具有T形接头或L形接头的复合构件及用于形成其的方法与流程

本主题大体上涉及用于涡轮发动机的复合构件。更具体而言，本主题涉及具有t形接头或l形接头的复合构件及形成此构件的方法。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体上包括布置成与彼此流动连通的风扇和核心。此外，燃气涡轮发动机的核心大体上以串流顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在该处，一个或更多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合并焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段传送至涡轮区段。穿过涡轮区段的燃料气体的流驱动涡轮区段，且然后被传送穿过排气区段，例如，至大气。

典型地，燃烧区段和涡轮区段内的构件由于它们的几何形状而制造复杂。此外，对于此构件的工作环境由于高温和高压而极为恶劣。因此，燃烧气体的流动路径内的构件具有对于它们的几何轮廓和温度容限的严格要求，以维持发动机的期望效率。由于陶瓷基质复合物(cmc)材料能够比传统材料更好地经受此恶劣环境，故特别感兴趣的是用cmc材料来替换燃气涡轮发动机内由传统材料形成的构件。聚合物基质复合物(pmc)材料也可用于燃气涡轮发动机中，例如，压缩机区段中。

燃气涡轮发动机的一些复合构件包括对接接头，诸如t形接头或l形接头。对接接头典型地包括对接叠层，其包括许多板层，板层沿正交方向直接对接至界面连接叠层(interfacinglaminate)的一个或更多个板层。对接叠层在接头界面处附接至界面连接叠层或与界面连接叠层连结。典型地，对接叠层的板层的板层形状和板层放置存在很大差异，这在对接叠层附接至界面连接叠层时呈现许多挑战。例如，对接叠层的板层的板层形状和放置的差异可产生不平的表面来用于将对接叠层附接至界面连接叠层。另外，对接叠层相对于界面连接叠层的期望附接位置的放置存在额外差异。这些差异和其它因素可增大接头界面处的空隙缺陷的风险。此复合构件的对接接头处的空隙缺陷是非期望的，因为它导致不太令人满意的机械性能，以及其它问题。

通常，条状物(noodle)或其它结构部件置于对接叠层之间的接头界面处来填充其间的空隙。尽管条状物和其它结构部件至少部分地填充此空隙，但上文所述的许多问题仍存在。具体而言，对接叠层的板层的形状和放置的差异在对接叠层附接至界面连接叠层时仍可产生问题。即，当对接叠层附接至界面连接叠层时，对接叠层的许多板层将直接地对接界面连接叠层的板层。

因此，解决上文所述的挑战中的一个或更多个的改进的方法和复合构件将是有用的。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实践本发明学到。

在一个示例性方面中，本公开内容针对一种复合构件。复合构件限定第一方向和第二方向。复合构件包括具有沿第一方向延伸的长度的第一叠层部分。复合构件还包括具有沿第二方向延伸的长度的第二叠层部分。第二叠层部分包括多个板层。复合构件还包括定位在第一叠层部分与第二叠层部分之间的接头界面处的条状物。条状物具有相对于第二方向成角的第一表面。此外，第二叠层部分的多个板层中的至少一个沿第一表面终止且附接至条状物。

在一些实施例中，第一方向正交于第二方向。

在一些实施例中，第一方向基本上正交于第二方向。

此外，在一些实施例中，第二叠层部分的多个板层沿第一表面终止且附接至条状物。在此实施例中，沿第一表面终止且附接至条状物的第二叠层部分的板层具有连续不同的长度，使得多个板层以交错布置终止且附接至第一表面。

在另一个示例性方面中，本公开内容针对一种限定第二方向和第一方向的复合构件。复合构件包括具有沿第一方向延伸的长度的第一叠层部分和具有沿第二方向延伸的长度的第二叠层部分。第二叠层部分包括多个板层。多个板层包括保持板层，其具有与多个板层中的其它板层分离的保持部分。此外，复合构件包括定位在第一叠层部分与第二叠层部分之间的接头界面处的条状物。条状物具有相对于第二方向成角的第一表面，以及也相对于第二方向成角的第二表面。此外，第二叠层部分的多个板层中的至少一个沿第一表面终止且附接至条状物，且保持板层的保持部分沿条状物的第二表面延伸且附接至该第二表面。

在另一个示例性方面中，本公开内容针对一种用于形成限定第一方向和第二方向的复合构件的方法。该方法包括层合一个或更多个板层来形成第一叠层部分。该方法还包括层合一个或更多个板层来形成第二叠层部分。另外，该方法包括将第二叠层部分中的一个或更多个板层中的至少一个附接至条状物，其中第二叠层部分的一个或更多个板层沿第二方向延伸，且附接并终止于相对于第二方向成角的条状物的第一表面处。该方法还包括使第一叠层部分与第二叠层部分固定，其中当第一叠层部分与第二叠层部分固定时，第一叠层部分的一个或更多个板层沿第一方向延伸。

实施方案1.一种复合构件，其限定第一方向和第二方向，所述复合构件包括：

具有沿所述第一方向延伸的长度的第一叠层部分；

具有沿所述第二方向延伸的长度的第二叠层部分，所述第二叠层部分由多个板层组成；以及

定位在所述第一叠层部分与所述第二叠层部分之间的接头界面处的条状物，所述条状物具有相对于所述第二方向成角的第一表面，其中所述第二叠层部分的多个板层中的至少一个沿所述第一表面终止且附接至所述条状物。

实施方案2.根据实施方案1所述的复合构件，其特征在于，沿所述第一表面终止且附接至所述条状物的所述第二叠层部分的多个板层具有连续不同的长度，使得所述多个板层以交错布置终止且附接至所述第一表面。

实施方案3.根据实施方案1所述的复合构件，其特征在于，所述条状物包括沿所述第一方向延伸的对接表面，以及其中所述对接表面附接至所述复合构件的所述第一叠层部分。

实施方案4.根据实施方案1所述的复合构件，其特征在于，所述条状物包括相对于所述第二方向成角的第二表面。

实施方案5.根据实施方案4所述的复合构件，其特征在于，所述第二叠层部分的多个板层中的至少一个沿所述第二表面终止且附接至所述条状物。

实施方案6.根据实施方案4所述的复合构件，其特征在于，所述复合构件包括盖板层，所述盖板层沿所述第一叠层部分延伸，附接至所述条状物的所述第二表面的至少一部分且沿该部分延伸，且然后沿所述第二叠层部分延伸。

实施方案7.根据实施方案4所述的复合构件，其特征在于，所述条状物包括附接至所述复合构件的所述第一叠层部分的对接表面，以及其中所述第二叠层部分包括保持板层，所述保持板层沿所述第二叠层部分延伸，附接至所述条状物的所述第二表面的至少一部分且沿该部分延伸，且然后终止于第二成角的表面与所述对接表面之间的交点附近。

实施方案8.根据实施方案4所述的复合构件，其特征在于，所述条状物包括为弯曲的第二表面。

实施方案9.根据实施方案1所述的复合构件，其特征在于，所述条状物是第一条状物，以及其中所述复合构件包括定位在所述第一叠层部分与所述第二叠层部分之间的所述接头界面处的第二条状物。

实施方案10.根据实施方案9所述的复合构件，其特征在于，所述第二条状物具有相对于所述第二方向成角的第一表面。

实施方案11.根据实施方案10所述的复合构件，其特征在于，所述第二叠层部分限定竖直中心线，以及其中所述第一条状物的所述第一表面和所述第二条状物的所述第一表面相对于所述第二方向成角，使得所述第一表面向内朝所述竖直中心线与所述第一叠层部分之间的交点会聚。

实施方案12.根据实施方案1所述的复合构件，其特征在于，所述第一表面具有平角部分和弯曲部分，以及其中所述第二叠层部分的多个板层中的至少一个沿所述第一表面的所述平角部分终止且附接至所述条状物，以及其中盖板层沿所述第一表面的所述弯曲部分延伸且附接至所述第一表面的所述弯曲部分。

实施方案13.一种复合构件，其限定第二方向和第一方向，所述复合构件包括：

具有沿所述第一方向延伸的长度的第一叠层部分；

具有沿所述第二方向延伸的长度的第二叠层部分，所述第二叠层部分由多个板层组成，所述多个板层包括具有与所述多个板层中的其它板层分离的保持部分的保持板层；以及

定位在所述第一叠层部分与所述第二叠层部分之间的接头界面处的条状物，所述条状物具有相对于所述第二方向成角的第一表面，以及相对于所述第二方向成角的第二表面；

其中所述第二叠层部分的多个板层中的至少一个沿所述第一表面终止且附接至所述条状物，且所述保持板层的所述保持部分沿所述条状物的所述第二表面延伸且附接至所述条状物的所述第二表面。

实施方案14.根据实施方案13所述的复合构件，其特征在于，所述条状物具有沿所述第一方向延伸的长度，以及其中在所述保持板层的所述保持部分沿所述条状物的所述第二表面延伸且附接至所述条状物的所述第二表面之后，所述保持板层从所述条状物沿所述第一方向延伸至少是所述条状物的长度的四分之一的距离。

实施方案15.根据实施方案13所述的复合构件，其特征在于，所述条状物具有一长度，以及其中在所述保持板层的所述保持部分沿所述条状物的所述第二表面延伸且附接至所述条状物的所述第二表面之后，所述保持板层从所述条状物沿所述第一方向延伸至少是所述条状物的长度的一半的距离。

实施方案16.一种用于形成限定第一方向和第二方向的复合构件的方法，所述方法包括：

层合一个或更多个板层来形成第一叠层部分；

层合一个或更多个板层来形成第二叠层部分；

将所述第二叠层部分中的一个或更多个板层中的至少一个附接至条状物，其中所述第二叠层部分的一个或更多个板层沿所述第二方向延伸，且附接并终止于相对于所述第二方向成角的所述条状物的第一表面处；以及

使所述第一叠层部分与所述第二叠层部分固定，其中当所述第一叠层部分与所述第二叠层部分固定时，所述第一叠层部分的一个或更多个板层沿所述第一方向延伸。

实施方案17.根据实施方案16所述的方法，其特征在于，使所述第一叠层部分与所述第二叠层部分固定包括使所述条状物的对接表面与所述第一叠层部分的一个或更多个板层附接。

实施方案18.根据实施方案16所述的方法，其特征在于，使所述第一叠层部分与所述第二叠层部分固定包括将盖叠层部分附接至所述第一叠层部分和所述第二叠层部分。

实施方案19.根据实施方案16所述的方法，其特征在于，所述第二叠层部分包括具有与所述第二叠层部分的其它板层分离的保持部分的保持板层，以及其中在附接期间，所述保持板层的所述保持部分沿相对于所述第二方向成角的所述条状物的第二表面的至少一部分延伸。

实施方案20.根据实施方案19所述的方法，其特征在于，还包括：

压实所述复合构件，使得沿所述第二表面延伸的所述保持板层相对于所述条状物的所述第一表面推动所述第二叠层部分的其它板层。

本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

针对本领域的技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中陈述，在附图中：

图1为根据本公开内容的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有l形接头构造和在复合构件的接头界面处的条状物的示例性复合构件的横截面视图；

图3提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有l形接头构造和在复合构件的接头界面处的条状物的另一个示例性复合构件的横截面视图；

图4提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有t形接头构造和在复合构件的接头界面处的条状物的示例性复合构件的横截面视图；

图5提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有t形接头构造和在复合构件的接头界面处的条状物的另一个示例性复合构件的横截面视图；

图6提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有t形接头构造和在复合构件的接头界面处的条状物的又一个示例性复合构件的横截面视图；

图7提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有t形接头构造和在复合构件的接头界面处的多个条状物的示例性复合构件的横截面视图；

图8提供了根据本公开内容的示例性实施例的具有t形接头构造和在复合构件的接头界面处的多个条状物的另一个示例性复合构件的横截面视图；

图9提供了图8中的复合构件的分解横截面视图；

图10提供了经历压实过程的图8的复合构件的横截面视图；

图11提供了具有l形接头构造和在复合构件的接头界面处的条状物的示例性复合构件的横截面视图，且绘出了根据本公开内容的示例性实施例的经历压实过程的复合构件；以及

图12提供了根据本公开内容的示例性实施例的示例性方法的流程图。

本说明书和附图中的参考标号的重复使用旨在表示相同或相似的特征或元件。

图解

10涡扇喷气发动机

12纵向或轴向中心线

14风扇区段

16核心涡轮发动机

18外壳

19壳的内表面

20入口

22低压压缩机

24高压压缩机

26燃烧区段

28高压涡轮

30低压涡轮

32喷气排气区段

34高压轴/转轴

36低压轴/转轴

38风扇

40叶片

42盘

44致动部件

46动力变速箱

48机舱

50风扇壳或机舱

52出口导向导叶

54下游区段

56旁通空气流通路

58空气

60入口

62空气的第一部分

64空气的第二部分

66燃烧气体

68定子导叶(hpt)

70涡轮转子叶片(hpt)

72定子导叶(lpt)

74涡轮转子叶片(lpt)

76风扇喷嘴排气区段

78热气体路径

100复合构件

110第一叠层部分

112第二叠层部分

114盖叠层部分

115第一盖叠层部分

116板层(第一)

117第二盖叠层部分

118板层(第二)

120板层(盖)

122附接端(第二)

124接头界面

125内部区域

126条状物

127竖直界面

128第一表面

130第二表面

132对接表面

134内盖板层

136第一板层

138第二板层

140第三板层

142第四板层

144第五板层

146第六板层

148平角部分(第一)

150弯曲部分(第一)

152平角部分(第二)

154弯曲部分(第二)

156第一盖板层

158第二盖板层

160第一条状物

162第二条状物

164对接板层

166第一侧

168第二侧

170第一保持板层

172第二保持板层

174保持部分(第一)

176保持部分(第二)

178终止端

180终止端

190压实系统

192第一工具部分

194第二工具部分

196第三工具部分

vc竖直中心线

p1第一点

p2第二点

p3第三点

100压实系统

110高压釜

120压实工具

122第一工具

124第二工具

126第三工具

128体积

132周长(第一工具)

134周长(第二工具)

136周长(第三工具)

140第一工具部分

142第二工具部分

150复合构件

152第一凸缘

153本体

154第二凸缘

156内表面(第一凸缘)

157内表面(本体)

158外表面(第一凸缘)

159外表面(本体)

160内表面(第二凸缘)

162外表面(第二凸缘)

164第一内腔

166第二内腔

168内表面(第一腔)

170内表面(第二腔)

172外表面(翼型件)

180夹层结构

182第二夹层结构

184可热膨胀的材料(第一)

186刚性壳体(第一)

188可热膨胀的材料(第二)

190刚性壳体(第二)

192第一壳体部件

194第二壳体部件

196第一端

198第二端

200方法

300方法

d1第一方向

d2第二方向

f1力(刚性壳体上的可膨胀材料)

f2力(构件上的刚性壳体)

f3相反的力

cl中心线

r径向方向

a轴向方向

c周向方向。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。该详细描述使用数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记已用于表示本发明的相似或类似的部分。如在本文中所使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在象征独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，且"下游"指示流体流至的方向。此外，如在本文中所使用的，诸如"大致"、"基本上"或"大约"的近似用语是指在百分之十(10%)的误差裕度内。

本公开内容的示例性方面针对复合构件，其具有t形构造或l形构造，该构造包括减小对接叠层部分之间的空隙缺陷并且提供改善的机械性能的特征。还提供了用于形成此构件的方法。在一个示例性方面中，复合构件限定第一方向和第二方向，且包括沿第一方向延伸的对接第一叠层部分与沿第二方向延伸的第二叠层部分之间的接头界面处的楔形条状物。条状物具有相对于第二方向成角的第一表面。第二叠层部分的板层中的至少一个终止于条状物的成角的第一表面且附接至条状物的成角的第一表面。以此方式，可减少沿接头界面的空隙缺陷，由此改善复合构件的机械性能。

图1提供了按照本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为本文中称为"涡扇发动机10"的高旁通涡扇喷气发动机10。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向a(平行于为了参照而提供的纵向中心线12延伸)和径向方向r。大体上，涡扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

绘出的示例性核心涡轮发动机16大体上包括基本上管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18以串流关系包围包括增压或低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(hp)涡轮28和低压(lp)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(hp)轴或转轴34将hp涡轮28传动地连接至hp压缩机24。低压(lp)轴或转轴36将lp涡轮30传动地连接至lp压缩机22。

对于所绘出的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。如所绘出的，风扇叶片40从盘42大体上沿径向方向r向外延伸。每个风扇叶片40通过风扇叶片40相对于盘42围绕桨距轴线p是可旋转的，风扇叶片40可操作地联接至适合的致动部件44，致动部件44构造成一起地共同改变风扇叶片40的桨距。在一些实施例中，风扇叶片40、盘42和致动部件44是通过跨过动力变速箱的lp轴36围绕纵轴线12一起可旋转的。动力变速箱包括多个齿轮，以用于使lp轴36的转速逐步降低至更高效的旋转风扇速度。

仍参看图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，可旋转的前机舱48为空气动力学地成轮廓，以促进空气流穿过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应认识到的是，机舱50可构造成由多个沿周向间隔开的出口导向导叶52相对于核心涡轮发动机16支承。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部之上延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通路56。

在涡扇发动机10的操作期间，一定量空气58穿过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入涡扇10中。当一定量空气58经过风扇叶片40时，如由箭头62指出的空气58的第一部分被引导或传送到旁通空气流通路56中，且如由箭头64指出的空气58的第二部分被引导或传送到lp压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常称为旁通比。空气的第二部分64的压力然后在其被传送穿过高压(hp)压缩机24且进入燃烧区段26中时增大，在燃烧区段26中其与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被传送穿过hp涡轮28，在该处，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接至外壳18的hp涡轮定子导叶68和联接至hp轴或转轴34的hp涡轮转子叶片70的连续级提取，因此促使hp轴或转轴34旋转，由此支持hp压缩机24的操作。燃烧气体66然后被传送穿过lp涡轮30，在该处，热能和动能的第二部分经由联接至外壳18的lp涡轮定子导叶72和联接至lp轴或转轴36的lp涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66提取，因此促使lp轴或转轴36旋转，由此支持lp压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体66随后被传送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推力。同时，空气的第一部分62的压力在空气的第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出(这也提供了推力)之前被传送穿过旁通空气流通路56时显著地增大。hp涡轮28、lp涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66传送穿过核心涡轮发动机16。

将认识到的是，尽管参照具有核心涡轮发动机16的涡扇10来描述，但本主题可适用于其它类型的涡轮机。例如，本主题可适合结合涡轮螺旋桨、涡轮轴、涡轮喷气、蒸汽涡轮发动机、工业和船舶燃气涡轮发动机和/或辅助动力单元使用或在它们中使用。

在一些实施例中，涡扇发动机10的构件可由复合材料形成。例如，热气体路径78内的构件(诸如燃烧区段内26的构件、hp涡轮28和/或lp涡轮30)可由陶瓷基质复合物(cmc)材料形成，该材料是具有高温度能力的非金属材料。例如，涡轮叶片和涡轮喷嘴可由cmc材料形成。涡轮发动机10的其它构件也可由cmc材料或其它适合的复合材料(诸如例如聚合物基质复合物(pmc)材料)形成。

用于此复合构件的示例性cmc材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基质材料及它们的组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，诸如包括单丝如蓝宝石或碳化硅的氧化稳定增强纤维(例如，textron的scs-6)，以及包括碳化硅(例如，nipponcarbon的nicalon®、ubeindustries的tyranno®和dowcorning的sylramic®)、硅酸铝(例如，nextel的440和480)，以及短切晶须和纤维(例如，nextel的440和saffil®)，以及可选地陶瓷颗粒(例如，si,al,zr,y的氧化物和它们的组合)及无机填料(例如，叶腊石、钙硅石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱土)的粗砂和纱。cmc材料可在大致1000到1200℉的温度范围下具有大约1.3×10⁻⁶in/in/℉到大约3.5×10⁻⁶in/in/℉的范围中的热膨胀系数。

用于此cmc构件的示例性制造工艺可包括层合由"预浸料坯"或带状结构形成的一层或更多层，带状结构包括浸渍有浆料的增强材料(例如，碳纤维)，浆料包含基质材料的前体和一种或更多种有机粘结剂。预浸料坯带经历处理(包括烧制)来将前体转化成期望的陶瓷。所得的预浸料坯的多个板层然后层叠且压实以形成叠层预形件。

此后，预形件构件可经历压实过程、烧尽过程和熔渗过程来固化预形件。更确切地说，在层合过程之后，预形件构件可在高压釜中处理，且经历升高的温度和压力来产生压实的生坯状态的构件。在压实期间可除去各种挥发物。然后，生坯状态的构件可置于炉中来烧尽多余的粘结剂等，且然后可与硅片或硅板条一起置于炉中，且烧制来使构件与至少硅熔渗。更具体而言，在真空或惰性气氛中加热(即，烧制)生坯状态构件分解粘结剂，除去溶剂，且将该前体转换成期望的热解材料。粘结剂的分解导致多孔热解本体；该本体可经历致密化，例如，熔渗(mi)，以填充孔隙。在一个实例中，在用硅烧制热解构件的情况下，构件可经历硅熔渗。然而，可使用任何已知的致密化技术来执行致密化，包括但不限于silcomp、熔渗(mi)、化学气相渗透(cvi)、聚合物渗透和热解(pip)，以及氧化物/氧化过程，并且具有任何适合的材料，包括但不限于硅。在一个实施例中，致密化和烧制可在真空炉或具有建立的气氛的惰性气氛中在高于1200℃的温度下进行，以允许硅或其它适合的材料或材料组合熔渗入构件。致密化的复合构件然后可按需要进行精加工。例如，构件可被磨削或以其它方式加工，例如，使构件在公差内，且将构件定形为期望的形状。将认识到的是，还可使用用于形成复合构件的其它方法或工艺。

图2提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有l形接头的示例性复合构件100的横截面视图。例如，复合构件100可为图1中的涡扇发动机10的cmc构件。例如，复合构件100可为涡轮喷嘴节段。在其它示例性实施例中，复合构件可为图1中的涡扇发动机10的pmc构件。在图2中，复合构件100的叠层结构绘制为示出本公开内容的发明方面。

如图2中所示，复合构件100限定竖直方向v、侧向方向l和横向方向t(进入和离开图2中的页面)。竖直方向v、侧向方向l和横向方向t相互垂直，且形成正交方向系统。复合构件100包括具有沿侧向方向l延伸的长度的第一叠层部分110、具有沿竖直方向v延伸的长度的第二叠层部分112，以及盖叠层部分114，其沿竖直方向v和侧向方向l两者延伸，且附接至第一叠层部分110和第二叠层部分112两者。第一叠层部分110具有沿竖直方向v的厚度，且第二叠层部分112具有沿侧向方向l的厚度。作为一个实例，第一叠层部分110可为翼型件叠层，且第二叠层部分112可为涡轮喷嘴节段的内带叠层或外带叠层。如所示出的，第一叠层部分110由板层116形成，第二叠层部分112由板层118形成，且盖叠层部分114由板层120形成。对于该实施例，叠层部分110,112,114的板层116,118,120是由cmc材料(诸如上文所述的cmc材料中的一种)形成的单向板层。此外，第二叠层部分112的板层118在其相应的第一端(未示出)之间延伸至其相应的附接端122。

对于图2的所绘出的实施例，第二叠层部分112在接头界面124处附接至第一叠层部分110。具体而言，复合构件100包括楔形条状物126，其定位在第一叠层部分110与第二叠层部分112之间的接头界面124处。条状物126定位且构造成减小对接叠层部分110,112的板层之间的空隙，且还提供板层116,118,12可附接的结构。例如，这可提供复合构件100的改善的机械性能。此外，类似于叠层部分110,112,114的板层116,118,120，在此实施例中，条状物126由cmc材料形成。然而，在备选的示例性实施例中，条状物126可由任何其它适合的材料形成，诸如例如pmc材料、陶瓷材料、金属材料、它们的组合等。

条状物126具有相对于竖直方向v成角的第一表面128，且因此，第一表面128相对于第二叠层部分112的层合板层118的方向成角。对于该实施例，第一表面128相对于竖直方向v成大约三十度(30°)的角，如由图2中的角theta(θ)表示。在其它实施例中，第一表面128可相对于竖直方向v成十度(10°)到八十度(80°)之间的角。优选地，第一表面128相对于竖直方向v成二十度(20°)到七十度(70°)之间的角。另外，条状物126具有相对于竖直方向v成角的第二表面130，且因此，在第二叠层部分112的层合板层118和盖叠层部分114的板层120沿竖直方向v延伸时，第二表面130相对于第二叠层部分112的层合板层118和盖叠层部分114的板层120的方向成角。此外，在该示例性实施例中，条状物126的第二表面130是弯曲的。具体而言，第二表面130是弯曲的而与盖叠层部分114的弯曲形状互补。换言之，第二表面130具有相对于接头界面124的内部区域125的弯曲凹入形状。另外，条状物126还具有对接表面132，其沿侧向方向l延伸，并且对接且附接至第一叠层部分110的板层116中的一个。对于条状物126的所绘出的横截面，第一表面128和第二表面130在边缘或第一点p1处交叉，第二表面130和对接表面132在边缘或第二点p2处交叉，且第二表面130和对接表面132在边缘或第三点p3处交叉。尽管连接条状物126的表面的边缘或点在图2的所绘出的实施例中示为点状尖端，但在备选实施例中，边缘或点可为圆形、倒角、平的，或可具有其它适合的几何形状来连接条状物126的表面。

如前文所述，当组装复合构件100时，条状物126的对接表面132附接至第一叠层部分110的板层116中的一个。此外，当盖叠层部分114沿竖直方向v延伸时，盖叠层部分114的内盖板层134附接至第二叠层部分112的板层118中的一个。当盖叠层部分114从竖直方向v弯曲至侧向方向l时，内盖板层134然后沿条状物126的第二表面130延伸且附接至第二表面130。此后，当盖叠层部分114沿侧向方向l延伸时，内盖板层134沿第一叠层部分110的板层116中的一个延伸且附接至其。

另外，如图2中所绘出的，第二叠层部分112附接至条状物126的第一表面128。具体而言，第二板层部分112的一些板层118的附接端122终止且附接至条状物126的成角的第一表面128。仍更具体而言，第二叠层部分112的板层118的附接端122以交错布置沿第一表面128终止且附接至条状物126。即，第二叠层部分112的板层118的附接端122在沿成角的第一表面128的不同位置处终止(或放下)且附接至条状物126的第一表面128。因此，如所示出的，附接至条状物126的第一表面128的第二叠层部分112的板层118具有连续不同的长度，使得它们以交错布置终止且附接至第一表面128。将认识到的是，叠层部分的组件可以以任何适合的顺序完成。例如，第二叠层部分112可在第一叠层部分110附接之前附接至盖叠层部分114。

对于图2的示例性实施例，第二叠层部分112的第一板层136终止且附接至第一点p1(即，第一表面128和第二表面130的交点)附近的条状物126的第一表面128。邻近于第一板层136层合的第二板层138具有比第一板层136略微更长的长度。以此方式，第二板层138可在比第一板层136附接至第一表面128的位置离第一点p1更远的位置(例如，沿竖直方向v和侧向方向l离第一点p1更远)延伸和附接至第一表面128。邻近于第二板层138层合的第二叠层部分112的第三板层140具有比第二板层138略微更长的长度。以此方式，第三板层140可在比第二板层138附接至第一表面128的位置离第一点p1更远的位置延伸和附接至第一表面128。该图案对于如图所示的第二叠层部分112的第四板层142、第五板层144和第六板层146继续。即，第四板层142具有比第三板层140更长的长度，且在比第三板层140附接至第一表面128的位置离第一点p1更远的位置附接至第一表面128，第五板层144具有比第四板层142更长的长度，且在比第四板层142附接至第一表面128的位置离第一点p1更远的位置附接至第一表面128，且第六板层146具有比第五板层144更长的长度，且在比第五板层144附接至第一表面128的位置离第一点p1更远的位置附接至第一表面128。实际上，如所示出的，第六板层146在第一表面128与对接表面132交叉的位置附接至条状物126的第二点p2。尽管第二叠层部分112的各种板层118在图2中示为不与条状物126的第一表面128实际接触，但应认识到的是，板层118中的一个、一些、所有或没有可在它们附接至条状物126的第一表面128和沿条状物126的第一表面128终止时实际接触第一表面128。

条状物126与第二叠层部分112的板层118之间的成角界面允许浅的板层下降，且可较好地填充可形成在接头界面124处的潜在空隙。此外，如下文将进一步阐释，第二叠层部分112的板层118与条状物126的第一表面128之间的成角界面有助于通过控制对条状物126施加压实的方向来保持条状物126的形状和位置。

图3提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有l形接头构造的另一个示例性复合构件100的横截面视图。图3的示例性复合构件100以类似于图2的复合构件的方式构造，且因此，相同或相似的参考标号将用于表示相似或类似的部分。相比于图2的复合构件，图3中的复合构件100包括第二叠层部分112的一些板层118，其并未终止于或附接至条状物126的第一表面128。如所示出的，第二叠层部分112的一些板层118沿竖直方向v向下延伸经过条状物126，且限定竖直界面127，第一叠层部分110的板层116对接或附接至该竖直界面127。通过以如图3中所示的方式延伸第二叠层部分112的一些板层118，第二叠层部分112可进一步固定至第一叠层部分110。

图4提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有t形接头构造的另一个示例性复合构件100的横截面视图。对于该实施例，条状物126包括相对于竖直方向v成角的第一表面128，以及相对于竖直方向v成角而没有曲率的第二表面130。即，在该实施例中，第二表面130具有平角表面。更具体而言，在该实施例中，第一表面128相对于竖直方向v成大约负四十度(-40°)的角，由θ1表示，且条状物126的第二表面130相对于竖直方向v成大约四十度(40°)的角，由θ2表示。此外，对于该示例性实施例，第二叠层部分112的一些板层118以交错布置附接至条状物126的成角的第一表面128且沿条状物126的成角的第一表面128终止，且第二叠层部分118的一些板层118以交错布置附接至条状物126的成角的第二表面130且沿条状物126的成角的第二表面130终止。板层118与条状物126的交错布置填充层合期间板层形状和长度差异产生的空隙，且因此可导致具有改善的机械性能的复合构件100。

如图4中进一步所示，第一盖板层156沿竖直方向v延伸，且附接至第二叠层部分112的板层118中的一个。第一盖板层156然后沿条状物126的第一表面128的至少一部分附接和延伸，且随后，第一盖板层156沿侧向方向l沿第一叠层部分110延伸，且附接至第一板层部分110的板层116中的一个。第二盖板层158沿竖直方向v延伸，且附接至第二叠层部分112的板层118中的一个。第二盖板层158然后沿条状物126的第二表面130的至少一部分附接和延伸，且然后，第二盖板层158沿侧向方向l沿第一叠层部分110延伸，且附接至第一板层部分110的板层116中的一个。第一盖板层156和第二盖板层158进一步填充接头界面124处的潜在空隙，且进一步使第一叠层部分110与第二叠层部分112固定。

图5提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有t形接头的另一个示例性复合构件100的横截面视图。图5的示例性复合构件100以类似于图4的复合构件的方式构造，且因此，相同或相似的参考标号将用于表示相似或类似的部分。相比于图4的复合构件，图5的复合构件100包括具有不同的第一表面129和第二表面130的条状物126。具体而言，对于该实施例，第一表面128具有平角部分148和与平角部分148连续的弯曲部分150。图5中所示的虚线将平角部分148与弯曲部分150分开。类似地，条状物126的第二表面130具有平角部分152和与平角部分152连续的弯曲部分154。图5中所示的虚线将平角部分152与弯曲部分154分开。对于该实施例，第一表面128和第二表面130的平角部分148,152分别相对于竖直方向v成大约负四十度(-40°)和大约四十度(40°)的角。第一表面128和第二表面130的弯曲部分150,154各自弯曲来与盖叠层部分114的它们相应板层120的弯曲形状互补。换言之，弯曲部分150,154各自相对于接头界面124的它们相应内部区域125弯曲凹入。

此外，如图5中所示，第二叠层部分112的一些板层118以交错布置终止和附接至第一表面128的平角部分148，且第二叠层部分112的一些板层118以交错布置终止且附接至第二表面130的平角部分152。此外，如图5中所示，第一盖板层156沿竖直方向v沿第二叠层部分112延伸，沿条状物126的第一表面128的弯曲部分150附接且延伸，且然后沿侧向方向l沿第一叠层部分110延伸。第二盖板层158沿竖直方向v沿第二叠层部分112延伸，沿条状物126的第二表面130的弯曲部分154附接且延伸，且然后沿侧向方向l沿第一叠层部分110延伸。除提供用于盖叠层部分114的板层120的牢固附接表面之外，第一表面128和第二表面130的弯曲部分150,154提供曲率模板，其可便于盖板层的层合，这最终可改善部分与部分或构件与构件的一致性。

图6提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有t形接头构造的另一个示例性复合构件100的横截面视图。图6的示例性复合构件100以类似于图4的复合构件的方式构造，且因此，相同或相似的参考标号将用于表示相似或类似的部分。相比于图4的复合构件，图6的复合构件100不包括使第一叠层部分110与第二叠层部分112连接的盖叠层部分114(见图4)。第一叠层部分110沿其对接表面132附接至条状物126。此外，沿侧向方向l在第二叠层部分112的相对侧处的板层118由对接接头附接来附接至第一叠层部分110。以此方式，第一叠层部分110固定或连接至第二叠层部分112。图6的复合构件100的实施例可能对于在接头界面124的内部区域125处期望直边缘的应用或如果期望维持第一叠层部分110和/或第二叠层部分112的最小厚度特别有利。

图7提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有t形接头的另一个示例性复合构件100的横截面视图。对于该实施例，复合构件100包括第一条状物160和第二条状物162。第一条状物160和第二条状物162都是楔形条状物，其都包括成角的第一表面128、成角的第二表面130和对接表面132。显然，对于该实施例，当两个较小的条状物设在接头界面124处时(即，替代如图4,5和6中所示的一个较大的条状物)，第二叠层部分112的结构板层可覆盖更大的面积，且因此复合构件100可具有改善的结构完整性。例如，如图7中所示，第二叠层部分112的对接板层164沿竖直方向v沿第二叠层部分112的长度延伸，且对接第一叠层部分110的板层116中的一个。此外，由于图7的第一条状物160和第二条状物162的几何形状和定位，故第二叠层部分112的板层118能够延伸到更接近接头界面124，例如，相比于图4和5中的第二叠层部分112的板层118。因此，板层118可提供复合构件100的改善的结构完整性和机械性能。

图8和9提供了根据本公开内容的一个示例性实施例的具有t形接头构造的另一个示例性复合构件100的横截面视图。在图8中，复合构件100示为组装的。在图9中，以分解视图示出复合构件100。对于该实施例，类似于图7的所示实施例，复合构件100包括第一条状物160和第二条状物162。第一条状物160和第二条状物162的第二表面130是弯曲的，且更具体而言，第二表面130相对于它们相应的内部区域125弯曲凹入。

第二叠层部分112沿侧向方向l在第一侧166与第二侧168之间延伸。显然，对于该实施例，复合构件100的第二叠层部分112包括第一保持板层170和第二保持板层172。第一保持板层170和第二保持板层172在图8和9中出于示出目的是加粗的，然而在一些实施例中，保持板层170,171可比第二叠层部分112的其它板层118更厚。第一保持板层170大体上沿竖直方向v且沿第二叠层部分112的第一侧166延伸。第二保持板层172大体上沿竖直方向v且沿第二叠层部分112的第二侧168延伸。第一保持板层170包括保持部分174，且第二保持板层172也包括保持部分176。如图9中具体所示，第一保持板层170和第二保持板层172的保持部分174,176与第二叠层部分112的其它板层118分离。第一保持板层170终止于终止端178处，且第二保持板层172终止于终止端180处。

如图8中所示，当组装复合构件100时，第一保持板层170的保持部分174沿第一条状物160的第二表面130的至少一部分延伸且附接至其。随后，第一保持板层170终止于第一条状物160的第二点p2(即，第二表面130和对接表面132的交点)附近的它的终止端178处。第一保持板层170将第一条状物160保持就位，且还以交错布置相对于第一条状物160的第一表面128固定第二叠层部分112的板层118。以类似方式，第二保持板层172的保持部分176沿第二条状物162的第二表面130的至少一部分延伸且附接至其。此后，第二保持板层172终止于第二条状物162的第二点p2附近的它的终止端180处。第二保持板层172将第二条状物162保持就位，且还以交错布置相对于第二条状物162的第一表面128固定第二叠层部分112的板层118。此外，如下文更详细所解释的，保持板层170,172便于复合构件100的压实。

图10提供了图8和9的复合构件100的横截面视图，绘出了经历压实过程的复合构件100。如图10中所示，压实工具190包括沿第一盖叠层部分115定位的第一工具部分192、沿第二盖叠层部分117定位的第二工具部分194，以及沿第一叠层部分110定位的第三工具部分196。压实工具190和复合构件100可被封闭在高压釜内，在该处，它们在压实循环期间经历升高的温度和压力。

在压实过程期间，第一工具部分192将力f1施加在复合构件100上，且第二工具部分194将力f2施加在复合构件100上。如图10中所示，力f1沿竖直方向v和侧向方向l两者施加，且类似地，力f2沿竖直方向v和侧向方向l两者施加。第三工具部分196沿竖直方向v施加反作用力f3。当复合构件100由压实工具190压实时，第二叠层部分112的保持板层170,172将第二叠层部分112的其它板层118驱动入接头界面124。更具体而言，保持板层170,172提供一结构，施加力f1,f2可驱动第二叠层部分112的板层118至该结构而进入第一条状物160和第二条状物162的成角的第一表面128。施加至保持板层170,172的力f1,f2还可驱动对接板层164或多个板层进入与第一叠层部分110对接接合。以此方式，第二叠层部分112驱动入接头界面124，且因此，减少了接头界面124处的复合构件100中的空隙缺陷。

图11提供了根据本公开内容的示例性实施例的经历压实过程的具有l形接头构造的示例性复合构件100的横截面视图。如图11中所示，对于该实施例，第二叠层部分112包括保持板层170，其具有保持部分174，该保持部分174与第二叠层部分112的其它板层118分离。包括保持板层170的第二叠层部分112的板层118出于示范目的在图11中加粗示出。此外，如图11中所示，保持板层170的保持部分174沿条状物126的弯曲的第二表面130延伸且附接至其。此外，对于该实施例，在保持板层170沿第二表面130延伸且附接至其之后，保持板层170沿侧向方向l延伸一距离。具体而言，保持板层170沿侧向方向l从第三点p3(即，条状物126的第二表面130和对接表面132的交点)向外延伸一距离d1，该距离d1至少是条状物126的总侧向长度l1的四分之一。在一些备选实施例中，保持板层170沿侧向方向从第三点p3向外延伸至少是条状物126的总侧向长度l1的一半的距离。通过沿侧向方向l延伸保持板层170，当第二叠层部分112与第一叠层部分110组装时，保持板层170便于条状物126沿第一叠层部分110的就座，且还可提供第一叠层部分110与第二叠层部分112的更牢固附接。另外，保持板层170可填充接头界面124处的空隙缺陷，该空隙缺陷要不是沿侧向方向l延伸的保持板层170就将不会被填充，且如果盖叠层部分与第一叠层部分110和第二叠层部分112如图11中所示组装，则保持板层170可填充盖叠层部分114与第一叠层部分110之间的空隙。因此，复合构件100可具有改善的机械性能。

如图11中进一步所示，压实工具190包括沿盖叠层部分114定位的第一工具部分192，以及沿竖直方向v沿第二叠层部分112和沿侧向方向l沿第一叠层部分110定位的第二工具部分194。如上文所述，压实工具190和复合构件100可在压实循环期间被封闭在高压釜内，在该处，它们可经历升高的温度和压力。

在压实过程期间，第一工具部分192将力f1沿竖直方向v和侧向方向l施加在复合构件100上，且第二工具部分194将反作用力f2和f3分别沿侧向方向l和竖直方向v施加在复合构件100上。当复合构件100由压实工具190压实时，第二叠层部分112的保持板层170将第二叠层部分112的其它板层118驱动入接头界面124。更确切地说，保持板层170提供一结构，施加的力f1可驱动第二叠层部分112的其它板层118至该结构而进入条状物126的成角的第一表面128。以此方式，第二叠层部分112驱动入接头界面124，且因此，减少了接头界面124处的复合构件100中的空隙缺陷。

图12提供了根据本公开内容的示例性实施例的用于形成复合构件的示例性方法(200)的流程图。复合构件限定第一方向和第二方向。例如，第一方向可为侧向方向，且第二方向可为竖直方向。在一些实施方式中，第一方向正交于第二方向。方法(200)可用于形成如图2至11中所绘出的复合构件中的一个。在一些实施方式中，复合构件由cmc材料形成。在另一些实施例中，复合构件由pmc材料形成。在又一些实施方式中，复合构件由一些其它基质和增强材料形成。

在(202)处，该方法(200)包括层合一个或更多个板层来形成第一叠层部分。例如，板层116可层合来形成第一叠层部分110。第一叠层部分110可具有任何适合数量的板层116。第一叠层部分110的板层116可由任何适合的材料制成。

在(204)处，该方法(200)包括层合一个或更多个板层来形成第二叠层部分。例如，板层118可层合来形成第二叠层部分112。第二叠层部分112可具有任何适合数量的板层118。第二叠层部分112的板层118可由任何适合的材料制成。

在(206)处，该方法(200)包括将第二叠层部分中的一个或更多个板层中的至少一个附接至条状物，其中第二叠层部分的一个或更多个板层沿第二方向延伸，且附接并终止于相对于第二方向成角的条状物的第一表面处。例如，如图2中所示，第二叠层部分112的板层118中的至少一些附接至条状物126。另外，第二叠层部分112的板层118沿第二方向延伸，第二方向可为如图2中所示的竖直方向v，且附接至条状物126的第一表面128且终止于条状物126的第一表面128处或终止于条状物126的第一表面128中。如进一步所示出的，第一表面128相对于第二方向(例如，该实例中的竖直方向v)成角。例如，第一表面可相对于第二方向成四十五度(45°)的角。另外，如图2中所示，在方法(200)的一些实施方式中，第二叠层部分112的板层118中的至少一些可具有沿第二方向(例如，竖直方向v)连续不同的长度，使得它们以交错布置附接且终止于条状物126的第一表面128。

在(208)处，该方法(200)还包括使第一叠层部分与第二叠层部分固定，其中当第一叠层部分与第二叠层部分固定时，第一叠层部分的一个或更多个板层沿第一方向延伸。以以上实例继续，参看图2，第一叠层部分110示为与第二叠层部分112固定或固定至其。例如，通过将条状物126的对接表面132与第一叠层部分110的一个或更多个板层116附接来使第一叠层部分110与第二叠层部分112固定。此外，如图2中所示，第一叠层部分110通过将盖叠层部分114附接至第一叠层部分110和第二叠层部分112来进一步与第二叠层部分112固定。另外，如图2中所示，盖叠层部分114的一个或更多个板层120可沿条状物126的第二表面130延伸且附接至其。第二表面130可具有如图2中所示的弯曲表面、如图4中所示的平角表面，或如图5中所示的组合的平角和弯曲表面。

在一些实施方式中，第二叠层部分包括保持板层，其具有与第二叠层部分的其它板层分离的保持部分，并且其中在附接期间，保持板层的保持部分沿相对于第二方向成角的条状物的第二表面的至少一部分延伸。例如，如图8和9中所示，第二叠层部分112包括第一保持板层170，其具有与第二叠层部分112的其它板层118分离的保持部分174(图9)。此外，如所示出的，当第二叠层部分112附接至条状物(在此实例中其为第一条状物160)时，保持板层170的保持部分174沿相对于第二方向(例如，竖直方向v)成角的条状物160的第二表面130的至少一部分延伸。以此方式，在一些实施方式中，当压实复合构件100时，复合构件110压实而使得沿第二表面130延伸的保持板层170相对于条状物160的第一表面128推动第二叠层部分112的其它板层118。

在一些另外实施方式中，条状物具有沿第二方向(例如，侧向方向l)的一长度，且其中当保持板层170附接至条状物160时，保持板层170的保持部分174从条状物160沿第二方向延伸至少是沿第二方向的条状物的长度的四分之一的距离。在又一些实施方式中，如上文所述，条状物具有沿第二方向的一长度，且其中当保持板层170附接至条状物160时，保持板层170的保持部分174从条状物160沿第二方向延伸至少是沿第二方向的条状物的长度的一半的距离。

本书面描述使用了实例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则意图此类其它实例在权利要求的范围内。