CN109414888B - 轴对称构件和用于形成轴对称构件的方法 - Google Patents

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Abstract

提供构件和用于形成构件的方法。例如，用于形成构件的方法包括铺设多个板层，以形成限定对称轴线和周向方向的构件预制件。铺设多个板层包括使多个板层的端部重叠，以限定重叠区域，并且使重叠区域沿着周向方向偏移，使得从对称轴线通过板层绘制的任何径向线穿过仅一个重叠区域。在另一实施例中，构件包括本体，其绕着对称轴线对称并且限定周向方向和径向方向。本体由多个板层形成，并且具有大致均匀的厚度。多个板层的端部重叠成限定沿着周向方向偏移的多个重叠区域。

Description

轴对称构件和用于形成轴对称构件的方法
技术领域
本主题大体上涉及轴对称构件，并且更具体而言，涉及轴对称构件和形成燃气涡轮发动机的轴对称构件的方法。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括风扇和布置成彼此流连通的芯部。此外，燃气涡轮发动机的芯部大体上包括成串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段，以及排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，其中一个或更多个轴向压缩机逐渐地压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并且在燃烧区段内焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送至涡轮区段。穿过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，并且接着发送穿过排气区段，例如至大气。
更常见地，非传统的高温材料(如包括陶瓷基质复合(CMC)材料的复合材料)用于燃气涡轮发动机内的各种构件。例如，因为CMC材料可耐受相对极端的温度，所以在用CMC材料替换燃烧气体的流动路径内的构件方面存在特别的兴趣。然而，由材料板层(如CMC材料板层)构成构件的典型方法经常导致具有厚度的局部变化和/或不平滑表面的构件。具有不均匀厚度的构件可消极地影响公差，使得构件不与一个或更多个对接构件对齐或者难以与其对齐。此外，在构件内具有不均匀厚度的构件存在制造困难。例如，构件厚度的局部变化可导致构件中的孔或孔口的不一致机加工。
因此，减少或消除构件厚度的变化的用于形成构件的方法将为合乎需要的。具体而言，用于形成轴对称构件的方法将为有利的，该方法减少或消除构件厚度的变化，同时提供具有环向强度的构件。遍及构件具有大致均匀厚度的轴对称构件也将为有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
在本主题的一个示例性方面中，提供一种用于形成构件的方法。该方法包括铺设(lay up)多个板层，以形成构件预制件。构件预制件限定对称轴线和周向方向。铺设多个板层包括使多个板层的端部重叠，各个重叠的端部限定重叠区域，以及使重叠区域沿着周向方向偏移，使得从对称轴线通过板层绘制的任何径向线穿过仅一个重叠区域。
在本主题的另一示例性方面中，提供一种用于形成构件的方法。该方法包括铺设多个板层，以形成构件预制件。构件预制件限定对称轴线和周向方向。铺设多个板层包括使多个第一板层的各个端部与多个第二板层的端部重叠。第一板层的各个重叠端部在接触长度之上与第二板层的一个端部接触。铺设多个板层还包括使重叠端部沿着周向方向偏移，使得从对称轴线通过多个板层绘制的任何径向线穿过仅一个接触长度。
在本主题的另一示例性方面中，提供一种构件。构件包括本体，其绕着对称轴线对称。本体限定绕着对称轴线的周向方向和与对称轴线正交的径向方向。本体由多个板层形成，并且本体具有大致均匀的厚度。多个板层的端部重叠成限定多个重叠区域，并且重叠区域沿着周向方向偏移。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1为根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图2为图1的示例性燃气涡轮发动机的燃烧区段和涡轮区段的示意性侧视图。
图3为根据本主题的示例性实施例的CMC构件预制件的示意性侧视图。
图4为根据本主题的示例性实施例的多个CMC板层的示意图。
图5为根据本主题的示例性实施例的形成图3的CMC构件预制件的多个CMC板层的示意图。
图6为根据本主题的示例性实施例形成的图2的燃气涡轮发动机的燃烧器的外衬里的截面视图。
图7为根据本主题的示例性实施例的用于形成CMC构件的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，而"下游"是指流体流至的方向。
现在参照附图，其中相同标记遍及附图表示相同元件，图1为根据本公开的示例性实施例的涡轮机的示意性截面视图。更具体而言，对于图1的实施例而言，涡轮机构造为燃气涡轮发动机，确切地说构造为高旁通涡扇喷气发动机12，其在本文中被称为“涡扇发动机12”。如图1中示出的，涡扇发动机12限定轴向方向A(平行于出于参考提供的纵向中心线13延伸)、径向方向R，以及周向方向C(图6)，即，绕着轴向方向A延伸的方向。大体上，涡扇10包括风扇区段14以及设置在风扇区段14下游的芯部涡轮发动机16。
描绘的示例性芯部涡轮发动机16大体上包括大致管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18包围并且芯部涡轮发动机16包括成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。因此，LP轴36和HP轴34均为旋转构件，其在涡扇发动机12的操作期间绕着轴向方向A旋转。
仍然参照图1的实施例，风扇区段14包括风扇38，其具有以间隔开的方式联接于盘42的多个风扇叶片40。如描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42能够由LP轴36绕着纵向轴线13一起旋转。更具体而言，风扇区段包括能够由LP轴36旋转的风扇轴。因此，风扇轴也可认为是旋转构件，并且类似地由一个或更多个轴承支承。
仍然参照图1的示例性实施例，盘42由前毂48覆盖，前毂48空气动力学地定轮廓成促进气流穿过多个风扇叶片40。前毂48可绕着纵向中心线13与风扇38一起旋转。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50 ，其沿周向包绕风扇38和/或芯部涡轮发动机16的至少一部分。示例性机舱50由多个周向间隔的出口导叶52关于芯部涡轮发动机16支承。此外，机舱50的下游区段54在芯部涡轮发动机16的外部分之上延伸，以便在其间限定旁通气流通路56。
在涡扇发动机12的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的关联入口60进入涡扇10。在一定量的空气58横跨风扇叶片40经过时，空气58的第一部分62指引或发送到旁通气流通路56中，并且空气58的第二部分64指引或发送到芯部空气流动路径37中，或者更具体而言，到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。空气的第二部分64的压力接着在其发送穿过高压(HP)压缩机24并且到燃烧区段26中时增加，其中空气的第二部分64与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66发送穿过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的热和/或动能的一部分经由HP涡轮定子导叶68(联接于外壳18)和HP涡轮转子叶片70(联接于HP轴或转轴34)的顺序级抽取，因此引起HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着发送穿过LP涡轮30，其中热和动能的第二部分经由LP涡轮定子导叶72(联接于外壳18)和LP涡轮转子叶片74(联接于LP轴或转轴36)的顺序级从燃烧气体66抽取，因此引起LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后发送穿过芯部涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，空气58的第一部分62的压力在空气的第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前发送穿过旁通气流通路56时显著地增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，用于将燃烧气体66发送穿过芯部涡轮发动机16。
应当认识到的是，图1中描绘的示例性涡扇发动机12仅经由实例。在其它示例性实施例中，涡扇发动机12可具有任何其它合适的构造。
现在参照图2，提供根据本主题的示例性实施例的燃烧器组件79的示意性截面视图。更具体而言，图2提供示例性燃烧器组件79的侧视截面视图，示例性燃烧器组件79可例如定位在图1的示例性涡扇发动机12的燃烧区段26中。
图2中描绘的燃烧器组件79大体上包括由内衬里82和外衬里84限定的燃烧室80，例如，燃烧衬里82,84一起在其间至少部分地限定燃烧室80。燃烧衬里82,84或燃烧器组件79的其它构件可由陶瓷基质复合(CMC)材料制成，如下面进一步描述的。燃烧器组件79大体上沿着轴向方向A从前端86延伸至后端88。内衬里82大体上限定热侧90，其暴露于并且部分地限定延伸穿过燃烧室80的芯部空气流动路径37的部分。内衬里82还限定与热侧90相对的冷侧92。类似地，外衬里84也限定热侧94，其暴露于并且部分地限定延伸穿过燃烧室80的芯部空气流动路径37的部分，并且外衬里84还限定与热侧94相对的冷侧96。
内衬里82和外衬里84均附接于燃烧器组件79的前端86处的环形穹顶100。更具体而言，环形穹顶100包括附接于内衬里82的内穹顶区段102，和附接于外衬里84的外穹顶区段104。内穹顶区段102和外穹顶区段104可均沿着周向方向C延伸，以限定环形形状。内穹顶区段102和外穹顶区段104均还限定用于分别接收内衬里82和外衬里84的槽106。
燃烧器组件79还包括多个燃料空气混合器108，其沿着周向方向C间隔并且至少部分地定位在环形穹顶100内。更具体而言，多个燃料空气混合器108沿着径向方向R至少部分地设置在外穹顶区段104与内穹顶部分102之间。来自涡扇发动机12的压缩机区段的压缩空气流动到燃料空气混合器108中或穿过燃料空气混合器108，其中压缩空气与燃料混合并且点燃，以在燃料室80内产生燃烧气体66。内穹顶区段102和外穹顶区段104构造成帮助将压缩空气流从压缩机区段提供到燃料空气混合器108中或穿过燃料空气混合器108。例如，内穹顶区段102包括内罩110，并且外穹顶区段104类似地包括外罩112。内罩110和外罩112可帮助将压缩空气流从压缩机区段指引到燃料空气混合器108中的一个或更多个中或穿过燃料空气混合器108中的一个或更多个。
在某些示例性实施例中，具有内罩110的内穹顶区段102可集成地形成为单个环形构件，并且类似地，具有外罩112的外穹顶区段104也可集成地形成为单个环形构件。然而，应当认识到的是，在其它示例性实施例中，内穹顶区段102和/或外穹顶区段104可备选地由以任何合适的方式连结的一个或更多个构件形成。例如，参照外穹顶区段104，在某些示例性实施例中，外罩112可与外穹顶区段104分离地形成，并且使用例如焊接过程附接于外穹顶区段104。此外或备选地，内穹顶区段102可具有类似的构造。
仍然参照图2，示例性燃烧器组件79还包括围绕燃料空气混合器108定位的隔热罩114，如描绘的。对于描绘的实施例而言，示例性隔热罩114附接于内穹顶区段102和外穹顶区段104，并且在内穹顶区段102与外穹顶区段104之间延伸。隔热罩114构造成保护涡扇发动机12的某些构件免受燃烧室80的相对极端温度。
关于图2继续，后端88处的燃烧器组件79包括内衬里82处的内活塞环密封件116和外衬里84处的外活塞环密封件118。内活塞环密封件116附接于内活塞环保持器120，其从内壳122延伸并且附接于内壳122。类似地，外活塞环密封件118附接于外活塞环保持器124，其从外壳126延伸并且附接于外壳126。内活塞环保持器120和外活塞环保持器124构造成大体上沿着轴向方向A以及大体上沿着径向方向R容纳内衬里82和外衬里84的膨胀。为了允许在外衬里84与外穹顶区段104之间以及在内衬里82与内穹顶区段102之间的相对热膨胀，多个安装组件130用于将外衬里84附接于外穹顶区段104并且将内衬里82附接于内穹顶区段104。更具体而言，安装组件130在外穹顶区段104的槽106内将外衬里84的前端附接于外穹顶区段104，并且在内穹顶区段的槽122内将内衬里82的前端附接于内穹顶区段102。如本文中进一步描述的，在由CMC材料形成时，内衬里82和外衬里84可形成为保持尺寸公差并且/或者最小化衬里厚度的变化，例如，以确保与穹顶区段102,104的内活塞环密封件116和外活塞环密封件118以及槽122的适当配合，使得内衬里82和外衬里84可热膨胀而不损坏衬里和/或任何相邻的构件。
此外，如以上论述的，燃烧气体66从燃烧室80流动到涡扇发动机12的涡轮区段中并且穿过涡扇发动机12的涡轮区段，其中来自燃烧气体66的热和/或动能的一部分经由涡轮定子导叶和涡轮转子叶片的顺序级抽取。第一级(1)定子导叶128在图2中示意性地描绘为在燃烧器组件79后部。
在一些实施例中，涡扇发动机12的构件(特别是热气体路径78内的构件)可包括陶瓷基质复合(CMC)材料，其为具有高温能力的非金属材料。对于描绘的实施例而言，燃烧器79的内衬里82和外衬里84均由CMC材料形成。用于此类构件的示例性CMC材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅，或氧化铝基质材料，以及它们的组合。陶瓷纤维可嵌入在基质内，如氧化稳定的增强纤维，其包括像蓝宝石和碳化硅的单丝(例如，Textron的SCS-6)，以及粗纱和纱线，其包括碳化硅(例如，Nippon Carbon的NICALON®、Ube Industries的TYRANNO®，以及Dow Corning的SYLRAMIC®)、硅酸铝(例如，Nextel的440和480)，和切碎的晶须和纤维(例如，Nextel的440和SAFFIL®)，以及任选的陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y的氧化物以及它们的组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石以及蒙脱石)。作为另外的实例，CMC材料还可包括碳化硅(SiC)或碳纤维布。当然，其它适合的材料(包括其它复合材料)可用于形成发动机12的构件，其包括热气体路径78内的构件，如内燃烧衬里82和外燃烧衬里84。
转到图3，提供示例性CMC构件预制件300，例如，用于形成涡扇发动机12的CMC构件(如燃烧器79的外衬里84)的预制件的示意图。尽管图3的示意图将CMC构件预制件300描绘为大体上圆柱形的，但是将认识到的是，预制件300可具有任何适合的形状，用于形成所得的CMC构件。在特定实施例中，所得的CMC构件可为轴对称的，即，绕着轴线A-A对称，在实施例中，轴线A-A可为发动机12的纵向轴线13，其中所得的CMC构件为发动机12的构件。因此，为了形成轴对称CMC构件，构件预制件300可为轴对称的，例如，如图3中示出的，预制件300绕着轴线A-A对称。然而，在其它实施例中，CMC构件可具有其它形状或构造，并且预制件300具有适于形成CMC构件的形状或轮廓。如图3中进一步示出的，预制件300限定与轴线A-A正交的径向方向R'，以及绕着轴线A-A延伸的周向方向C'。在其中预制件300导致发动机12的构件的一些实施例中，径向方向R'可为径向方向R，并且周向方向C'可为由发动机12限定的周向方向C。
现在参照图4，CMC构件预制件300可由多个CMC板层(具体而言，多个第一CMC板层302和多个第二CMC板层304)制成。在图4中示出的示例性实施例中，多个CMC板层布置成使得第二CMC板层304与第一CMC板层302重叠。更具体而言，第一CMC板层302中的各个具有端部302a,302b，并且第二CMC板层304中的各个具有端部304a,304b。第二CMC板层304的端部304a,304b与第一CMC板层302的端部302a,302b重叠，使得各个第二CMC板层304的各个端部304a,304b与第一CMC板层302的端部304a或304b叠加。通过使端部302a,302b与端部304a,304b重叠，第一CMC板层302沿着板层302的端部与第二CMC板层304接触，并且第二板层304沿着板层304的端部与第一板层302接触。第一CMC板层302和第二CMC板层304的重叠端部限定多个重叠区域306，它们沿着周向方向C'彼此间隔开。此外，第一CMC板层302和第二CMC板层304布置成使得各个板层302,304内的陶瓷纤维沿着周向方向C'定向。即，在铺设以形成CMC构件预制件300时，第一CMC板层302内的陶瓷纤维沿与第二CMC板层304内的陶瓷纤维相同的方向定向，并且在示例性预制件300中，第一板层302和第二板层304的纤维沿着周向方向C'定向。使第一板层302和第二板层304重叠成使得它们的陶瓷纤维沿周向或环向方向重叠可提供在所得CMC构件中承载机械环向强度所需的结构，因为重叠的板层有助于确保在沿着周向方向C'延伸的纤维中不存在破裂或切口。
第一CMC板层302和第二CMC板层304可为例如用基质材料预浸渍(预浸)的板层，并且可由预浸带等形成。例如，CMC板层可由预浸带形成，该预浸带包括期望的陶瓷纤维增强材料、CMC基质材料的一个或更多个前体，以及有机树脂粘合剂。根据常规实践，预浸带可通过用浆料浸渍增强材料来形成，该浆料含有(多个)陶瓷前体和粘合剂。浆料还可含有用于粘合剂的溶剂，其促进浆料的流动性，以实现纤维增强材料的浸渍，以及一个或更多个颗粒填料，其旨在存在于CMC构件的陶瓷基质中，例如，硅和/或SiC粉末(在Si-SiC基质的情况下)。用于前体的优选材料将取决于CMC构件的陶瓷基质所需的特定组合物。例如，如果期望的基质材料为SiC，则前体材料可为SiC粉末和/或一种或更多种含碳材料；值得注意的含碳材料包括炭黑、酚醛树脂，以及呋喃树脂，其包括糠醇(C4H3OCH2OH)。当然，多个CMC板层302,304也可以以其它方式形成。
仍然参照图4，第二板层304的端部304b与第一板层302的端部302a叠加或重叠，使得端部304b,302a接触达接触长度308。第二板层304的端部304a与第一板层302的端部302b叠加或重叠，使得端部304a,302b接触达接触长度308。更具体而言，各个第一CMC板层302具有内表面310和外表面312，并且各个第二CMC板层304具有内表面314和外表面316。如图4中示出的，第二板层304的内表面314在端部304b,302a和304a,302b处沿着接触长度308接触第一板层302的外表面312，使得第二板层304的端部304a,304b与第一板层302的端部302a,302b重叠。重叠端部中的各个限定重叠区域306，其具有等于接触长度308的宽度，端部304b,302a和304a,302b在接触长度308之上接触。
此外，如图4中描绘的，第一CMC板层302和第二CMC板层304重叠成使得多个CMC板层302,304沿着周向方向C'延伸。通过使相邻板层302,304的端部重叠，在CMC构件预制件300遭受处理，例如，以使CMC材料压实和致密化(如以下描述的)时，连续的陶瓷纤维环可沿着周向方向C'定向，这有助于向所得的CMC构件赋予环向强度。此外，尽管示出为大致上相等，但是各个接触长度308以及相应地，各个重叠区域306的宽度不必相等。然而，各个接触长度308应当为足够的长度，以确保第一板层302与第二板层304牢固地连结，以沿着周向方向C'形成连续的纤维环。
重叠的第一CMC板层302和第二CMC板层304限定CMC板层的层318，并且多个层318可用于形成CMC构件预制件300。例如，如图5中示出的，多个CMC板层可布置在第一层318a、第二层318b、第三层318c、第四层318d以及第五层318e中。一层轴向CMC板层320设置在第一板层302和第二板层304的各个层318之间。轴向板层320具有陶瓷纤维，其在CMC构件预制件300内大体上沿轴向延伸，即，纤维大体上平行于轴线A-A延伸，预制件300绕着轴线A-A对称。在其中构件预制件300为用于形成发动机12的外衬里84的外衬里预制件的实施例中，轴线A-A可为发动机12的纵向中心线13，或者轴线A-A可平行于纵向中心线13。此外，轴向板层320可铺设成使得对接接头形成在相邻的轴向板层320之间。即，相邻的轴向板层320可沿着它们的边缘相对于彼此对接，使得与第一CMC板层302和第二CMC板层304不同，轴向CMC板层320不与相邻的轴向板层320重叠，尽管相邻的轴向板层320可彼此接触。
此外，如图5中示出的，第一CMC板层302和第二CMC板层304的各个层318限定多个重叠区域306。更具体而言，CMC板层的第一层318a限定第一重叠区域306a，CMC板层的第二层318b限定第二重叠区域306b，CMC板层的第三层318c限定第三重叠区域306c，CMC板层的第四层318d限定第四重叠区域306d，并且CMC板层的第五层318e限定第五重叠区域306e。各个层318定位成使得没有两个重叠区域306沿径向对准。例如，第二层318b相对于第一层318a定位，使得第二重叠区域306b沿着周向方向C'从第一重叠区域306a偏移。即，多个第二重叠区域306b中没有一个与第一重叠区域306a沿径向对准。类似地，第二层318b相对于第三层318c、第四层318d以及第五层318e定位，使得第二重叠区域306b也沿着周向方向C'从第三重叠区域306c、第四重叠区域306d以及第五重叠区域306e偏移。更具体而言，各个层318相对于其它层318定位，使得没有重叠区域306与另一重叠区域306沿径向对准。因此，通过形成CMC构件预制件300的层318a,318b,318c,318d,318e和轴向板层320的层绘制的任何径向线322穿过相同数量的板层302,304,320并且不穿过多于一个的重叠区域306。
将认识到的是，图5仅经由实例提供。在其它实施例中，层318可以以任何顺序(包括但不限于图5中示出的顺序)沿周向和/或沿径向布置。然而，不管层所布置的顺序如何，层318定位成使得没有重叠区域306与另一重叠区域306沿径向对准。此外，尽管在图5中示出为包括在层318之间具有一层轴向板层320的五层318，但是在其它实施例中，CMC构件预制件300可包括在层318之间具有任何合适数量的轴向板层320的任何合适数量的层318。
仍然参照图5，将认识到的是，多个CMC板层可铺设在铺设工具324上，以形成CMC构件预制件300。尽管在图5的示意图中示出为大体上线性的，但是工具324可在形状上为大体上圆柱形的，具有内表面326和外表面328。在此类实施例中，CMC板层可在工具324的大体上圆柱形内表面326上或抵靠其铺设，以形成大体上圆柱形的轴对称CMC构件预制件300。就此而言，第一CMC板层302和第二CMC板层304的各个连续层318可相对于前一层318沿径向向内定位。在其它实施例中，工具324可具有任何适合的形状或构造，用于铺设多个CMC板层，以限定CMC构件预制件300的形状或轮廓，并且多个CMC板层302,304可按需要铺设在工具324的内表面326或外表面328上。
现在转到图6，提供图2的外衬里84的示意性截面视图。在本主题的描绘的示例性实施例中，外衬里84为CMC本体330，CMC本体330绕着发动机12的纵向中心线13对称，即，中心线13为CMC本体330的对称轴线。CMC本体330限定绕着中心线13延伸的周向方向C，以及与中心线13正交的径向方向R。CMC本体330由多个CMC板层302,304,320形成，如以上描述的。更具体而言，CMC板层铺设在铺设工具上，以限定外衬里84/CMC本体330的大体上平滑的外表面96。此外，多个第一CMC板层302和第二CMC板层304的端部重叠，以限定多个重叠区域306。在接触的、重叠的板层302,304之间形成的各个重叠区域306沿着周向方向C偏移，使得没有两个重叠区域306沿着通过纵向中心线13绘制的任何径向线322对准。即，通过中心线13绘制的任何径向线322穿过仅一个重叠区域306。此外，如以上描述的，第一CMC板层302和第二CMC板层304中的各个包括多个陶瓷纤维，其大致上沿着一个方向定向。形成CMC本体330的CMC板层302,304定位成使得第一CMC板层302和第二CMC板层304的陶瓷纤维沿着周向方向C定向。因此，使多个第一CMC板层302和第二CMC板层304的端部重叠沿周向方向C形成连续的陶瓷纤维环，多个第一CMC板层302和第二CMC板层304的端部可布置在多个层318中，其中轴向板层320设置在各个层318之间，如先前论述的。
因此，通过使重叠区域306偏移，外衬里84的内表面94大体上为平滑的，并且限定外衬里84的CMC本体330具有大致均匀的厚度。更具体而言，使板层重叠不沿着径向方向R累积，沿着径向方向R累积可导致衬里84具有比衬里的其它区段更厚的一个或更多个区段，使得衬里不具有均匀的厚度。相反，重叠区域306遍及构件分布，使得衬里84具有大致均匀的厚度和与加工表面相对的大体上平滑的表面，如果板层铺设在其上的工具为大致上平滑的，则该加工表面也为大体上平滑的表面。大体上平滑的表面和大致均匀的厚度可帮助外衬里84与对接构件(如外穹顶区段104和/或外活塞环密封件118)适当地对接，如以上描述的，并且向燃烧气体66提供平滑的流动路径。此外。虽然图6描绘外衬里84，但是应当认识到的是，内衬里82或发动机12的任何其它适合的构件可以以与描绘的外衬里84大致相同的方式形成，使得外衬里84、内衬里82、或发动机12的其它CMC构件具有大致均匀的厚度。此外或备选地，使用CMC材料制成的其它构件(特别地，轴对称CMC构件)可如关于外衬里84描述地形成。
图7提供示出根据本主题的示例性实施例的用于形成CMC构件的方法800的流程图。例如，CMC构件可为用于燃气涡轮发动机12的燃烧器79的外衬里84。如图7中的802处示出的，用于形成CMC构件的CMC材料的多个板层可铺设成形成具有期望形状或轮廓的CMC构件预制件300。CMC构件预制件300的期望形状可为所得CMC构件的期望形状或轮廓。作为实例，板层可铺设成限定CMC构件预制件300的形状，其为外衬里84的形状。如以上描述的，形成预制件300的多个CMC板层302,304,320可铺设在铺设工具324上或者可铺设在另一适合的装置上，用于支承板层并且/或者用于限定期望的形状。
此外，如以上描述的，铺设多个第一CMC板层302和第二CMC板层304可包括使CMC板层302,304的陶瓷纤维沿着周向方向C'定向，如图7中的802a处示出的。此外，如802b处示出的，铺设第一CMC板层302和第二CMC板层304可包括使板层302,304的端部重叠，以形成多个重叠区域306。使多个CMC板层的端部重叠包括使多个第一CMC板层302的端部302a,302b定位成与多个第二CMC板层304的端部304a,304b接触。更具体而言，各个第二CMC板层304的各个端部可定位成在接触长度308之上接触第一CMC板层302的端部。各个接触长度308限定对应的重叠区域306的宽度。通过将板层302,304的端部与沿着周向方向C'定向的板层的陶瓷纤维重叠，连续的陶瓷纤维环可沿着周向方向C'形成。
此外，板层302,304可铺设在多个层318中，各个层具有多个重叠的第一CMC板层302和第二CMC板层304，以及因此多个重叠区域306。仍然参照图7，如802c处示出的，使板层302,304铺设在层318中还可包括使各个层318的重叠区域306偏移，使得通过CMC构件预制件300的轴线A-A绘制的任何径向线322不穿过多于一个重叠区域306。此外，铺设多个CMC板层可包括将轴向板层320铺设在第一板层302和第二板层304的层318之间。即，第一板层302和第二板层304的层318可与轴向板层320的层交替。更具体而言，板层302,304的层318铺设成与轴向板层320的层交替并且使层318的重叠区域306沿着周向方向C'偏移，使得通过轴线A-A和铺设部绘制的任何径向线322穿过相同数量的板层302,304,320并且穿过仅一个重叠区域306。
在铺设多个板层302,304,320之后，可处理板层，例如，在高压釜中压紧和固化，如图7中的804处示出的。在处理之后，板层形成未加工状态CMC构件，例如，未加工状态CMC外衬里84。未加工状态CMC构件为单件构件，即，使板层302,304,320固化连结板层，以产生由连续的CMC材料件形成的CMC构件。未加工状态构件接着可遭受烧制(或烧尽)和致密化(在图7中的806和808处示出)，以产生最终的CMC构件。在方法800的示例性实施例中，未加工状态构件放置在具有硅的炉中，以烧尽在形成CMC板层302,304,320中使用的任何心轴形成材料和/或溶剂，以分解溶剂中的粘合剂，并且以将板层的陶瓷基质前体转化成CMC构件的基质的陶瓷材料。由于粘合剂在烧尽/烧制期间的分解，故硅熔化并且渗透关于基质产生的任何孔隙；CMC构件与硅的熔化渗透使CMC构件致密化。然而，致密化可使用任何已知的致密化技术执行，包括但不限于Silcomp、熔体渗透(MI)、化学气相渗透(CVI)、聚合物渗透和热解(PIP)，以及氧化物/氧化物过程。在一个实施例中，致密化和烧制可在真空炉或在高于1200℃的温度下具有建立的气氛的惰性气氛中进行，以允许硅或另一适合的一种或多种材料熔化渗透到构件100中。可选地，如图7中的810处示出，在烧制和致密化之后，CMC构件可在需要时且按需要进行精机加工，并且/或者以环境障碍涂层(EBC)涂覆。
方法800仅经由实例提供。例如，可使用其它处理循环，例如，利用其它已知的方法或技术，用于压紧和/或固化CMC板层。此外，CMC构件可使用任何适合的手段来后处理或致密化。作为备选，也可使用这些或其它已知过程的任何组合。此外，在一些实施例中，除CMC材料之外的材料可用于形成构件，并且此类实施例可包括通过使板层重叠和偏移来铺设其它材料的板层，如以上描述的。任何适合的处理循环等可用于固化构件，并且由此产生最终构件，例如，如关于方法700描述的。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利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。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于形成构件的方法，所述方法包括：
铺设多个板层，以形成构件预制件，所述构件预制件限定对称轴线、径向方向和围绕所述对称轴线延伸的周向方向，其中铺设所述多个板层包括：
沿着所述径向方向限定多个层，各个层通过使多个第一板层的端部与多个第二板层的端部重叠而形成，各个重叠的端部限定重叠区域，各个第一板层和各个第二板层包括沿着所述周向方向延伸的多个纤维，使得所述多个第一板层中的纤维与所述多个第二板层中的纤维沿相同的方向延伸；以及
使所述重叠区域沿着所述周向方向偏移，使得从所述对称轴线通过所述板层绘制的任何径向线穿过仅一个重叠区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一排轴向板层设置在第一板层和第二板层的各个层之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使所述重叠区域偏移包括使所述多个重叠区域沿着所述周向方向偏移，使得从所述对称轴线通过所述板层绘制的任何径向线穿过相同数量的第一，第二和轴向板层。
4.一种用于形成构件的方法，所述方法包括：
铺设多个陶瓷基质复合CMC板层，以形成构件预制件，所述构件预制件限定对称轴线、径向方向和围绕所述对称轴线延伸的周向方向，其中铺设所述多个板层包括：
沿着所述径向方向限定多个层，各个层通过使多个第一CMC板层的各个端部与多个第二CMC板层的端部重叠而形成，使得一层中的各个第一CMC板层与该层中的两个第二CMC板层重叠，且该层中的各个第二CMC板层与该层中的两个第一CMC板层重叠，第一CMC板层的各个重叠端部在接触长度之上与第二CMC板层的一个端部接触，和
铺设多个轴向CMC板层，使得轴向CMC板层设置在各个层之间，
使所述重叠端部沿着所述周向方向偏移，使得从所述对称轴线通过所述多个CMC板层绘制的任何径向线穿过仅一个接触长度，并且穿过相同数量的第一，第二和轴向板层；
其中，各个第一CMC板层和各个第二CMC板层包括沿着所述周向方向延伸的多个陶瓷纤维，使得所述多个第一CMC板层中的纤维与所述多个第二CMC板层中的纤维沿相同的方向延伸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，铺设所述多个板层包括铺设多个陶瓷基质复合CMC板层，使得所述多个第一板层为多个第一CMC板层，并且所述多个第二板层为多个第二CMC板层，且所述多个轴向板层为多个轴向CMC板层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括处理所述多个CMC板层，以形成未加工状态构件。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括烧制所述未加工状态构件，以产生烧制的构件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述烧制的构件致密化，以产生最终的CMC构件。
9.一种复合构件，其包括：
本体，所述本体绕着对称轴线对称，所述本体限定绕着所述对称轴线的周向方向和与所述对称轴线正交的径向方向，
其中所述本体由多个第一陶瓷基质复合CMC板层，多个第二CMC板层以及多个轴向CMC板层形成，
其中所述多个第一CMC板层的端部与所述多个第二CMC板层的端部重叠，以限定多个重叠区域，
其中，在径向上连续层的第一CMC板层和第二CMC板层之间的重叠区域沿着所述周向方向偏移，并且
其中，各个第一CMC板层和各个第二CMC板层包括沿着所述周向方向延伸的多个陶瓷纤维，使得所述多个第一CMC板层中的纤维与所述多个第二CMC板层中的纤维沿相同的方向延伸；
其中，轴向CMC板层的层设置在各层的第一CMC板层与第二CMC板层之间；
其中，从所述对称轴线通过所述CMC板层绘制的任何径向线穿过仅一个重叠区域，并且穿过相同数量的第一，第二和轴向CMC板层；以及
其中所述本体具有大致均匀的厚度。
10.根据权利要求9所述的复合构件，其特征在于，所述多个第一CMC板层的端部与所述多个第二CMC板层的端部重叠，以沿所述周向方向形成连续的陶瓷纤维环。
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