KR20060044368A - 금속 부품에 비금속 부품을 부착하기 위한 체결 조립체 - Google Patents

금속 부품에 비금속 부품을 부착하기 위한 체결 조립체 Download PDF

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제이미 에이. 아보나
도날드 더블유. 피터스
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

상이한 재료의 부품들을 부착하기 위한 체결 조립체는 기부 및 돌출부를 갖는 체결구와, 조립체를 조이기 위한 기구를 포함한다. 기부는 기부가 비금속 부품 내에 보유되도록 비금속 부품 내에 형성된 부착 형상부와 정합되기 위한 상보적인 형상이다. 돌출부는 기단부와, 기단부가 나사부를 포함하는 말단부를 포함한다. 체결 조립체는 부품들 중 하나에 관통 구멍을 형성하지 않고 상이한 재료로 제조된 부품들의 부착을 허용한다. 또한, 체결 조립체는 그들 사이에 단단한 부착을 제공하면서 비금속 부품과 금속 부품 사이의 상이한 열 팽창율을 보상한다.
체결 조립체, 가스 터빈 엔진, 기부, 돌출부, 열 팽창율

Description

금속 부품에 비금속 부품을 부착하기 위한 체결 조립체 {A FASTENER ASSEMBLY FOR ATTACHING A NON-METAL COMPONENT TO A METAL COMPONENT}
도1은 가스 터빈 엔진의 개략도.
도2는 도1의 가스 터빈 엔진의 발산 플랩 및 외부 플랩의 개략 측면도.
도3은 플로우(plow)부가 단면으로 도시된 도2의 발산 플랩의 개략 측면도.
도4는 도3의 발산 플랩의 개략 평면도.
도5는 비작동 조건 동안의 플로우부의 단면을 도시하는 도3의 발산 플랩의 부분 확대도.
도6은 작동 조건 동안의 플로우부의 단면을 도시하는 도3의 발산 플랩의 부분 확대도.
도7은 발산 플랩의 고온 시트(hotsheet)를 브래킷에 부착하는 플로우 체결 조립체의 개략 절결 사시도.
도8은 고온 시트와 브래킷을 부착하는 도7의 플로우 체결 조립체의 분해도.
도9는 선 9-9를 따른 도8의 플로우 체결 조립체의 개략 단면도.
도10은 선 10-10을 따른 도8의 플로우 체결 조립체의 개략 단면도.
도11은 부착 체결 조립체가 대체로 둥근 구멍을 통과하는 도3 및 도1의 발산 플랩의 기골(backbone) 구조부 및 고온 시트를 고정하는 부착 체결 조립체의 단면 도.
도12는 부착 체결 조립체가 긴 구멍을 통과하는 도3 및 도4의 발산 플랩의 기골 구조부 및 고온 시트를 고정하는 부착 체결 조립체의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가스 터빈 엔진
12 : 압축기
14 : 연소기
24 : 발산 플랩
26 : 외부 플랩
38 : 고온 시트
40 : 기골 구조부
42 : 부착 수단
46 : 플로우
48 : 플로우 체결 조립체
본 발명은 가스 터빈 엔진 체결구에 관한 것으로, 특히 상이한 재료로 제조된 부품들을 부착하기 위한 가스 터빈 엔진 체결구에 관한 것이다.
전형적인 가스 터빈 엔진은 매우 높은 온도 및 진동을 특징으로 하는 극도로 거친 환경에서 작동한다. 종래의 가스 터빈 엔진은 진입하는 공기를 압축하는 압축기와, 압축기로부터 나온 압축된 가스와 연료를 혼합 및 연소시키는 연소기와, 엔진을 추진하기 위한 추력을 생성하도록 고온 가스로 팽창시키는 터빈과, 고온 가스가 터빈을 빠져나가는 것을 허용하는 배기 노즐을 포함한다. 따라서, 배기 노즐은 엔진을 빠져나가는 극고온 가스를 수용하여야 한다.
군사용 작동시, 레이더에 의한 검출을 피하기 위한 비행기 설계가 중요한 문제가 되어 왔다. 비행기의 사인(signature)이라 하는 비행기가 검출되지 않게 유지되게 하는 능력은 비행기의 전체 외형과 비행기가 제조되는 재료에 의존한다. 검출을 최소화하기 위해, 엔진 부품들 사이의 간극을 제거하고 엔진의 외부 형상에 대한 특정 평활도(smoothness)를 달성하는 것이 바람직하다. 또한, 엔진의 외부면 상에 금속을 사용하는 것을 피하는 것이 바람직하다.
엔진 설계에 중요한 다른 고려할 점은 공기 누설을 피하고 특정 엔진 부품이 고온 가스에 노출되지 않게 격리시키는 것이다. 고온에 견디는 재료의 일종은 세라믹 매트릭스 복합(ceramic matrix composite 또는 CMC) 재료이다. 그러나, 금속 부품에 CMC 재료 부품을 부착하는 것은 곤란하다. 금속에 CMC 재료를 부착하는 하나의 장애물은 재료들의 상이한 열 팽창율이다. 일반적으로, 상이한 열 팽창 특성으로 인해 가스 터빈 엔진의 상이한 재료들을 부착 또는 결합시키는 것은 곤란하다.
본 발명에 따르면, 금속 부품에 비금속 부품을 부착하기 위한 체결 조립체 는 기부 및 돌출부를 갖는 체결구를 포함하며, 기부는 기부가 비금속 부품 내에 보유되도록 비금속 부품 내에 형성된 부착 형상부와 정합되기 위한 상보적인 형상을 갖는다. 돌출부는 기단부와, 기단부가 나사부를 갖는 말단부를 포함한다. 또한, 체결 조립체는 체결구의 기부가 비금속 부품의 부착 형상부와 정합되면 체결구의 돌출부의 나사부 상에 부착함으로써 체결구를 비금속 부품에 고정하기 위한 조임 수단을 포함하며, 상기 체결구의 돌출부는 금속 부품으로부터 연장되어 조임 수단이 나사부에 부착되는 것을 허용하여 비금속 부품과 조임 수단 사이에 금속 부품이 고정되도록 한다.
체결 조립체는 부품들 중 하나에 관통 구멍을 형성하지 않고 상이한 재료로 제조된 부품들의 부착을 허용한다. 또한, 체결 조립체는 그들 사이에 단단한 부착을 제공하면서 비금속 부품과 금속 부품 사이의 상이한 열 팽창율을 보상한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 체결 조립체는 가스 터빈 엔진의 발산 플랩의 플로우부를 플랩의 기골 구조부 상에 부착하며, 상기 플로우부는 CMC 재료로 제조되며 기골 구조부는 금속으로 제조된다.
본 발명의 상기 및 다른 장점은 첨부 도면에 도시된 바와 같이 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명의 관점에서 더욱 명백해진다.
도1을 참조하면, 가스 터빈 엔진(10)은 압축기(12)와, 연소기(14)와, 중심축(17)을 중심으로 중심 설정된 터빈(16)을 포함한다. 공기(18)는 엔진(10)을 통해 축방향으로 유동한다. 본 분야에 잘 공지된 바와 같이, 공기(18)는 압축기(12) 내 에서 압축된다. 이어서, 압축된 공기는 연료와 혼합되어 연소기(14) 내에서 연소된다. 고온 가스는 엔진(10)을 추진하기 위한 추력을 생성하고 터빈(16)을 구동하도록 팽창하여, 이에 따라 압축기(12)를 구동한다. 터빈(16)으로부터의 배기 가스는 배기 노즐(20)을 통해 빠져나간다.
도2를 참조하면, 배기 노즐(20)은 축(17) 둘레에 원주방향으로 배열된 복수의 외부 플랩(24)과, 외부 플랩으로부터 반경방향 내향으로 배치된 복수의 발산 플랩(26)을 포함한다. 각각의 외부 플랩(24)은 특정 외형을 갖는 외부 플랩면(28)을 포함한다. 각각의 발산 플랩(26)은 기수부(30)와 기미부(32)를 포함한다. 기수부(30)는 발산 플랩(26)을 가스 터빈 엔진에 고정하기 위한 힌지 조립체(36)를 포함한다. 발산 플랩(26)은 도3 내지 도10에 도시된 바와 같이 기수부(30)로부터 기미부(32)로 플랩(26)의 길이부를 따라 연장되는 고온 시트(38)와, 고온 시트(38)의 반경방향 외향으로 배치되어 부착 수단(42)에 의해 고정된 기골 구조부(40)와, 발산 플랩(26)의 기미부(32) 내에 배치되어 플로우 체결 조립체(48)에 의해 기골 구조부(40)에 고정된 플로우부(46)를 더 포함한다.
도3 및 도4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 고온 시트(38)는 배기 가스(18)에 노출된 고온 시트 내측부(50) 및 기골 구조부(40)에 대면하는 고온 시트 외측부(52)를 갖는 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)로 제조된 대체로 평평한 기판을 포함한다. 고온 시트 내측부(50) 및 고온 시트 외측부(52)는 기수부(30)로부터 기미부(32)로 연장되며 힌지 에지(56)와 후단 에지(58)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 후단 에지는 모따기면(60)에 의해 형성된다. 또한, 고온 시트(38) 는 도4에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 복수의 부착 개구(61)를 포함한다. 또한, 개구(61)는 도11에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 고온 시트 내측부(50) 내에 형성된 카운터싱크(countersink) 구멍(62)을 포함한다.
기골 구조부(40)는 고온 시트(38)의 길이부를 따라 연장되며 구조부를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 기골 구조부(40)는 금속으로 제조된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 기골 구조부(40)는 도3에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 발산 플랩(26)의 기미부(32) 내로 연장되는 기미 지지부(63)를 포함한다. 또한, 기골 구조부(40)는 복수의 기골 개구(64)를 포함한다.
도5 및 도6을 참조하면, 플로우부(46)는 플로우 외부면(68) 및 플로우 내부면(70)과, 플로우 외향 에지(72) 및 플로우 내향 에지(74)를 갖는 플로우 몸체(66)를 포함한다. 플로우 외부면 및 내부면(68, 70)은 비행기 사인을 최소화하고 최적의 공기 역학 특징을 제공하도록 하는 윤곽부를 갖는다. 엔진의 비작동 조건에서, 플로우(46)는 도5에서 알 수 있는 바와 같이 고온 시트(38)의 후단 에지(58)에 정합되어 있지 않다. 오히려, 플로우(46)는 모따기면(60)으로부터 축방향 내향으로 배치되고 플로우 외부면(68)과 모따기면(60) 사이에 오프셋(75)을 형성한다. 또한, 고온 시트 외부면(52)과 플로우 내향 에지(74) 사이에 간극(76)이 형성된다. 바람직한 실시예에서, 플로우부(46)는 CMC로 제조된다.
도8 내지 도10을 참조하면, 플로우(46)는 플로우 체결 조립체(48)에 의해 기골 구조부에 부착된다. 바람직한 실시예에서, 플로우(46)는 도8 및 도9에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 플로우부 내에 형성된 더브테일(dovetail) 슬롯(80) 및 또한 플로우부 내에 형성된 리세스(82)를 포함하는, 기골 구조부 상에 플로우부를 부착하기 위한 부착 형상부(77)를 포함한다. 리세스(82)는 대체로 평평한 리세스면(83)과 리세스벽(84)을 포함한다. 더브테일 슬롯(80)은 바닥 슬롯면(85)과 웨지 슬롯면(86)을 포함한다.
도7 및 도8을 참조하면, 플로우 체결 조립체(48)는 플로우 체결구(94), 너트(96) 및 브래킷(98)을 포함한다. 플로우 체결구(94)는 기부(104)와, 기부로부터 연장되는 돌출부(106)를 포함한다. 돌출부(106)는 말단부(108)와, 나사산(111)이 말단부(108) 상에 형성된 기단부(110)를 포함한다. 기부(104)는 플로우(46)의 더브테일 슬롯(80) 내에 끼워지도록 된 대체로 사다리꼴의 형상을 갖는다. 체결구는 도9 및 도10에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 체결구(94)의 돌출부(106)의 기단부(110)에 형성된 반경(116)을 포함한다. 너트(96)는 체결구(94)의 돌출부(106)의 나사산(114)에 체결되도록 되어 있다. 브래킷(98)은 제1 측부(118)와, 리브(124)가 그 위에 형성된 제2 측부(120)를 포함한다. 리브(124)는 도8 및 도9에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 플로우(46)의 리세스(82) 내에 끼워지도록 형성되고, 바람직한 실시예에서는 브래킷(98) 내에 형성된 개구(126)의 대향 측부들 상에 형성된다. 개구(126)는 체결구(94)의 돌출부(106)가 그를 통해 끼워지는 것을 허용하도록 되어 있다. 선택적으로, 벨레빌(Belleville) 와셔(128)가 브래킷(98)과 너트(96) 사이에 위치될 수 있다.
도8 내지 도10을 참조하면, 플로우 체결구(94)가 더브테일 슬롯(80) 내에 삽입됨에 따라, 도9 및 도10에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 체결구(94)의 기부 (104)와 더브테일 슬롯(80) 사이에 간극(130)이 형성된다. 간극(130)과 반경(116)은 체결구(94)의 열 팽창을 허용하고 플로우의 CMC 재료의 로딩(loading)을 최소화한다. 플로우 체결구(94)가 플로우의 부착 형상부(77) 내에 끼워짐에 따라, 리브(124)는 리세스(82) 내에 끼워진다. 리세스(82)는 리브(124)를 수용하도록 대체로 평평한 리세스면(83)을 포함한다. 리세스(82)와 리브(124)는 플로우(46) 내에 플로우 체결구(94)를 보유하는 것을 보장한다. 벨레빌 와셔(128)는 부품이 열적으로 성장한다면 예비 로드(preload)를 유지한다. 벨레빌 와셔(128)가 도시되더라도, 복수의 와셔가 사용될 수도 있다.
도3, 도4, 도11 및 도12를 참조하면, CMC 고온 시트(38)를 기골 구조부(40)에 부착하기 위한 부착 수단(42)은 체결구(134), 와셔(136), 스페이서(138), 적어도 하나의 벨레빌 와셔(140) 및 너트(142)를 포함한다. 체결구(134)는 헤드부(146)와, 복수의 나사산(150)을 포함하는 몸체부(148)를 포함한다. 체결구(134)는 부착 개구(61)와, CMC 고온 시트(38) 내에 형성된 카운터싱크 구멍(62)을 통과한다. 체결 헤드부(146)는 카운터싱크 구멍(61) 내에 끼워진다. 와셔(136)는 고온 시트(38)와 기골 구조부(40) 사이에 개재되고 스페이서(138)를 지지한다. 스페이서(138)는 실린더부(154)와, 실린더부로부터 외향으로 연장되는 링부(156)를 포함한다. 스페이서의 실린더부(154)는 도8 내지 도12에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 체결구 몸체(148)에 대체로 인접하고, 링부(156)는 그 사이에 스페이서 간극(158)을 형성하는 기골 구조부(140)로부터 반경방향 외향으로 연장된다. 스페이서(138)의 실린더부(154)의 길이는 간극(158)을 형성하도록 그 안에 배치된 기골 구 조부(40)의 두께보다 크다. 적어도 하나의 벨레빌 와셔(140)는, 고온 시트(38)와 다른 부품 사이에 어떤 헐거워짐도 없이 비교적 단단한 끼워짐을 위한 소정의 예비 로드 조건으로 고온 시트(38)에 대해 모든 부품을 함께 클램핑하도록 너트(142)가 조여지도록, 스페이서(138)로부터 반경방향 외향으로 배치된다.
도4를 다시 참조하면, 기골 구조부(40)는 고온 시트(38) 상에 기골 구조부(40)의 부착을 허용하도록 복수의 기골 개구(64)를 포함한다. 힌지 조립체(36)에 근접한 기골 개구(64)는 도11에서 알 수 있는 바와 같이 체결구(134)의 몸체부(148)를 수용하도록 하는 크기이며 대체로 둥글다. 남아있는 기골 개구는 도12에서 알 수 있는 바와 같이 고온 시트(38)에 대한 기골 구조부(40)의 이동을 허용하도록 긴 슬롯으로서 형성된다. 따라서, 기골 구조부(40)는 플랩(26)의 기수부(30)에서 고온 시트에 고정식으로 부착된다. 그러나, 기골 구조부(40)는 열 팽창의 결과로서 플랩(26)의 기미부(32)를 향해 축방향으로 자유롭게 병진 운동한다.
작동시, 엔진(10)이 작동하기 시작하면, 엔진의 온도가 지상의 주위 온도로부터 극고온으로 급속히 상승된다. 엔진을 통과하는 가스(18)의 온도도 상승하여 극고온이 되고 대부분의 가스 터빈 부품에 대해 거친 환경을 생성한다. 특히, 엔진(10)이 작동하기 시작함에 따라, 고온 가스(18)는 배기 노즐(20)을 통해 배기되어 발산 플랩(26)은 매우 높은 온도로 가열된다. 고온 시트(38)는 엔진을 빠져나가는 배기 가스(18)와 접촉한다. 고온 가스(38)는 고온을 견디도록 특별히 설계된다. CMC 고온 시트가 극고온에 노출되더라도, 고온 시트는 CMC의 재료 특성으로 인해 크게 팽창하지는 않는다. 그러나, 금속 기골 구조부(40)는 크게 열 팽창한 다. 따라서, 기골 구조부(40)가 팽창함에 따라, 기골 구조부에 고정된 플로우(46)는 고온 시트(38)의 후단 에지를 향해 기미를 이동시킨다. 플로우(46)가 고온 시트(38)의 후단 에지(58)에 대해 이동함에 따라, 오프셋(75)이 연결되고 대체로 제거된다. 기골 구조부가 팽창함에 따라, 플로우 외부면(68)은 도2 및 도6에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 모따기면(60) 및 외부 플랩 외부면(28)과 대체로 동일 평면이 된다. 또한, 극고온은 고온 시트(38)의 기미부(32)가 뒤틀리고 휘게한다. 기골 구조부(40)의 기미 지지부(83)는 고온 시트(38)의 후단 에지(58)의 휨을 최소화한다. 휨을 최소화함으로써, 플로우 내향 에지(74)와 고온 시트(38) 사이의 접촉도 최소화된다.
플로우 체결 조립체(48)에서, 더브테일 슬롯(80)은 그 안에 체결구(94)를 보유한다. 리세스(82)는 CMC 시트에 대한 체결구(94)의 회전 및 병진 운동을 방지하도록 로킹 형상부를 제공한다. 체결구(94)의 기부와 더브테일 슬롯(80) 사이의 간극은 CMC 재료를 로딩하지 않고 금속 체결구의 열적 성장을 허용한다. 벨레빌 와셔는 조립체의 열적으로 유도된 조임으로 인해 발생할 수 있는 CMC 응력을 최소화하기 위해 체결 조립체의 강성을 감소시키고 부품이 열 팽창할 때 예비 로드를 유지하도록 너트와 형상부 사이에 위치될 수 있다.
플로우 체결 조립체(48)는 CMC 시트 내에 관통 구멍 개구를 형성하지 않고 금속 구조부 상에 CMC 시트의 부착을 허용한다. 이러한 형상부는 비행기의 외부면이 특정 재료로 제조되어야 하고 그 표면 상에 금속 체결구를 포함하지 않아야 하는 스텔스 비행기 설계에 있어 특히 중요하다. 또한, 고유한 부착부는 구멍 또는 개구의 필요성이 제거되기 때문에 누설없이 CMC 재료와 금속 구조부 사이에 연결을 제공한다. 또한, 체결구(94)는 CMC 시트(38)의 고온 측부(50)로부터 격리되어, 체결구의 일체성을 유지한다. 플로우 체결 조립체(48)는 임의의 CMC 재료를 금속 구조부와 결합시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 플로우(46)는 도6 내지 도8에 도시된 바와 같이 브래킷(98)을 통해 기골 구조부에 부착된다. 브래킷(98)은 금속으로 제조되고 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 리벳 또는 볼트 등의 다양한 종래의 체결 수단(160)에 의해 기골 구조부(40)에 용이하게 부착될 수 있다. 따라서, 브래킷(98)은 브래킷이 종래의 체결 기술을 사용함으로써 부착될 수 있는 다른 부품과 CMC 시트 사이에 브리지를 제공한다. 그러나, 이러한 특정한 경우에서, 플로우는 기골 구조부(40)에 직접 부착될 수 있다.
바람직한 실시예에서 브래킷(98)이 플로우부와 기골 구조부 사이에 포함되더라도, 플로우(46)는 기골 구조부(40)에 직접 부착될 수 있다. 그러나, 브래킷(98)은 플로우부와 기골 구조부 사이에 브리지를 제공함으로써, 다양한 종래의 부착 수단에 의해 플로우가 브래킷을 통해 임의의 구조부에 부착될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서, 플로우 체결 조립체(48)는 열 팽창을 수용하고 열 응력을 최소화하도록 비행기에 배치된다. 또한, 브래킷(98)을 기골 구조부(40)에 부착하는 체결 수단(160)은 임의의 열 응력을 최소화하도록 이러한 비행기 내에 배치된다. 또한, 긴 슬롯으로서 형성되고 기골 구조부 내에 배치된 기골 개구(64)는 기골 구조부(40)가 고온 시트(38)에 대해 열 팽창하는 것을 허용함으로써, 고온 시트의 후단 에지(58)를 향해 플로우(46)를 이동시킨다.
부착 수단(42)은 상당한 조임력을 조립체에 인가하면서 CMC 재료를 손상시키지 않고 CMC 재료를 다른 타입의 재료에 부착하는 것을 허용한다. 너트(142)가 체결구(134) 상에 조여짐에 따라, 기골 구조부(40)의 금속은 스페이서(138)와 와셔(134) 사이에 포획되고, CMC 재료와 다른 부품 사이에 헐거워짐없는 단단한 끼워짐을 위한 예비 로드를 설정하도록 모든 부품이 고온 시트(38)에 대해 함께 클램핑된다. 기골 구조부(40) 내에 형성된 긴 슬롯(64)은 부착 조립체(42)를 헐겁게 하지 않고 고온 시트에 대한 기골 구조부의 이동을 허용한다. 벨레빌 와셔(140)는 조립체의 열적으로 유도된 조임으로 인해 발생할 수 있는 CMC 응력을 최소화하도록 체결 조립체의 강성을 감소시키고 예비 로드를 유지한다. 스페이서는 조립체의 단단한 부착을 유지하면서 기골 조립체의 열 성장을 허용한다.
본 발명의 하나의 장점은 플로우(46)가 고온 시트(38)와 외부 플랩(24) 사이의 간극을 연결한다는 것이다. 이러한 특징은 비행기의 휨을 최소화하도록 엔진의 평활한 전체 윤곽부를 보장한다. 본 발명의 다른 장점은 비행기의 휨을 더욱 최소화하도록 고온 조건 동안 오프셋(75)을 연결하도록 플로우가 고온 시트(38)에 대해 이동하는 것이다. 본 발명의 다른 장점은 플로우부(46)가 CMC 재료로 제조된다는 것이다. CMC 재료로 제조된 플로우부는 비행기의 사인을 최소화한다. 또한, 본 발명의 특징은 CMC와 금속 부품의 상이한 열 팽창율을 수용한다는 것이다. 예컨대, 기골 개구(64)는 기골 구조부(40)와 고온 시트(38) 사이의 상대 이동을 허용함으로써, 금속과 CMC 재료의 상이한 열 팽창율을 수용하고, 플로우(46)가 고온 시트(38)의 후단 에지(56)를 향해 이동되는 것을 허용하여 비행기의 사인을 더욱 향상 시키기 위해 작은 간극이라도 최소화한다. 본 발명의 다른 장점은 기미부(63)가 고온 시트(38)의 휨을 최소화한다는 것이다. 본 발명의 다른 장점은 브래킷(98)이 임의의 재료 상에 CMC 시트를 부착하는 것을 허용한다는 것이다.
또한, 본 발명은 CMC 플로우부를 금속 부품 상에 체결하는 어려움을 극복한다. 플로우 체결 조립체(48)는 엔진의 외부면 내에 관통 개구를 형성할 필요성을 제거하고, 또한 금속과 CMC 사이의 상이한 열 팽창율을 보상한다.
부착 수단(42)의 하나의 장점은 CMC 패널이 상당한 힘으로 조여질 수 있고 CMC 패널과 금속 구조부 사이의 활주 이동을 허용한다는 것이다. 또한, 개구 내의 부품의 임의의 덜걱거림이 제거되어, 재료의 열화를 최소화하고 부품의 서비스 수명을 연장시킨다. 체결 방식은 CMC 부품을 상이한 재료의 부품에 부착시킬 뿐만 아니라, 임의의 열 성장 부정합을 수용하고 정압 및 부압 조건 하에서 CMC 부품을 고정시킨다. 체결 방식은 CMC 패널에 대한 구조부의 활주를 허용하여 열적으로 유도된 응력을 제거한다.
본 발명이 그 특정 실시예에 대해 도시 및 설명되었더라도, 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 변경이 가능하다는 것은 본 분야의 당업자에게 명백할 것이다.
상기 구성에 따르면, 본 발명의 체결 조립체는 부품들 중 하나에 관통 구멍을 형성하지 않고 상이한 재료로 제조된 부품들의 부착을 허용할 수 있다. 또한, 체결 조립체는 그들 사이에 단단한 부착을 제공하면서 비금속 부품과 금속 부품 사 이의 상이한 열 팽창율을 보상할 수 있다.

Claims (24)

  1. 금속 부품에 비금속 부품을 부착하기 위한 체결 조립체이며,
    비금속 부품 내에 형성된 부착 형상부와 상보적으로 정합되는 형상을 가져서 비금속 부품 내에 보유되는 기부와, 기단부 및 나사부를 갖는 말단부를 포함하는 돌출부를 갖는 체결구와,
    체결구의 기부가 비금속 부품의 부착 형상부와 정합되면 체결부를 비금속 부품에 고정시키도록 체결구의 돌출부의 나사부 상에 부착되는 조임 수단을 포함하고,
    상기 체결구의 돌출부는 조임 수단이 나사부에 부착되는 것을 허용하여 비금속 부품과 조임 수단 사이에 금속 부품이 고정되도록 금속 부품으로부터 연장되는 조임 수단을 포함하는 체결 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 금속 부품과 조임 수단 사이에 배치된 적어도 하나의 와셔를 추가로 포함하는 체결 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 와셔는 벨레빌 와셔인 체결 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 금속 부품과 비금속 부품 사이의 회전 및 병진 운동을 최소화하도록 비금속 부품 내에 형성된 추가의 부착 형상부를 포함하는 체결 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 추가의 부착 형상부는 비금속 부품 내에 형성된 리세스인 체결 조립체.
  6. 제4항에 있어서, 금속 부품은 비금속 부품의 추가 형상부와 정합되도록 금속 형상부를 포함하는 체결 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 금속 형상부는 비금속 부품 내에 형성된 추가의 형상부와 정합되도록 구성된 리브인 체결 조립체.
  8. 제5항에 있어서, 리세스는 비금속 부품과 금속 부품 사이에 적절한 정합을 허용하도록 대체로 평평한 표면을 갖는 체결 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 부착 형상부는 더브테일 슬롯이며, 기부는 비금속 부품의 더브테일 슬롯과 정합되도록 대체로 사다리꼴 형상을 갖는 체결 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 더브테일 슬롯 내로 기부의 열 팽창을 허용하도록 부품의 비가열 조건에서 기부와 더브테일 슬롯 사이에 간극이 형성되는 체결 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 조임 수단은 너트인 체결 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 비금속 부품은 CMC 재료로 제조된 체결 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 열 팽창에 의해 유도된 응력을 경감시키도록 체결구의 돌출부의 기부에 반경이 형성된 체결 조립체.
  14. 비금속 부품과 금속 부품을 부착하는 방법이며,
    기부와 돌출부를 갖는 체결구를 제공하는 단계와,
    비금속 부품 내에 체결구의 기부를 수용 및 보유하도록 구성된 적어도 하나의 부착 형상부를 형성하는 단계와,
    체결구의 기부를 비금속 부품의 부착 형상부 내로 삽입함으로써 비금속 부품과 체결구를 결합시키는 단계와,
    제1 측부와 제2 측부를 갖는 금속 부품을 제공하는 단계와,
    금속 부품 내에 형성된 개구가 체결구의 돌출부 위에 끼워지도록 체결구의 돌출부 위에 금속 부품을 위치시키는 단계와,
    금속 부품이 비금속 부품과 결합되어 유지되도록 체결구의 돌출부 위에 조임 수단을 고정시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 비금속 부품은 CMC 재료로 제조된 방법.
  16. 제14항에 있어서, 금속 부품과 비금속 부품 사이의 회전 및 병진 운동을 방지하는 로킹 기구를 제공하도록 금속 부품의 제2 측부 상에 형성된 상보적 형상부를 비금속 부품 내에 형성된 적어도 하나의 추가 형상부와 정합시키는 중간 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 부착 형상부는 더브테일 슬롯이며, 기부는 상보적 웨지를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 더브테일 슬롯 내로 기부의 열 팽창을 허용하도록 부품의 비가열 조건에서 기부와 더브테일 슬롯 사이에 간극을 형성하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 추가의 부착 형상부는 리세스이며 상보적 형상부는 리브인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 리세스는 비금속 부품과 금속 부품 사이의 적절한 정합을 허용하도록 대체로 평평한 표면을 갖는 방법.
  21. 제14항에 있어서, 금속 부품과 너트 사이에 적어도 하나의 와셔를 제공하는 추가 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 와셔는 벨레빌 와셔인 방법.
  23. 제14항에 있어서, 열 팽창에 의해 유도된 응력을 경감시키도록 체결구의 돌출부의 기부에 반경을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 가스 터빈 엔진의 발산 플랩의 기골 구조부에 플로우부를 부착하기 위한 체결 조립체이며,
    플로우부 내에 형성된 부착 형상부와 상보적으로 정합되는 형상을 가져서 플로우부에 보유되는 기부와, 기단부 및 나사부를 갖는 말단부를 포함하는 돌출부를 갖는 체결구와,
    체결구의 기부가 플로우부의 부착 형상부와 정합되면 플로우부 내에 관통 구멍을 형성하지 않고 체결구를 플로우부에 고정시키도록 체결구의 돌출부의 나사부 상에 부착되는 조임 수단을 포함하고,
    상기 체결구의 돌출부는 조임 수단이 나사부에 부착되는 것을 허용하여 플로우부와 조임 수단 사이에 금속 부품이 고정되도록 기골 구조부로부터 연장되는 체결 조립체.
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