[发明专利]包括复合材料至金属互锁件的复合物品和制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及经常存在于燃气涡轮发动机中的复合构件，且具体而言，涉及经常存在于燃气涡轮发动机中的复合材料至金属连接。涡轮风扇类型的旁通燃气涡轮发动机大体上包括前方风扇和增压压缩机、中部核心发动机和后低压功率涡轮。低压涡轮经由低压轴可旋转地驱动风扇和增压压缩机，所有这些形成低压转子。复合构件(诸如叶片、静叶和静态结构)已开发且经常用于这些燃气涡轮发动机中。具体而言，复合翼型件已开发且用于增压压缩机的可旋转级的叶片中和配置在该叶片之间和该叶片的上游和下游的定子静叶中，以及发动机的其他区段(诸如在风扇区段(风扇出口导叶))中。

背景技术

已知由复合材料制造飞行器燃气涡轮发动机叶片和静叶翼型件。已发现，难以将复合构件(诸如这些静叶和翼型件)附接至金属构件。一个具体的实施例在于，将复合翼型件附接至金属构件以用于将叶片或静叶安装至该构件，诸如发动机的金属转子或定子部分。由于负荷的大小和构件的受限尺寸，这是个难题。典型地，这些复合部分的附接是该实现方式的困难部分。期望具有利用复合物重量的一体的复合/金属附接系统。在过去已使用包括机械紧固件的简单粘性结合件和连结件以连结这两个系统。结合的连结件经历如下力和力矩，其趋向于使复合/金属连结件移位，且更具体而言，趋向于使复合构件(诸如翼型件)从金属构件(诸如叶片或静叶的支座(mount))移位。另一方面，机械地紧固的连结件要求制作切到复合结构的纤维中的开口，其可削弱复合结构的整体性能。为了解决该问题，复合结构可包括连结件处的额外强化，从而消极地影响任何重量优点。

因此极为期望提供用于牢固且可靠地连结复合构件和金属构件的连结工具，其能够抵抗趋向于使复合构件从金属构件移位且不削弱复合结构的力和力矩。还期望提供用于将燃气涡轮发动机转子和风扇框架组件二者中的复合构件(诸如翼型件)牢固且可靠地连结至金属构件(诸如叶片或静叶的金属的支座)的工具，且因此使复合/金属连结件能够抵抗趋向于使复合翼型件从金属支座移位的力和力矩。

发明内容

通过本公开来解决现有技术的这些和其他缺点，本公开提供复合物品和制作方法。

根据实施例，提供包括复合构件、金属构件和一个或更多个互锁构件的复合物品。该复合构件沿高度方向从构件基底延伸至构件顶端且沿长度方向在间隔开的构件第一和第二边缘之间延伸。该复合构件包括多个层片。该金属构件包括第一表面和第二表面和形成在其中且从该第一表面延伸至该第二表面的多个开口。该金属构件还包括第一部分和第二部分，该第一部分沿高度方向从构件基底的下面向上穿过该构件基底延伸到该复合构件中，该第二部分在该第一部分的较高端部处，其中，该第二部分基本上或完全地埋在该复合构件中，该第二部分包括沿高度方向间隔开的基底和顶端。该一个或更多个互锁构件交织通过金属构件中的多个开口中的一个或更多个且延伸到且至少部分地埋在复合构件中，以提供该复合构件与该金属构件之间的互锁系统。

根据另一实施例，提供包括复合构件和预先穿线的金属构件的复合物品。该复合构件沿高度方向从构件基底延伸至构件顶端且沿长度方向在间隔开的构件第一和第二边缘之间延伸。该复合构件还包括多个细丝强化复合层片的复合材料铺层，其中，多个细丝强化层片中的各个具有在其间沿宽度方向间隔开的层片侧面和层片边缘。该预先穿线的金属构件包括第一表面和第二表面和形成在其中且从该第一表面延伸至该第二表面的多个开口。该预先穿线的金属构件还包括一个或更多个互锁构件，互锁构件交织通过预先穿线的金属构件中的多个开口中的一个或更多个。该一个或更多个互锁构件延伸到且至少部分地埋在复合构件中以提供复合构件与预先穿线的金属构件之间的互锁系统。该复合构件和预先穿线的金属构件为共同固化的。

根据又一实施例，提供了制作复合物品的方法。该方法包括：铺叠由复合材料形成的多个细丝强化复合层片；在铺叠多个细丝强化复合层片期间，将预先穿线的金属构件插入到多个细丝强化复合层片中，以形成复合材料至金属对接件；和使多个细丝强化复合层片和预先穿线的金属构件共同固化，以形成复合物品，该复合物品包括用于复合材料至金属对接件的互锁系统。多个细丝强化复合层片中的各个包括在其间沿宽度方向间隔开的层片侧面和层片边缘。该预先穿线的金属构件包括第一表面和第二表面和形成在其中且从该第一表面延伸至该第二表面的多个开口。该预先穿线的金属构件还包括一个或更多个互锁构件，互锁构件交织通过多个开口中的一个或更多个。该一个或更多个互锁构件延伸到且至少部分地埋在该多个细丝强化复合层片中以提供该多个细丝强化复合层片与该预先穿线的金属构件之间的互锁系统。