陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件及包括其的发动机制造技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其包括尾喷构件主体、多个U型金属卡套和安装法兰，尾喷构件主体的安装端前缘区域设置有沿沿所述尾喷构件主体的周向分布的多个安装槽，每一安装槽内设置有形状相应的金属卡块实现接触配合，使得安装槽通过接触限制金属卡块沿轴向向前的位移分量；U型金属卡套插入安装槽的对应区域，使得金属卡块一一对应地卡扣在U型金属卡套内，U型金属卡套的内表面与金属卡块实现接触配合，限制金属卡块相对于安装槽在径向方向上的位移分量；安装法兰与U型金属卡套连接。本发明专利技术消除了陶瓷基复合材料尾喷构件与金属连接件及其对应环形金属安装法兰间由于热变形失配而导致的热失配应力过高和连接结构松弛问题。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件及包括其的发动机
本专利技术涉及航空发动机领域，特别涉及一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件及包括其的发动机。
技术介绍
陶瓷基复合材料(Ceramicmatrixcomposites)是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，通常具有耐高温、高强度和模量、密度小和抗腐蚀性强等优异性能，在航空航天热端结构部件上具有广泛应用前景。商用航空发动机排气喷管是航空发动机中使燃气膨胀加速，并以高速向外喷射而产生推力的部件，通常由尾喷和尾锥两个构件组成，两者共同构成发动机燃气排放的流道面。受高温服役环境和热变形匹配的影响，排气喷管组件及其相邻安装结构通常采用热膨胀系数相近或相同的高温合金材料制成。由于高温合金材料存在使用温度上限低、密度大和化学稳定性差等特点，不利于航空发动机性能指标的提升。利用陶瓷基复合材料代替高温合金材料制备航空发动机尾喷构件，可以有效解决上述问题。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，会导致陶瓷基复合材料尾喷构件与发动机金属构件间的连接安装结构产生显著的热失配应力进而影响构件本身和连接结构的安全可靠性。机械连接是指通过机械外力实现不同部件连接在一起的连接方式，连接载荷通过不同形式的连接件进行传递，常见形式有铆接、螺接等。热失配是指同一系统内具有不同热膨胀系数的相邻材料或部件在温度变化过程中表现出来的热膨胀变形大小不一致的现象，称之为热失配现象，无法释放的热变形失配会在系统内造成显著的热失配应力。有鉴于上述情况，本领域技术人员亟待于改进陶瓷基复合材料尾喷构件与发动机金属构件间的连接安装结构，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用陶瓷基复合材料尾喷构件的连接安装结构的安全可靠性差等缺陷，提供一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其特点在于，所述陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件包括尾喷构件主体、多个U型金属卡套和安装法兰，所述尾喷构件主体的安装端前缘区域设置有沿所述尾喷构件主体的周向分布的多个安装槽，每一所述安装槽内设置有形状相应的金属卡块实现接触配合，使得所述安装槽通过接触限制所述金属卡块沿轴向向前的位移分量；所述U型金属卡套插入所述安装槽的对应区域，使得所述金属卡块一一对应地卡扣在所述U型金属卡套内，所述U型金属卡套的内表面与所述金属卡块实现接触配合，限制所述金属卡块相对于所述安装槽在径向方向上的位移分量；所述安装法兰与所述U型金属卡套连接。根据本专利技术的一个实施例，所述安装槽呈等腰三角形状，所述金属卡块安装在所述安装槽内。根据本专利技术的一个实施例，所述尾喷构件主体的安装端前缘区域还设置有多个U型金属加强槽，且所述U型金属加强槽分别对应地位于相邻的两个所述安装槽之间，所述U型金属加强槽的两端与对应所述安装槽处的所述U型金属卡套接触配合。根据本专利技术的一个实施例，所述U型金属加强槽的两端设置有凸台，所述U型金属卡套的两侧设置有凹槽，所述凸台与所述凹槽对应接触配合，且所述凸台周向端面与所述凹槽周向端面在室温安装状态下留有间隙。根据本专利技术的一个实施例，所述U型金属卡套的下端部设置有插槽，所述金属卡块插入所述插槽，与所述U型金属卡套的内表面配合安装，并覆盖所述安装槽及其边缘区域。根据本专利技术的一个实施例，所述金属卡块的前端穿过所述U型金属卡套上的配合通孔并突出，通过紧固部件将所述金属卡块固定。根据本专利技术的一个实施例，所述金属卡块的前端设置为螺纹柱，所述紧固部件为拧紧螺母，所述拧紧螺母与所述螺纹柱之间螺纹配合。根据本专利技术的一个实施例，所述U型金属卡套的上端部设置有沿径向凸出的连接部，所述连接部上开设有腰形通孔；所述安装法兰为环形安装法兰，且所述环形安装法兰上开设有多个安装孔，所述安装孔与所述腰形通孔相互对应，并穿过拧紧螺钉实现对所述U型金属卡套和所述安装法兰的连接。根据本专利技术的一个实施例，所述金属卡块的斜边与对称轴线间呈一夹角；所述金属卡块的一端部与所述安装槽的内壁面之间形成第一预留配合间隙，所述金属卡块的另一端部与所述安装槽的内壁面之间形成第二预留配合间隙。本专利技术还提供了一种发动机，其特点在于，所述发动机包括如上所述的陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件通过设计具有特定结构形式的金属连接件和机械连接结构，实现了陶瓷基复合材尾喷构件与航空发动机环形金属安装法兰间的机械连接。在环境温度变化过程中，消除了陶瓷基复合材料尾喷构件与金属连接件及其对应环形金属安装法兰间由于热变形失配而导致的热失配应力过高和连接结构松弛问题，保证了各安装载荷接触传递面始终保持紧密配合。机械连接结构的特点有利于降低陶瓷基复合材料尾喷构件在制备成型、后续加工和安装实施方面的难度，并具备较高的连接强度可靠性，对陶瓷基复合材料尾喷构件的工程应用和航空发动机性能指标的提升具有重要价值。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的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：图1为本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件的机械连接结构的安装示意图一。图2为图1中A部分的放大图。图3为本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件的机械连接结构的安装示意图二。图4为图3中B部分的放大图。图5为本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件中金属卡块和尾喷构件安装槽的配合安装示意图。【附图标记】尾喷构件主体10U型金属卡套20安装法兰30安装槽11金属卡块12U型金属加强槽13凸台131凹槽21插槽22螺纹柱121拧紧螺母40连接部23腰形通孔231安装孔31拧紧螺钉50夹角α第一预留配合间隙A1第二预留配合间隙A2具体实施方式为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。现在将详细参考附图描述本专利技术的实施例。现在将详细参考本专利技术的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本专利技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本专利技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本专利技术。图1为本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件的机械连接结构的安装示意图一。图2为图1中A部分的放大图。图3为本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件的机械连接结构的安装示意图二。图4为图3中B部分的放大图。图5为本专利技术陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件中金属卡块和尾喷构件安装槽的配合安装示意图。如图1至图5所示，本专利技术公开了一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其包括尾喷构件主体10、多个U型金属卡套20和安装法兰30。其中，在尾喷构件主体10的安装端前缘区域设置有沿轴向分布的多个安装槽11，在每一安装槽11内设置有形状相应的金属卡块12，金属卡块12与安装槽11之间实现接触配合，使得安装槽11通过接触约束限制金属卡块12沿轴向向前(即发动机轴向向前)的位移分量。U型金属卡套20插入安装槽1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其特征在于，所述陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件包括尾喷构件主体、多个U型金属卡套和安装法兰，所述尾喷构件主体的安装端前缘区域设置有沿所述尾喷构件主体的周向分布的多个安装槽，每一所述安装槽内设置有形状相应的金属卡块实现接触配合，使得所述安装槽通过接触限制所述金属卡块沿轴向向前的位移分量；所述U型金属卡套插入所述安装槽的对应区域，使得所述金属卡块一一对应地卡扣在所述U型金属卡套内，所述U型金属卡套的内表面与所述金属卡块实现接触配合，限制所述金属卡块相对于所述安装槽在径向方向上的位移分量；所述安装法兰与所述U型金属卡套连接。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其特征在于，所述陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件包括尾喷构件主体、多个U型金属卡套和安装法兰，所述尾喷构件主体的安装端前缘区域设置有沿所述尾喷构件主体的周向分布的多个安装槽，每一所述安装槽内设置有形状相应的金属卡块实现接触配合，使得所述安装槽通过接触限制所述金属卡块沿轴向向前的位移分量；所述U型金属卡套插入所述安装槽的对应区域，使得所述金属卡块一一对应地卡扣在所述U型金属卡套内，所述U型金属卡套的内表面与所述金属卡块实现接触配合，限制所述金属卡块相对于所述安装槽在径向方向上的位移分量；所述安装法兰与所述U型金属卡套连接。2.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其特征在于，所述安装槽呈等腰三角形状，所述金属卡块安装在所述安装槽内。3.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其特征在于，所述尾喷构件主体的安装端前缘区域还设置有多个U型金属加强槽，且所述U型金属加强槽分别对应地位于相邻的两个所述安装槽之间，所述U型金属加强槽的两端与对应所述安装槽处的所述U型金属卡套接触配合。4.如权利要求3所述的陶瓷基复合材料排气喷管尾喷构件，其特征在于，所述U型金属加强槽的两端设置有凸台，所述U型金属卡套的两侧设置有凹槽，所述凸台与所述凹槽对应接触配合，且所述凸台周向端面与所述凹槽周向端面在室温安装状态下留...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪宝，洪智亮，李开元，谢骏，伍海辉，梅文斌，
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