连接结构以及包括该连接结构的航空发动机的排气系统技术方案

一种连接结构，用于将不同热膨胀系数的部件相连接，所述连接结构包括：第一部件、第二部件；所述第一部件与所述第二部件的热膨胀系数不同；滑块，所述滑块的包括斜面，所述滑块设置于所述第一部件、第二部件之间；所述第一部件设有多个导向槽，所述斜面与所述导向槽的侧面紧密接触；轴形连接件，所述轴形连接件用于连接所述第一部件、滑块、第二部件；所述斜面的倾角大于摩擦角，当所述连接结构受热时，所述导向槽与所述滑块发生相对滑动；且使得滑块的热膨胀滑动量在轴向的分量等于轴形连接件的热变形量。相应地，包括上述连接结构的航空发动机的排气系统，具有结构稳定、可靠等优点。

【技术实现步骤摘要】
连接结构以及包括该连接结构的航空发动机的排气系统
本专利技术涉及一种连接结构，尤其涉及一种将不同热膨胀系数的部件相连接的连接结构。
技术介绍
航空发动机的排气系统，将涡轮排出的燃气以一定的速度和要求的方向排入大气，产生推力。如图1所示，航空发动机的排气系统主要包括排气锥46与排气喷管42，以控制涡轮排气的方向。排气锥46控制涡轮排气流的内侧边缘，排气锥46连接至发动机涡轮机匣。排气锥46靠整流支板固定在排气喷管42内，排气锥46和排气喷管42之间形成扩散形通道，使燃气速度降低，以减小流动摩擦损失。如图2，排气锥46与涡轮机匣10通过环形金属构件47相连接，而连接结构普遍为螺纹连接结构。出于高温服役环境以及热变形匹配的考虑，早期航空发动机排气系统的排气锥46、排气喷管42及其相邻安装结构，例如上述环形金属构件47，以及螺纹连接结构采用的螺栓、螺钉等紧固件，均采用同种的高温合金材料制成。由于现代航空发动机的燃烧温度越来越高，排气温度也随之上升。相对于高温合金，陶瓷基复合材料的耐热性、化学稳定性更好、密度更低，既能够适应越来越高的排气温度条件，同时也能达到轻量化的效果。因此，目前，主流的研发方向是采用陶瓷基复合材料代替高温合金材料制造排气锥46，但是陶瓷基复合材料与高温合金材料间存在的热膨胀系数差异，排气锥46采用陶瓷基复合材料，而环形金属构件47以及螺纹连接结构各部件仍为高温合金，两者的热膨胀系数差异可能导致陶瓷基复合材料排气锥46与环形金属构件47之间的连接结构，以及排气锥46与环形金属构件47整体沿径向的的热失配变形，若热失配变形无法释放，则可能对部件的强度安全裕度和寿命产生影响，进而影响发动机的安全可靠性。现有技术中，为了补偿陶瓷基复合材料部件与高温合金部件之间的热膨胀系数差异，陶瓷基复合材料部件通过有弹性的挠性紧固件耳片而安装到由高温合金制成的外壳上，所述紧固件耳片一般由耐高温的高温合金制成。例如，公开号为CN102144084A，公开日期为2011年8月3日，名为“用于连接CMC制成的部件的挠性对接连接件”的中国专利技术专利申请文件公开了一种有弹性的挠性紧固件耳片，其包括径向连接部与轴向连接部，径向连接部与陶瓷基复合材料制成的排气锥，轴向连接部与环形金属构件连接。然而，专利技术人认识到，采用有弹性的挠性紧固件，其结构较为复杂。并且，在排气锥高温的工作环境下，若长时间工作，则紧固件的弹性可能减弱，即在高温下环境下导致的形变降温后无法完全自然回复，从而增大了对陶瓷基复合材料部件的应力，进而对部件的寿命产生影响。现有技术中，也有采用连接螺钉与衬套间隙配合的方式释放热失配应力。例如，公开号为US20160131083A1，公开日期为2016年5月12日，名为“EXHAUSTNOZZLECENTERBODYATTACHMENT”的美国专利申请文件公开了一种陶瓷基复合材料排气锥与环形金属构件的连接结构，其中，如其说明书第[0020]、[0022]段所记载，轴套通过安装座组设于陶瓷基复合材料的排气锥，而螺钉连接环形金属构件、排气锥，螺钉的顶部直径略微小于与轴套的内表面直径，受热时螺钉与轴套仅发生y轴方向的滑动。然而，专利技术人认识到，虽然这种间隙配合结构能够在受热时有效释放热失配应力，但要在实际机械加工中达到螺钉的顶部直径略微小于与轴套的内表面直径，形成有效的间隙配合，对于轴套内表面的加工精度要求很高。因此本领域需要一种能够结构简单、安全可靠、易加工的可将不同热膨胀系数的部件相连接的连接结构。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种能够结构简单、安全可靠、易加工的可将不同热膨胀系数的部件相连接的连接结构。本专利技术旨在提出一种结构稳定、可靠的航空发动机排气系统。根据本专利技术一方面的一种连接结构，用于将不同热膨胀系数的部件相连接，所述连接结构包括：第一部件，设有锥形导向槽，所述锥形导向槽具有对称设置的导向槽斜面；第二部件，热膨胀系数大于所述第一部件；锥形滑块，包括对称设置的滑块斜面，所述锥形滑块内嵌于所述锥形导向槽中，所述导向槽斜面与所述滑块斜面分别接触配合；以及轴形连接件，包括第一段、第二段以及位于所述第一段和所述第二段之间的分隔段，穿过所述第一部件、第二部件以及所述锥形滑块的孔，通过第二段与所述第二部件连接固定，所述分隔段设置有径向凸出的挡环，所述挡环与所述锥形滑块的大端端面配合，所述第一段上施加第一紧固件，以使所述锥形滑块和所述第一部件由所述挡环和与所述第一段配合的所述第一紧固件夹紧，进而通过所述锥形滑块和所述第一紧固件在所述第一部件上施加安装预紧力；其中，所述锥形滑块、所述轴形连接件的热膨胀系数与第二部件的热膨胀系数相同或相近；所述导向槽斜面的倾角大于摩擦角，以使当所述连接结构受热时，所述锥形滑块与所述导向槽发生相对滑动。在所述连接结构的实施例中，所述第一部件由陶瓷基复合材料制成，所述第二部件、锥形滑块、所述轴形连接件由高温合金制成。在所述连接结构的实施例中，所述第一部件为筒状或锥状，所述第二部件为环状，所述轴形连接件将所述第一部件的底面、第二部件轴向相连。在所述连接结构的实施例中，所述多个锥形导向槽沿所述第一部件的端面的圆周分布，所述锥形导向槽对配对的所述锥形滑块提供的导向方向包括沿所述第一部件的端面的圆周的径向方向，所述锥形导向槽与配对的所述锥形滑块在所述第一部件的径向两侧分别存在间隙。在所述连接结构的实施例中，所述轴形连接件的第一段为螺纹段，所述第一紧固件包括螺母和垫圈，所述螺母、垫圈的材料与所述轴形连接件的材料的热膨胀系数相同或相近。在所述连接结构的实施例中，所述锥形滑块、锥形导向槽的纵截面形状为等腰梯形。在所述连接结构的实施例中，所述挡环为纵截面形状为从第二部件侧到第一部件侧的方向减小的锥状，所述锥形滑块的所述大端端面具有锥形的沉头孔，所述挡环嵌入所述沉头孔且以锥面接触锥面的方式配合。在所述连接结构的实施例中，所述挡环与所述第二部件的端面配合，隔开所述第一部件、第二部件；所述第二段上施加第二紧固件，以使所述第二部件由所述挡环和与所述第二段配合的第二紧固件夹紧，进而通过所述挡环和所述第二紧固件在所述第二部件上施加安装预紧力。根据本专利技术一方面的一种航空发动机的排气系统，包括排气锥，涡轮机匣以及用于连接所述排气锥和涡轮机匣的环形构件，还包括任一上述的连接结构，连接结构的第一部件为排气锥，第二部件为环形构件。本专利技术的进步效果在于，通过设计可靠耐用、易加工的金属连接件和连接结构形式，实现了两种热膨胀系数不同的部件的机械连接和安装，并消除了机械连接结构中的热变形失配问题，提高了连接结构的安全有效性。另外，在温度变化过程中，不同力学性能的部件所受的预紧力各自独立，降低了对力学性能较弱的部件的载荷。附图说明本专利技术上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：图1是航空发动机排气系统结构示意图。图2是航空发动机排气系统的排气锥结构示意图。图3是根据一个或多个实施方式的连接结构各部件的爆炸视图。图4是根据一个或多个实施方式的连接结构的剖面图。图5是图4的连接结构受热时的位移分析图。图6是根据一个或多个实施方式的连接结构组装后的示意图。具体实施方式下述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连接结构，用于将不同热膨胀系数的部件相连接，其特征在于，所述连接结构包括：第一部件，设有锥形导向槽，所述锥形导向槽具有对称设置的导向槽斜面；第二部件，热膨胀系数大于所述第一部件；锥形滑块，包括对称设置的滑块斜面，所述锥形滑块内嵌于所述锥形导向槽中，所述导向槽斜面与所述滑块斜面分别接触配合；以及轴形连接件，包括第一段、第二段以及位于所述第一段和所述第二段之间的分隔段，穿过所述第一部件、第二部件以及所述锥形滑块的孔，通过第二段与所述第二部件连接固定，所述分隔段设置有径向凸出的挡环，所述挡环与所述锥形滑块的大端端面配合，所述第一段上施加第一紧固件，以使所述锥形滑块和所述第一部件由所述挡环和与所述第一段配合的所述第一紧固件夹紧，进而通过所述锥形滑块和所述第一紧固件在所述第一部件上施加安装预紧力；其中，所述锥形滑块、所述轴形连接件的热膨胀系数与第二部件的热膨胀系数相同或相近；所述导向槽斜面的倾角大于摩擦角，以使当所述连接结构受热时，所述锥形滑块与所述导向槽发生相对滑动。

【技术特征摘要】
1.一种连接结构，用于将不同热膨胀系数的部件相连接，其特征在于，所述连接结构包括：第一部件，设有锥形导向槽，所述锥形导向槽具有对称设置的导向槽斜面；第二部件，热膨胀系数大于所述第一部件；锥形滑块，包括对称设置的滑块斜面，所述锥形滑块内嵌于所述锥形导向槽中，所述导向槽斜面与所述滑块斜面分别接触配合；以及轴形连接件，包括第一段、第二段以及位于所述第一段和所述第二段之间的分隔段，穿过所述第一部件、第二部件以及所述锥形滑块的孔，通过第二段与所述第二部件连接固定，所述分隔段设置有径向凸出的挡环，所述挡环与所述锥形滑块的大端端面配合，所述第一段上施加第一紧固件，以使所述锥形滑块和所述第一部件由所述挡环和与所述第一段配合的所述第一紧固件夹紧，进而通过所述锥形滑块和所述第一紧固件在所述第一部件上施加安装预紧力；其中，所述锥形滑块、所述轴形连接件的热膨胀系数与第二部件的热膨胀系数相同或相近；所述导向槽斜面的倾角大于摩擦角，以使当所述连接结构受热时，所述锥形滑块与所述导向槽发生相对滑动。2.如权利要求1所述的连接结构，其特征在于，所述第一部件由陶瓷基复合材料制成，所述第二部件、锥形滑块、所述轴形连接件由高温合金制成。3.如权利要求2所述的连接结构，其特征在于，所述第一部件为筒状或锥状，所述第二部件为环状，所述轴形连接件将所述第一部件的底面、第二部件轴向相连。4.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪宝，梅文斌，伍海辉，洪智亮，李开元，谢骏，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31