[发明专利]在表皮之间具有剪切刚度且在厚度方向上具有柔顺性的夹层结构

说明书

技术领域

本发明总的涉及结构设计，更具体地涉及经受差温加热的夹层板的设计。

背景技术

喷气式发动机的排气喷嘴通常用高温材料构造，以经受从发动机中心部分流出的燃烧气体的比较高的温度。例如，许多排气喷嘴通常由具有良好的强度重量比和在高温下具有良好的机械性能的钛构造。但是，喷气式发动机设计的趋势是提高排气流中的燃烧气体温度。这种提高的燃烧气体温度可以接近钛的工作极限。

由于夹层结构的高的比强度/强度系数和比较低的重量，夹层结构可以用在高温结构用途中。常规的夹层结构可以由被芯材隔开的一对相对的面板构成。常规的夹层结构中的常规的芯材可以在多个方向上提供比较高水平的刚度。例如，常规的芯材可以在该夹层结构的长度或纵向平面内（in-plane）方向上和在该夹层结构的宽度或横向平面内方向上提供较高水平的刚度。该芯材也可以在该夹层结构的平面外（out-of-plane）方向上提供拉伸刚度。

遗憾的是，当夹层结构最初经受高温环境时，例如在燃气涡轮发动机的发动机起动期间当热的燃烧气体流过排气喷嘴时，一个面板可能被很快加热到比相对的面板高的温度。被加热的面板所得到的温度的增加可能导致该面板在平面内方向上的膨胀。由于两个面板被刚性芯材剪切连接，被加热的面板的平面内膨胀可能导致在两个面板中的显著的应力。

正如能够看到的，本领域需要一种用于提供夹层结构的系统和方法，这种夹层结构提供高水平的强度和刚度，同时由于夹层结构的差温加热，该夹层结构的两个面板之一同时适应平面内膨胀。

发明内容

上面指出的与夹层结构有关的需要通过本发明具体解决，本发明提供一种夹层结构，包括第一表皮、第二表皮、第一铰链部件和第二铰链部件。该第一铰链部件可以可动地连接于该第一表皮和第一表皮接头。该第二铰链部件可以可动地连接于该第二表皮和第二表皮接头。该第一铰链部件和第二部件在位于该第一和第二表皮接头之间部件接头处可动地相互连接。

有利的是该第一和第二表皮接头分别限定第一和第二轴线；该部件接头限定部件轴线；并且该第一轴线、第二轴线和部件轴线基本上相互平行。

有利的是该第一和第二铰链部件每个具有近端和远端；该近端在对应的第一和第二表皮接头处连接于第一和第二表皮的相应的一个；并且该远端是相互共用的并且形成位于第一和第二表皮接头之间的顶点，因此第一和第二铰链部件形成单一的铰接结构。

有利的是第一和第二铰链部件共同构成铰链组件；该夹层结构包括连接于第一和第二表皮的一对铰链组件；并且该一对铰链组件以背靠背排列的方式安装。

有利的是第一和第二铰链部件共同构成铰链组件；并且该铰链组件顺序地（in series）设置在夹层结构中。

有利的是，第一表皮接头、第二表皮接头和部件接头的至少其中之一构造成刚性接头和可动接头其中之一。

有利的是第一铰链部件和第二铰链部件的至少其中之一由形成三角形子组件的至少两个杆构成；每个杆具有近端和远端；每一个杆的近端在对应的第一和第二表皮接头处连接于第一和第二表皮的对应的一个；并且每一个杆的远端在部件接头处相互连接。

优选地第一和第二铰链部件的每一个包括三角形子组件；并且该三角形子组件连接在部件接头处并且形成金字塔形的组件。

有利的是第一和第二铰链部件的至少其中之一包括剪切板；并且该剪切板在第一和第二表皮接头的相应的一个处用刚性连接和铰接连至少其中之一连接于第一和第二表皮的至少其中之一。

有利的是第一和第二表皮的至少其中之一具有安装在其上的至少一个加强件；并且该加强件包括纵向加强件和横向加强件的至少其中之一。

有利的是夹层结构具有封闭的截面，该封闭的截面是圆形截面。

有利的是当第一表皮响应第一和第二表皮的差温加热相对于第二表皮运动时，铰链部件与第一表皮的偏移轨迹对齐。

有利的是还包括安装在夹层结构内并且构造成循环用于吸收夹层结构的热的冷却剂的温度控制系统。

有利的是夹层结构形成下述的至少其中之一：发动机排气喷嘴；热保护系统；以及箱和结构之间的连接件。

在另一个实施例中，公开一种包括夹层结构的发动机排气喷嘴，该夹层结构具有第一表皮、第二表皮、第一铰链部件和第二铰链部件。该第一铰链部件可以可动地连接于第一表皮和第一表皮接头。该第二铰链部件可以可动地连接于第二表皮和第二表皮接头。第一铰链部件和第二铰链部件在位于该第一和第二表皮接头之间的部件接头处可动地相互连接。