CN117985214A - 蒙皮组件及其制造方法 - Google Patents

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CN117985214A CN202311429358.1A CN202311429358A CN117985214A CN 117985214 A CN117985214 A CN 117985214A CN 202311429358 A CN202311429358 A CN 202311429358A CN 117985214 A CN117985214 A CN 117985214A
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Abstract

一种蒙皮组件，包括第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板，该第一陶瓷基复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体。蒙皮组件进一步包括第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板，该第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第二柱状体。一个或多个第二柱状体与一个或多个第一柱状体相互交叉以在第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板和第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙，其中所述多个交错膨胀间隙被配置为适应蒙皮组件的至少一部分的热膨胀。

Description

蒙皮组件及其制造方法
技术领域
本主题大体上涉及蒙皮技术，例如层压蒙皮技术。
背景技术
高超音速飞行器一般是指能够以大于5马赫的速度(存在高热负荷的速度)实现在90公里左右高度以下大气层中飞行的飞行器。因此，高超音速飞行器通常要承受极端的操作条件，包括高温和高压。例如，当高超音速航空航天飞行器在空气中移动时，由于快速移动的飞行器引起的牵引和压缩，飞行器周围的空气会变热。随着飞行器速度的加快，飞行器内部和周围的温度会升高。这些极端的操作条件还可能引起振动和冲击波，从而限制飞行器及其部件的性能。
附图说明
在参考了附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的高超音速飞行器的立体图。
图2是根据本公开的示例性方面的陶瓷基质复合材料蒙皮面板的横截面图。
图3是根据本公开的示例性方面的高超音速蒙皮组件的横截面图。
图4是根据本公开的另一个示例性方面的高超音速蒙皮组件的横截面图。
图5A是根据本公开的示例性方面的在陶瓷基质复合材料蒙皮面板的构造中使用的部件的分解图。
图5B示出了根据本公开的示例性方面的处于组装配置的图5A所示的部件。
图5C示出了根据图5A和5B的实施例的所构造的陶瓷基质复合材料蒙皮面板。
图6示出了根据本公开的示例性方面的构造蒙皮组件的方法。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细说明使用数字和字母名称来参考附图中的特征。在附图和说明书中的相似或类似标号被用于指本发明的相似或类似部分。
本文使用“示例性”一词来表示“用作示例、实例或图示”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不必被解释为比其他实施方式更优选或有利。另外，除非另外特别指明，否则本文描述的所有实施例都应当被认为是示例性的。
单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。
术语“联接”等指的是直接联接以及通过一个或多个中间组件或特征的间接联接，除非本文另外指定。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。
如本文所使用的，用于描述结构的术语“一体的”是指由连续材料或材料组一体地形成而没有接缝、连接接头等的结构。本文所述的一体的、整体结构可以通过预浸料带铺叠、增材制造或可替代地通过铸造工艺等形成。
本文中关于两个壁和/或表面使用的术语“相邻”是指两个壁和/或表面彼此接触，或者两个壁和/或表面仅被一个或多个非结构层分开并且两个壁和/或表面以及一个或多个非结构层处于串联接触关系(即，第一壁/表面接触一个或多个非结构层，并且一个或多个非结构层接触第二壁/表面)。
一般而言，蒙皮被约束或附接至结构的底层框架，从而为该结构提供空气动力学表面并在其可能经受的恶劣环境中保护该结构。例如，诸如高超音速飞行器的高速飞行器可包括被约束或附接至高速飞行器的机身的蒙皮，从而为该高速飞行器提供空气动力表面并在苛刻的飞行条件中保护该高速飞行器。通常，蒙皮包括一个或多个蒙皮面板，其与相邻蒙皮面板接合以形成蒙皮。因此，蒙皮可以被称为蒙皮组件。
此外，在一些恶劣的环境中，蒙皮组件可能会受到剧烈加热，引起一个或多个蒙皮面板热膨胀。因此，导致蒙皮组件经历热应力。该热应力对于蒙皮组件设计提供的空气动力学表面可能是不利的。例如，热应力可导致蒙皮组件的屈曲，并且更具体地，可导致一个或多个蒙皮面板的屈曲。
另外，蒙皮组件的蒙皮面板通常由陶瓷基质复合材料(例如，碳化硅纤维增强的碳化硅复合材料和碳纤维增强的碳化硅复合材料)构造而成。当与由其他复合材料(例如，碳-碳复合材料)构造的蒙皮面板相比时，由陶瓷基质复合材料构造的蒙皮面板在恶劣条件的环境(例如氧化环境)中可以具有更好的耐久性。然而，相比于在其他复合材料中使用的材料(例如，碳)，陶瓷基质复合材料中使用的材料(例如，碳化硅)可能具有更高的热膨胀系数。因此，陶瓷基质复合材料——并且更具体地，由陶瓷基质复合材料构造的蒙皮面板——在经受剧烈加热时(例如，在苛刻的飞行条件中)可能经历更高水平的热应力。
因此，任何能够减轻蒙皮组件(更具体地，蒙皮面板)可能经历的热应力，同时继续为蒙皮组件可能被约束或附接的结构提供空气动力学表面的手段将是令人期望的。
因此，本公开总体上涉及具有减轻热应力的特征的蒙皮组件。具体地，在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种蒙皮组件。该蒙皮组件包括第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板，该第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体。另外，蒙皮组件包括第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板，该第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第二柱状体。一个或多个第二柱状体与一个或多个第一柱状体相互交叉，以在第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板和第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙。多个交错膨胀间隙被配置为容纳蒙皮组件的至少一部分热膨胀。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种蒙皮组件。蒙皮组件包括第一蒙皮面板，该第一蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体。另外，蒙皮组件包括第二蒙皮面板，第二蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第二柱状体。一个或多个第二柱状体与一个或多个第一柱状体相互交叉，以在第一蒙皮面板和第二蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙。多个交错膨胀间隙被配置为容纳蒙皮组件的至少一部分热膨胀。
另外，在一个实施例中，提供了一种构造蒙皮组件的方法。该方法通常包括形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板。另外，该方法包括分别从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料，以形成一个或多个第一柱状体和一个或多个第二柱状体。另外，该方法包括接合第一蒙皮面板和第二蒙皮面板，使得第一蒙皮面板和第二蒙皮面板在其间限定多个交错膨胀间隙。
现在参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的高超音速飞行器2的立体图。如本文所使用的，术语“高超音速”通常指的是高于5马赫的空速。然而，应当理解，本主题的各方面不仅限于高超音速飞行器2，而是可以替代地应用于涉及其他飞行马赫数小于5的高超音速飞行器、抛射体、物体等的应用中。
一般来说，高超音速飞行器在高速或高超音速操作条件下通常会经历极度的高温。因此，蒙皮通常设置在高超音速飞行器的至少一部分上，以在经历极度高温时保护高超音速飞行器。蒙皮可包括一个或多个蒙皮面板，这些蒙皮面板被连接以形成基本上连续的蒙皮。因此，在某些示例性实施例中，蒙皮可以被称为蒙皮组件。
如图1所示，高超音速飞行器2通常包括被蒙皮组件14覆盖的内部框架15，以向高超音速飞行器2(更具体地，内部框架15)提供保护。通常，蒙皮组件14是一组平坦或弯曲的壳体，其接合在一起以限定高超音速飞行器(更具体地，高超音速飞行器的任何合适的部件)的外表面。例如，蒙皮组件可以限定高超音速飞行器的机身、一对机翼、一对尾翼、控制表面或其组合的外表面。
更具体地，如图所示，蒙皮组件14包括两个复合材料蒙皮面板17、19。如下文将更详细描述的，两个复合材料蒙皮面板17、19可限定多个交错膨胀间隙21(以虚线示出)。在高超音速操作条件期间，高超音速飞行器2的蒙皮组件14可能经历高热负载，这导致蒙皮组件14(更具体地，两个复合材料蒙皮面板)热膨胀，并且可能在蒙皮组件14内引起热应力。因此，蒙皮组件14可以包括用于减轻操作期间的热应力的特征。
另外，高超音速飞行器包括高超音速推进发动机12、至少部分地包围高超音速推进发动机12的发动机罩10、飞行器机翼4、竖直稳定器以及位于高超音速飞行器2前端的锥头6。
现在参见图2，提供了复合材料蒙皮面板100的横截面图。如图所示，复合材料蒙皮面板100是陶瓷基质复合材料蒙皮面板100。如本文所用，陶瓷基质复合材料或“CMC”是指包括被陶瓷基质包围的增强材料(例如，增强纤维)的一类材料。一般来说，增强纤维为陶瓷基质提供结构完整性。CMC的基质材料的一些示例可以包括但不限于非氧化物硅基材料(例如碳化硅、氮化硅或其混合物)、氧化物陶瓷(例如碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2、铝硅酸盐或其混合物)或其混合物。可选地，陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y的氧化物及其组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)也可以包含在CMC基质内。
CMC的增强纤维的一些示例可以包括但不限于非氧化物硅基材料(例如碳化硅、氮化硅或其混合物)、非氧化物碳基材料(例如碳)、氧化物陶瓷(例如，碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2、如莫来石的铝硅酸盐、或其混合物)、或其混合物。
一般而言，特定的CMC可以被称为它们的纤维类型/基质类型的组合。例如C/SiC为碳纤维增强碳化硅；SiC/SiC为碳化硅纤维增强碳化硅，SiC/SiN为碳化硅纤维增强氮化硅；SiC/SiC-SiN为于碳化硅纤维增强的碳化硅/氮化硅基质混合物等。在其他示例中，CMC可包括基质和增强纤维，所述增强纤维包含基于氧化物的材料，例如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、铝硅酸盐及其混合物。铝硅酸盐可包括晶体材料，例如莫来石(3Al2O3 2SiO2)，以及玻璃化(glassy)铝硅酸盐。
在某些实施例中，增强纤维可以在嵌入基质内之前被集束和/或涂覆。例如，纤维束可以形成为增强带，例如单向增强带。多个带可以铺设在一起以形成预成型部件。可以在形成预成型部件之前或形成预成型部件之后用浆料组合物浸渍纤维束。然后，预成型部件可以经历热处理，例如固化或烧尽，以在预成型部件中产生高炭残留物，并且经历随后的化学处理，例如用硅熔渗，以获得由所需化学成分组成的CMC材料部件。
此类材料与某些整体陶瓷(即，没有增强材料的陶瓷材料)特别适合于较高温度的应用。此外，这些陶瓷材料与超级合金相比重量轻，但仍然可以为由其制成的部件提供强度和耐用性。因此，目前正在考虑将此类材料用于燃气涡轮发动机的较高温度区段中使用的许多燃气涡轮部件，例如翼型件(例如涡轮和轮叶)、燃烧器、护罩和其他类似部件，这些部件将受益于这些材料提供的轻质和高温性能。
应当理解，在本公开中，CMC蒙皮面板可以不是C/C复合材料。相反，陶瓷基质复合材料蒙皮面板可以包括SiC基复合材料，并且更具体地可以由SiC基复合材料形成(即，可以包括至少60％重量百分比的SiC基复合材料)。
另外，应当理解，所述的CMC蒙皮面板仅以示例的方式提供，并且在可替代的示例性实施例中，复合材料蒙皮面板100可以是任何合适的层压材料。
如图2所示，CMC蒙皮面板100限定了厚度方向Y、侧向方向X和横向方向T(进出图2中的页面)。应当理解，侧向方向X和横向方向T是垂直于厚度方向Y的局部方向。因此，侧向方向X和横向方向T可以定位在垂直于厚度方向Y的任何合适的方向上。另外，CMC蒙皮面板100包括具有沿侧向方向X延伸的第一长度的第一层板102、具有沿侧向方向X延伸的第二长度的第二层板104、具有沿侧向方向X延伸的第三长度的第三层板106以及具有沿侧向方向X延伸的第四长度的第四层板108。第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108沿厚度方向Y堆叠，并相互结合形成CMC蒙皮面板100。因此，CMC蒙皮面板100具有沿厚度方向Y的厚度。
第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108中的每一个的长度交错，以形成沿侧向方向X延伸的两个柱状体110。具体地，这些长度沿侧向方向X不相等，这些层板被布置为沿侧向方向X具有不同的起始位置和/或终止位置。
另外，两个柱状体110限定两个凹口112，其允许相邻的CMC蒙皮面板的柱状体(例如，柱状体110)相互交叉。如图所示，凹口112可由一个柱状体110或由两个柱状体110限定。因此，凹口112可被配置为允许相邻的CMC蒙皮面板的柱状体相互交叉的通道(例如，当由两个柱状体限定时)，或者，凹口112可以是允许相邻的CMC蒙皮面板的柱状体相互交叉的开放空间(例如，当由一个柱状体限定时)。
正如可以理解的那样，CMC蒙皮面板100的柱状体与相邻CMC蒙皮面板的柱状体可以相互交叉，以形成具有基本上连续表面的蒙皮组件(例如，图3中的蒙皮组件120)。此外，第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108的交错长度可被配置为使得相互交叉的柱状体能够保持合适蒙皮组件的弯曲刚度。另外，或者可替代地，第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108的交错长度可被配置为简化蒙皮组件的组装和拆卸。
如图所示，第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108限定交错的长度。然而，应当理解，在可替代的示例性实施例中，第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108的长度可以是任何合适的长度，以形成CMC蒙皮面板100的柱状体110。例如，在可替代的示例性实施例中，第二长度和第四长度可以沿着侧向方向延伸相同的距离。
应当理解，在图2中，CMC蒙皮面板100包括大致形成CMC蒙皮面板100的两个柱状体110的第一、第二、第三和第四层板102、104、106和108。然而，层板的数量仅仅作为示例提供，在可替代的示例性实施例中，CMC蒙皮面板100可包括形成任何合适数量的柱状体的任何合适数量的层板。
另外，如图所示，柱状体110各自包括单个层，其限定了柱状体沿厚度方向Y的厚度。然而，应当理解，该单个层仅作为示例而提供，并且在可替代的示例性实施例中，柱状体110可以包括形成任何合适厚度的柱状体的任何合适数量的层。现在参照图3，提供了根据本公开的示例性方面的蒙皮组件120的横截面图。蒙皮组件120限定了厚度方向Y、侧向方向X和横向方向T(进出图3中的页面)。应当理解，侧向方向X和横向方向T是垂直于厚度方向Y的局部方向。因此，侧向方向X和横向方向T可以定位在垂直于厚度方向Y的任何合适的方向上。另外，蒙皮组件120通常包括CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124，第二蒙皮面板124与图2的CMC蒙皮面板100的配置方式基本相同。例如，第二蒙皮面板124包括限定一个或多个凹口的一个或多个柱状体110。CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124的柱状体110相互交叉，以形成蒙皮组件120。特别地，如本文所使用的，关于相邻的CMC蒙皮面板的柱状体，术语“相互交叉”指的是一个CMC蒙皮面板的柱状体位于相邻的CMC蒙皮面板的凹口内部，反之亦然。
应当理解，第二蒙皮面板可以由任何合适的层压材料构造而成。例如，第二蒙皮面板可由CMC形成，并且因此，所形成的蒙皮组件可包括两个CMC蒙皮面板。另外，在另一示例中，第二蒙皮面板可以由层压金属材料形成，并且因此形成的蒙皮组件可以包括CMC蒙皮面板和层压金属蒙皮面板。
此外，应当理解，由CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124形成的蒙皮组件可被配置成避免阻力，并且更具体地，避免高超音速飞行器操作条件下蒙皮组件经历热应力而引起的凸起阻力。
在苛刻的操作条件下，例如作为非限制性示例的高超音速飞行器，蒙皮组件120可能经历高热负载。这种高热负荷可引起第一CMC蒙皮面板122的至少一部分、第二CMC蒙皮面板124的至少一部分或其组合的热膨胀。适应CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124的热膨胀是关键的，因为热膨胀可能导致蒙皮组件120内的热应力和屈曲。因此，CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124在其间限定多个交错膨胀间隙126，该多个交错膨胀间隙126被配置为在预定条件下容纳CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124的热膨胀。更具体地，第一CMC蒙皮面板122的一个或多个柱状体和第二CMC蒙皮面板124的一个或多个柱状体部分地限定多个交错膨胀间隙126。在预定条件下，当CMC蒙皮面板100和第二CMC蒙皮面板124经历热膨胀时，多个交错膨胀间隙可以完全或部分地闭合。因此，多个交错膨胀间隙126减轻了CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124之间的热应力并且减轻了CMC蒙皮面板100和第二蒙皮面板124之间可能发生的屈曲。应当理解，本文所用的术语“交错膨胀间隙”是指相邻CMC蒙皮面板之间沿厚度方向Y间隔开并沿侧向方向X位于至少两个不同位置的两个或更多个间隙。
应当理解，多个交错膨胀间隙126可以大体沿着垂直于蒙皮组件120的厚度方向Y的任何合适的方向限定。更具体地，多个交错膨胀间隙126可以沿着第一和第二CMC蒙皮面板122、124在苛刻操作条件下(例如高超声速操作条件下)可能发生热膨胀的方向限定。在一个非限制性示例中，多个交错膨胀间隙126可以沿着蒙皮组件的侧向方向X限定(并且沿着横向方向T延伸)，这里的侧向方向X通常与蒙皮组件120安装在高超音速飞行器上时发生热膨胀的方向对准。另外或可替代地，多个交错膨胀间隙126可沿着横向方向限定(并且沿着侧向方向X延伸)，这里的横向方向通常与使用蒙皮组件120时发生热膨胀的方向对准。
此外，多个交错膨胀间隙126中的每一个通常限定距离D。多个交错膨胀间隙126中的每一个的距离D被配置为容纳第一和第二CMC蒙皮面板122、124在使用期间的预期热膨胀。因此，多个交错膨胀间隙126中的每一个的距离D可以是任何合适的距离，以容纳高超音速操作期间第一和第二CMC蒙皮面板122、124的预期热膨胀。另外，距离D可被配置为在使用期间(作为非限制性示例，包括在高超音速或非高超音速操作期间)维持蒙皮组件的充分密封功能。
另外，在操作期间，蒙皮组件120可能会经历气体的侵入，这可能导致第一和第二CMC蒙皮面板122、124的氧化。因此，所示的蒙皮组件120包括置于在第一和第二CMC蒙皮面板122、124上(即，直接或通过一个或多个中间涂层，例如粘合涂层，施加到第一和第二CMC蒙皮面板122、124)以保护第一和第二CMC蒙皮面板122、124的环境屏障涂层128。如本文所用，环境屏障涂层或“EBC”是指包括一个或多个陶瓷材料层的涂层系统，每个陶瓷材料层都提供对下面的CMC的特定或多功能保护。EBC通常包括多个层，诸如稀土硅酸盐涂层(例如，稀土硅酸盐，诸如浆料或APS沉积的二硅酸钇镱(YbYDS))、碱土铝硅酸盐(例如，包括钡锶铝硅酸盐(BSAS)，诸如具有一系列BaO、SrO、Al2O3和/或SiO2组合物)、气密层(例如，稀土二硅酸盐)和/或外涂层(例如，包括稀土单硅酸盐、诸如浆料或APS沉积的单硅酸钇(YMS))。可根据需要掺杂一个或多个层，并且EBC也可以涂覆有耐磨涂层。
应当理解，如果蒙皮组件120的特定应用需要保护下面的第一CMC蒙皮面板和第二CMC蒙皮面板122、124，则蒙皮组件120可以可选地包括EBC 128。
另外，在操作条件期间，EBC 128可能经历热膨胀。因此，EBC 128限定热膨胀间隙127，该热膨胀间隙127被配置为适应EBC 128的热膨胀。如图所示，热膨胀间隙127定位在竖直方向上最外侧的交错膨胀间隙126的上方。
应当理解，在可替代的示例性实施例中，EBC 128的热膨胀间隙127可以定位在任何合适的位置，以适应EBC 128的热膨胀。此外，在可替代的示例性实施例中，EBC 128可以包括被配置为在高超音速飞行器的某些操作条件期间适应EBC 128热膨胀的多个热膨胀间隙127。另外，在可替代的示例性实施例中，EBC 128可以不包括热膨胀间隙127。
现在参照图4，提供了根据本公开的另一个示例性方面的蒙皮组件200的横截面图。图4的示例性蒙皮组件200可以以与图3的示例性蒙皮组件120以基本上相同的方式配置，并且相应地，相同或相似的附图标记可以指代相同或相似的部分。
例如，图4的蒙皮组件200通常包括第一CMC蒙皮面板122和第二CMC蒙皮面板124、限定了第一CMC蒙皮面板122的一个或多个凹口112的一个或多个柱状体110以及限定了第二CMC蒙皮面板124的一个或多个凹口112的一个或多个柱状体110。每个CMC蒙皮面板122、124的一个或多个柱状体相互交叉，以形成基本上连续的蒙皮组件200。此外，蒙皮组件200包括具有热膨胀间隙127的EBC 128。EBC 128放置在第一CMC蒙皮面板122和第二CMC蒙皮面板124上。然而，对于图4的实施例，在第一和第二CMC蒙皮面板122，124之间限定的多个交错膨胀间隙126被配置为保持材料130，该材料130可以在高超音速操作期间经历的一定温度下从固态相变到液态。应当理解，材料130可以是能够在高超音速操作期间经历的一定温度下从固态相变到液态的任何合适的材料。例如，材料130可以是在高超音速操作期间在大约2525华氏度的温度下从固态相变到液态的硅。另外，材料130可以是含有少量合金成分的主要含硅的合金，或者使得该材料在另一期望温度下从固态相变到液态的任何合金。另外，保持在交错膨胀间隙内的材料可以为蒙皮组件200提供气密密封。具体地，交错膨胀间隙126内的材料可以防止可能导致第一和第二CMC蒙皮面板122、124氧化的空气进入交错膨胀间隙126。另外，交错膨胀间隙126内的材料130可以防止空气穿过交错膨胀间隙126并进入高超音速飞行器(例如，图1的高超音速飞行器2)的内部舱室，这些空气可能会束缚于或附着于该内部舱室。
现在参考图5A-5C，作为一个非限制性示例，示出了形成的CMC蒙皮面板250(图5C)的实施例的构造。现在参考图5A，示出了待堆叠和相互结合的第一层板252、第二层板254、第三层板256和第四层板258。第一层板252和第三层板256包括在每个层板252、254的终止端处的可移除部分260、262，当移除时，形成CMC蒙皮面板250的一个或多个柱状体264。应当理解，可移除部分260、262可以是第一层板252和第三层板256的一体部分或联接到第一层板252和第三层板256。例如，第一层板252的可移除部分260可以是第一层板252的终止端处的一体部分，并且第三层板256的可移除部分262可以是第三层板256的终止端处的一体部分。
可替代地，第一层板252的可移除部分260可以是非一体部分，诸如联接到第一层板252的氮化硼或可熔插入件，并且第三层板256的可移除部分262可以类似地是非一体部分，例如联接到第三层板256的氮化硼或可熔插入件。
现在参考图5B，第一层板、第二层板、第三层板和第四层板252、254、256和258被堆叠并相互结合以形成CMC蒙皮面板250。彼此堆叠的第一、第二、第三和第四层板252、254、256和258在本领域中通常被称为“铺设”第一、第二、第三和第四层板252、254、256和258。如果期望使CMC蒙皮面板250具有特定形状，则可以将CMC蒙皮面板250铺设在工具上或工具中，诸如心轴上、冲模上或具有特定形状的模具(未示出)中，其具有与CMC蒙皮面板250的期望形状互补的形状，这样的技术对于本领域普通技术人员来说是公知的。
现在参考图5C，示出了从第一层板252和第二层板254移除可移除部分260、262之后的CMC蒙皮面板250。CMC蒙皮面板250限定厚度方向Y、侧向方向X和横向方向T。应当理解，侧向方向X和横向方向T是垂直于厚度方向Y的局部方向。因此，侧向方向X和横向方向T可以定位在垂直于厚度方向Y的任何合适的方向上。此外，应当理解，当第一层板252和第三层板256的可移除部分260、262是第一层板和第三层板252、256在各自的终止端处的部分时，可移除部分260、262可被机械加工掉以形成一个或多个柱状体264。类似地，当可移除部分260、262是可移除的氮化物插入件或可熔插入件中，可移除部分可被机加工掉或熔掉以形成一个或多个柱状体264。
如图所示，图5A-5C的CMC蒙皮面板250包括四个堆叠且相互结合的第一层板、第二层板、第三层板和第四层板252、254、256和258。应当理解，四个堆叠且相互结合的层板仅以示例的方式提供并且在可替换的示例性实施例中，CMC蒙皮面板250可以由任何合适数量的层板构造而成。此外，应当理解，每个层板可包括一个或多个层。另外，如图所示，仅第一层板252和第三层板256包括可移除部分260、262。应当理解，在可替代的示例性实施例中，CMC蒙皮面板250的任何合适的层板可包括可移除部分，当被移除时，至少部分地形成CMC蒙皮面板250的一个或多个柱状体264。
另外，当CMC蒙皮面板250与相邻蒙皮面板接合时，CMC蒙皮面板250被配置为沿第一方向(例如，侧向方向X)或第二方向(例如，横向方向T)部分地限定多个交错膨胀间隙。例如，如图所示，CMC蒙皮面板250被配置为沿侧向方向X限定多个膨胀间隙(沿横向方向T延伸)。
应当理解，所描绘的配置仅以示例的方式提供，并且在可替代的示例性实施例中，CMC蒙皮面板250在与相邻蒙皮面板接合时，可被配置为部分地沿可能发生热膨胀的任何合适方向限定多个交错膨胀间隙。例如，在可替代的示例性实施例中，CMC蒙皮面板250可被配置为使得CMC蒙皮面板250沿横向方向T部分地限定多个交错膨胀间隙(沿竖直方向延伸)。
现在参考图6，提供了构造用于高超音速飞行器的蒙皮组件的方法300。方法300通常包括在302处形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板。每个CMC蒙皮面板包括多个层板。在一些实施例中，形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板进一步包括将第一蒙皮面板的第一多个层板接合在一起以及将第一蒙皮面板的第二多个层板接合在一起。在一些实施例中，形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板进一步包括将第一多个层板烧结、固化或接合在一起以形成第一蒙皮面板，并且将第二多个层板烧结、固化或接合在一起以形成第二蒙皮面板。
此外，方法300包括在308处，分别从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料，以形成一个或多个第一柱状体和一个或多个第二柱状体。在一些实施例中，从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料进一步包括机加工掉材料、加热材料(例如，熔化/蒸发)或以其他方式从第一蒙皮面板蚀刻掉材料，以形成一个或多个第一柱状体，并机加工掉材料、加热材料(例如，熔化/蒸发)或者以其他方式从第二蒙皮面板蚀刻掉材料，以形成一个或多个第二柱状体。可替换地，在一些实施例中，从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料进一步包括机加工掉氮化硼的可移除插入件、加热材料(例如，熔化/蒸发)或以其他方式蚀刻掉材料。
应当理解，在一些实施例中，第一蒙皮面板的每个层板可以延伸一定长度，该长度被配置为形成第一蒙皮面板的一个或多个第一柱状体。因此，第一蒙皮面板的一个或多个第一柱状体可以在不向第一蒙皮面板添加材料或从第一蒙皮面板移除材料的情况下形成。另外，在一些实施例中，第二蒙皮面板的每个层板可延伸一定长度，该长度被配置为形成第二蒙皮面板的一个或多个第二柱状体。因此，第二蒙皮面板的一个或多个第二柱状体可以在不向第二蒙皮面板添加材料或从第二蒙皮面板移除材料的情况下形成。
另外，方法300包括在314处接合第一蒙皮面板和第二蒙皮面板，使得第一蒙皮面板和第二蒙皮面板在其间限定多个交错膨胀间隙。在一些实施例中，将第一蒙皮面板和第二蒙皮面板接合在一起包括使一个或多个第一柱状体与一个或多个第二柱状体相互交叉。
方法300可包括在318处用被配置为在高超音速操作期间从固态相变到液态并且气密地密封蒙皮组件的材料填充交错膨胀间隙。方法300可包括在320处将环境屏障涂层放置在第一蒙皮面板和第二蒙皮面板上以形成蒙皮组件的外表面。
先前描述的实施例可以具有许多有利的特征和优点。这些有利的特征和优点包括：减轻热应力(诸如屈曲)，同时保持蒙皮组件可能被束缚或附接到的结构的空气动力表面的能力；为了适应预期的热条件，调节由交错膨胀间隙限定的距离的能力；调节一个或多个柱状体的深度以保持弯曲刚度、简单地组装或简化蒙皮组件的拆卸的能力；基于预期的热条件来选择填充交错膨胀间隙的材料；使用任何层压材料来形成蒙皮组件的能力。应当理解，先前描述的所有有利特征和所有优点不需要被并入先前描述的每个实施例中。
进一步的方面由以下条项的主题提供：
一种蒙皮组件，包括：第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板，第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体；第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板，第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第二柱状体，一个或多个第二柱状体与一个或多个第一柱状体相互交叉以在第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板和第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙，其中多个交错膨胀间隙被配置为适应蒙皮组件的至少一部分的热膨胀。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括第一多个相互结合的堆叠层板，其中第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板的每个层板沿第一方向延伸一定长度，并且其中层板的长度交错以形成第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板的一个或多个第一柱状体。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括第二多个相互结合的堆叠层板，其中第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板的每个层板沿第一方向延伸一定长度，并且其中层板的长度交错以形成第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板的一个或多个第二柱状体。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中材料被保持在多个交错膨胀间隙内，并且其中材料被配置为在高超音速操作条件期间从固态相变到液态。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中蒙皮组件进一步限定第二方向，其中多个交错膨胀间隙是第一多个交错膨胀间隙，并且其中沿第二方向限定第二多个交错膨胀间隙。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，进一步包括：环境屏障涂层，环境屏障涂层设置在第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板和第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板上，其中环境屏障涂层形成蒙皮组件的外表面。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板由碳化硅纤维增强的碳化硅复合材料或碳纤维增强的碳化硅复合材料制成，并且其中第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板由碳化硅纤维增强的碳化硅复合材料或碳纤维增强的碳化硅复合材料制成。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中一个或多个第一柱状体各自包括一个或多个层，并且其中一个或多个第二柱状体各自包括一个或多个层。
一种蒙皮组件，包括：第一蒙皮面板，第一蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体；第二蒙皮面板，第二蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第二柱状体，一个或多个第二柱状体与一个或多个第一柱状体相互交叉，以在第一面板和第二蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙，其中多个交错膨胀间隙被配置为适应蒙皮组件的至少一部分的热膨胀。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中第一蒙皮面板包括第一多个相互结合的堆叠层板，其中第一蒙皮面板的每个层板沿第一方向延伸，并且其中层板的长度交错以形成第一蒙皮面板的一个或多个柱状体。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中第二蒙皮面板包括第二多个相互结合的堆叠层板，其中第二蒙皮面板的每个层板沿第一方向延伸，并且其中层板的长度交错以形成第二蒙皮面板的一个或多个柱状体。
根据任一前述条项所述的蒙皮组件，其中材料被保持在多个交错膨胀间隙内，并且其中材料被配置为在高超音速操作条件期间从固态相变到液态。
一种构造蒙皮组件的方法，方法包括：形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板；分别从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料以形成一个或多个第一柱状体和一个或多个第二柱状体；和接合第一蒙皮面板和第二蒙皮面板，使得第一蒙皮面板和第二蒙皮面板在其间限定多个交错膨胀间隙。
根据任一前述条项所述的方法，其中形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板包括将第一蒙皮面板的第一多个层板接合在一起，并且形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板包括将第二蒙皮面板的第二多个层板接合在一起。
根据任一前述条项所述的方法，其中形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板进一步包括将第一多个层板烧结、固化或接合在一起以形成第一蒙皮面板，并且其中形成第一蒙皮面板和第二蒙皮面板进一步包括将第二多个层板烧结、固化或接合在一起以形成第二蒙皮面板。
根据任一前述条项所述的方法，其中从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料包括从第一蒙皮面板机加工掉或加热掉材料以形成一个或多个第一柱状体，并且其中从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料包括从第二蒙皮面板机加工掉或加热掉材料以形成一个或多个第二柱状体。
根据任一前述条项所述的方法，其中从第一蒙皮面板和第二蒙皮面板移除材料包括机加工掉氮化硼可移除插入件或加热可熔插入件。
根据任一前述条项所述的方法，其中将第一蒙皮面板和第二蒙皮面板接合在一起包括使一个或多个第一柱状体与一个或多个第二柱状体相互交叉。
根据任一前述条项所述的方法，进一步包括：用被配置为在高超音速操作期间从固态相变到液态并且气密地密封蒙皮组件的材料填充交错膨胀间隙。
根据任一前述条项所述的方法，进一步包括：将环境屏障涂层放置在所述第一蒙皮面板和第二蒙皮面板上以形成蒙皮组件的外表面。
该书面描述使用示例来公开本发明的方面，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求书的文字语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的文字语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种蒙皮组件，其特征在于，包括：
第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板，所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体；
第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板，所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括沿所述第一方向延伸的一个或多个第二柱状体，所述一个或多个第二柱状体与所述一个或多个第一柱状体相互交叉，以在所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板和所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙，其中所述多个交错膨胀间隙被配置为适应所述蒙皮组件的至少一部分的热膨胀。
2.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，其中所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括第一多个相互结合的堆叠层板，其中所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板的每个层板沿所述第一方向延伸一定长度，并且其中所述层板的长度交错以形成所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板的所述一个或多个第一柱状体。
3.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，其中所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板包括第二多个相互结合的堆叠层板，其中所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板的每个层板沿所述第一方向延伸一定长度，并且其中所述层板的长度交错以形成所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板的所述一个或多个第二柱状体。
4.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，其中材料被保持在所述多个交错膨胀间隙内，并且其中所述材料被配置为在所述高超音速操作条件期间从固态相变到液态。
5.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，其中所述蒙皮组件进一步限定第二方向，其中所述多个交错膨胀间隙是第一多个交错膨胀间隙，并且其中沿所述第二方向限定第二多个交错膨胀间隙。
6.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，进一步包括：
环境屏障涂层，所述环境屏障涂层放置在所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板和所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板上，其中所述环境屏障涂层形成所述蒙皮组件的外表面。
7.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，其中所述第一陶瓷基质复合材料蒙皮面板由碳化硅纤维增强的碳化硅复合材料或碳纤维增强的碳化硅复合材料制成，并且其中所述第二陶瓷基质复合材料蒙皮面板由碳化硅纤维增强的碳化硅复合材料或碳纤维增强的碳化硅复合材料制成。
8.根据权利要求1所述的蒙皮组件，其特征在于，其中所述一个或多个第一柱状体各自包括一个或多个层，并且其中所述一个或多个第二柱状体各自包括一个或多个层。
9.一种蒙皮组件，其特征在于，包括：
第一蒙皮面板，所述第一蒙皮面板包括沿第一方向延伸的一个或多个第一柱状体；
第二蒙皮面板，所述第二蒙皮面板包括沿所述第一方向延伸的一个或多个第二柱状体，所述一个或多个第二柱状体与所述一个或多个第一柱状体相互交叉，以在所述第一面板和所述第二蒙皮面板之间限定多个交错膨胀间隙，其中所述多个交错膨胀间隙被配置为适应所述蒙皮组件的至少一部分的热膨胀。
10.根据权利要求9所述的蒙皮组件，其特征在于，其中所述第一蒙皮面板包括第一多个相互结合的堆叠层板，其中所述第一蒙皮面板的每个层板沿所述第一方向延伸，并且其中所述层板的长度交错以形成所述第一蒙皮面板的所述一个或多个柱状体。
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