缩负载承载特征结构从所述向内面向的端表面沿径向向内延伸并且与所述径向内端构件一体地形成，所述第二非压缩负载承载特征结构构造成与在所述内支承结构的径向外表面中形成的互补成型的特征结构相匹配，所述第二非压缩负载承载特征结构有选择地正交于施加到所述径向向内面向的端表面中的力定位。
5.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述非压缩负载承载特征结构包括楔形截面。
6.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述非压缩负载承载特征结构包括突出部。
7.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述非压缩负载承载特征结构包括凹口。
8.一种喷嘴区段组件，包括：
由第一金属材料形成的内支承结构，所述内支承结构包括支柱，所述支柱包括第一匹配端、相反的第二匹配端以及在二者之间沿径向延伸的支柱本体；
外支承结构，其由第二金属材料形成并且包括构造成接纳所述相反的第二匹配端的沿径向向外延伸的中空接收器；
翼型组件，其包括陶瓷基复合材料并且在所述内支承结构和所述外支承结构之间延伸，所述翼型组件包括：
径向外端构件，其包括具有非压缩负载承载特征结构的径向向外面向的端表面，所述特征结构从所述向外面向的端表面沿径向向外延伸并且与所述径向外端构件一体地形成，所述特征结构构造成与在所述外支承结构的径向内表面中形成的互补特征结构相匹配，所述特征结构有选择地正交于施加到所述径向向外面向的端表面中的力定位，所述特征结构沿着所述径向向外面向的端表面的向后面向凸缘和所述外支承结构的向前面向凸缘形成密封。
9.根据权利要求8所述的喷嘴区段组件，其特征在于，所述翼型组件还包括：
径向内端构件；以及
在二者之间延伸的中空翼型本体，所述翼型本体构造成接纳在第一端处可联接至所述外支承结构的支柱。
10.根据权利要求8所述的喷嘴区段组件，其特征在于，所述沿径向向外延伸的中空接收器和所述相反的第二匹配端使用穿过在所述沿径向向外延伸的中空接收器和所述相反的第二匹配端中的每个的相应孔洞延伸的销而联接在一起。
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