[发明专利]刚性带尖端拉条

说明书

本申请是国际申请日为2010年1月28日、于2011年7月6日进入国家阶段、名称为“刚性带尖端拉条”的中国专利申请201080004091.6的分案申请。

技术领域

本公开的实施例主要涉及这样的领域，即用于提高飞机空气动力学性能的表面形状或者具有流动界面(flow interface)的表面的领域，并且更特别地，涉及具有增强的损伤抵抗力(damage resistance)的刚性拉条(riblet)的实施例和制作方法。

背景技术

在现代飞机中，通过提高空气动力学性能和降低结构重量来实现燃料效率的增加。使用微观结构的新发展已在降低阻力从而帮助降低燃油的使用中表现出重大希望，该微观结构如在空气动力学表面上的拉条。拉条具有各种形式，但是有利实施例可为脊状结构，其最小化飞机表面上的阻力。拉条可在飞机表面上的多个可出现湍流区域的区域中使用。拉条可限制边界层中引起接近表面的这些湍流区域中的大规模旋涡破裂的循环，从而降低阻力。

在某些测试应用中，拉条为金字塔形或倒V字形形状的脊状体，其在空气动力学表面间隔开，从而在流体流动的方向上沿该表面延伸。拉条结构通常使用聚合材料，通常为热塑性塑料。然而，在实际使用中，例如在飞机的空气动力学表面上，聚合体相对柔软，并且因而降低该表面的耐久力。在手指压力下，具有聚合尖端的现有解决方案可轻易变形百分之几百，并且不可恢复。在飞机或其他交通工具的正常使用中这种结构是不理想的。另外，通常要求飞机表面抵抗与各种化学制品的反应，所述化学制品包括——Solutia公司生产的液压流体/液压油。在某些应用中，可使用抵抗尖端处产生的严重变形或从其恢复的弹性体来形成该拉条。然而，很多弹性体和其他聚合体不相容于或其他航空流体/液压油或溶剂。

因此，用于商用飞机的拉条实用性将通过这样一种拉条结构来显著提高，即其提供了增强的耐久力和航空流体兼容性。

发明内容

例示性实施例提供一种具有第一层和第二层的多层构造，其中第一层具有拉条且由一种材料组成，第一层材料呈现了具有长期耐久力的第一特性，第二层由呈现了具有用于粘结于表面的能力的第二特性的材料组成。在例示性实施例中使用多层构造，其中该拉条在交通工具上实施，由于第一层的刚性，该拉条具有长期耐久力。

在不同的实施例中，空气动力学拉条阵列的多层构造通过多个刚性尖端产生，且其具有支撑处于预定间隔关系的刚性尖端并将刚性尖端粘结到交通工具表面的层。在例示性实施例中，刚性尖端由从以下材料组成的组中选择的材料形成，即镍、铬、金属合金、玻璃、陶瓷、碳化硅和氮化硅。另外，支撑层可与尖端连续铸造作为表面层。可替换地，聚合体支撑层沉积在表面层上、与该尖端相反。沉积在聚合体支撑层上的粘合剂层形成多层嵌花，并且提供将该嵌花粘结到交通工具表面的能力。

在另一个例示性实施例中，支撑层是接合该尖端的弹性体层，并且在该弹性体层和粘合剂层之间提供金属箔和聚合体层。金属箔、聚合体层和粘合剂层可作为预制嵌花被提供。对于使用弹性体层的例示性实施例，每个尖端都包含一个基底，并且每个基底都被嵌入弹性体层中。

为了某些应用中的更大灵活性，每个尖端都纵向分段。

可通过具有多个刚性尖端的空气动力学拉条阵列来产生飞机结构，该尖端由以下材料形成并在预定位置纵向分段，该材料从以下材料组成的组中选择，即镍、铬、金属合金、玻璃、陶瓷、碳化硅和氮化硅。弹性体层接合从刚性尖端延伸的基底，而聚合体支撑层沉积在弹性体层上、与尖端相反。粘合剂层沉积在聚合体支撑层上，从而形成多层嵌花。粘合剂层粘结到飞机的表面。

公开的实施例通过一种例示性方法制作，即形成具有对应于期望拉条阵列的突出的主工具，并由该主工具形成补充工具。然后，使用电铸成形、铸造或其他合适的沉积技术将多个刚性尖端铸进主工具中。然后，铸造的尖端被从补充工具移除，并且被粘结到空气动力学表面。

在本方法的例示性方面，向补充工具施加抵抗剂，用于分离刚性尖端并在铸造刚性尖端后将其移除。然后铸造接合刚性尖端的弹性体层，并且多层嵌花被施加在弹性体层上，从而形成拉条阵列嵌花。

在本方法的例示性实施例中，多层嵌花包含金属箔、聚合体支撑层和粘合剂层。为了处理可以使用覆盖粘合剂层的粘合剂衬里(liner)和覆盖拉条的蒙版(masking)。然后，可通过以下步骤将拉条阵列粘结到空气动力学表面，即通过移除粘合剂衬里，并且将拉条阵列嵌花施加在空气动力学表面，并且移除蒙版。