[发明专利]具有温度自锁连接的装配件

说明书

背景技术

本发明涉及采用机械连接装置来将由诸如陶瓷基复合(CMC)材料或碳/碳(C/C)材料等热结构复合材料制成的部件装配在一起，其中，这类材料通常由多孔衬底组成，例如，由陶瓷基体增密的多孔纤维衬底。特别地，该衬底的纤维可由碳或陶瓷制成。该基体可由耐火陶瓷制成，例如，耐火碳化物、氮化物、硼化物或氧化物。热结构复合材料引人注目，这是由于其具有卓越的机械性能而适于构成结构元件，且能够在高温保持这些性能。

更具体地，本发明涉及机械连接装置的空气动力和热性能，所述机械连接装置用于在由热结构复合材料制成的部件将要浸入到高温蒸汽中时将该部件装配在一起，例如，当为诸如尾喷管(也称为“排气塞”)或可变截面喷嘴调节片的航空发动机装配全部或部分后体装配件时。

在这些应用领域中，装配在一起的部件通常比较精细(厚度只有几毫米)，且需要满足空气动力学要求，这意味着优先选用铆钉来连接所述部件之间的机械连接装置。对于用来制造航空发动机后体部件的装配件而言，一般的做法是采用铆钉，该铆钉在该装配件的一侧具有平头(即头是截头圆锥形而端部是平的)，该平头容纳于形成在待装配部件之一的埋头孔之中；该铆钉在该装配件的另一侧用柱形物或垫圈来弥补铆钉之间的差胀，铆钉膨胀较大，而由热结构复合材料制成的部件则膨胀很小。将铆钉的头融合入存在于所述装配件一侧的埋头孔，可以获得良好的空气动力性能。但是，只能在所述部件的所述一侧获得良好的空气动力性能，这是因为存在于所述装配件的另一侧的柱形物和铆钉体的一部分会产生相当大的拉力。

另一方案用于制造变截面喷嘴的调节片，其在于用铆钉将由热结构复合材料制成的部件连接在一起，比如，以商标出售的铆钉，所述铆钉的一端具有头而另一端具有端部，所述端部被压平以将所述部件扣紧。然而，用该类型的铆钉，所述头和该铆钉体的压平部分从该装配件的任一侧伸出，从而伸出装配件的流线之外。

发明内容

本发明的目的是提出一项使用一种或多种紧固件系统将由复合材料制成的部件装配在一起的解决方案，该紧固件系统的热膨胀系数大于由复合材料制成的部件的热膨胀系数，有必要使该紧固件系统对该装配件的空气动力性能影响很小，甚至没有影响。

该目的是由一种装配件来实现的，该装配件包括由复合材料制成的第一部件和第二部件，通过至少一个紧固件系统使一部件抵靠另一部件，所述紧固件系统包括螺栓和螺母，所述螺栓具有延伸出螺纹部分的平头，所述螺母具有延伸出柄的平头，所述柄包括适于与所述螺栓的螺纹部分配合的攻丝，所述螺栓的头抵靠形成在所述第一部件中的埋头孔，所述螺母的头抵靠形成在所述第二部件中的埋头孔，在所述紧固件系统轴向膨胀期间，所述紧固件系统适于使所述两个头中的至少一个向容纳该两个头中的至少一个的埋头孔倾斜。

因此，本发明的装配件是由机械连接装置制成的，所述机械连接装置集成在连接处的两面，即，机械连接装置不会伸出所述装配在一起的部件的外表面之外。因此，本发明的装配件可浸入到高温流的两面，而不降低该连接系统的空气动力性能。

此外，所用紧固件系统设计目的在于：由该系统(高温期间该系统会倾斜)的头的至少一个施加附加的夹持力，从而使得能够对每一紧固件系统的膨胀(尤其是轴向膨胀)进行补偿，且在温度上升时保持夹持力。

在根据本发明所述装配件的一实施例中，该紧固件系统的平头的至少一个包括多个径向槽且具有一角度，该角度大于所述部件的容纳该平头的至少一个的埋头孔的角度，所述头在所述埋头孔中承受预应力。因此，当该装配件暴露于高温流之中时，该紧固件系统膨胀，而先前处于预应力状态的该头向容纳该头的埋头孔倾斜。通过以这种方式倾斜，该头施加附加力，该附加力使得该紧固件系统能够在高温时保持其施加在所述部件上的夹持力。

根据本发明所述装配件的一方面，所述螺栓和所述螺母由选自如下的至少一种材料制成：625或718，A286不锈钢和任何其他高性能钢。

在本发明另一实施例中，该紧固件系统包括橛子，该橛子在紧固系统中在该螺栓的头和该螺母的头之间延伸；该橛子的热膨胀系数大于所述螺栓和所述螺母的热膨胀系数。因此，当该装配件受到高温时，例如，当该装配件浸入到燃烧气体的热流中，该橛子比该紧固件系统膨胀得更加厉害，且该橛子分别通过其底端和顶端向该螺栓和该螺母的头的内部部分施加推力。在该橛子轴向膨胀期间，所述头向容纳该投的埋头孔倾斜，且每一头对所述部件施加力，从而使得该紧固件系统能够在高温时保持其施加在所述部件上的夹持力。