在涂料層中整合的減阻溝槽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的實施方式通常涉及飛機的空氣動力改進的表面幾何圖形的領(lǐng)域或者具 有流動界面（flowinterface)的表面，并且更特別地涉及形成在涂料層中的空氣動力溝槽 (riblet)的制作方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代的飛機中增加的燃料效率是通過空氣動力性能的改善和結(jié)構(gòu)重量的減少來 實現(xiàn)的。如氣動力面上的溝槽的微觀結(jié)構(gòu)的使用的新發(fā)展以顯示出減少阻力以幫助減少燃 料用量的很大希望。溝槽具有各種形式，但是有利的實施方式可以是最小化飛機的表面的 阻力的溝槽狀結(jié)構(gòu)。
[0003] 在某些測試的應(yīng)用中，溝槽是氣動力面上沿著流體流動的方向延伸的間隔開的錐 形的或倒置V形狀的溝槽。溝槽結(jié)構(gòu)通常使用聚合材料，通常使用以貼花的形式的熱塑性 材料以創(chuàng)建期望的拓撲。這些貼花利用粘合劑粘結(jié)至飛機涂漆。然而聚合物是相對軟的， 并且利用指甲壓力會百分百容易變形并且是不可恢復(fù)的。這樣的結(jié)構(gòu)在飛機或其他車輛 上的正常的服務(wù)使用中是不希望有的，因為他們增加了重量并且一旦暴露于溶劑有可能溶 解。將貼花粘結(jié)至車輛表面的粘合劑的強度同樣會產(chǎn)生問題。飛機表面通常需要經(jīng)受住與 包括由Solutia，Inc生產(chǎn)的SkydroKSV液壓液的各種化學(xué)品的相互相用。
[0004] 因此用于商用飛機用途的溝槽的實用性通過溝槽結(jié)構(gòu)顯著提高，該溝槽結(jié)構(gòu)容易 應(yīng)用于氣動力面、不增加重量、不容易對暴露于商用的空運環(huán)境而受損壞、并且當(dāng)損壞時容 易修復(fù)或取代。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 示例性實施方式提供具有印刷噴口（printjets)的排列的印刷頭（printhead) 的溝槽形成系統(tǒng)。臺架（gantry)支持印刷頭并且在氣動力面上定位并移動。計算機控制 系統(tǒng)被連接用于控制臺架在氣動力面上的預(yù)定路徑，并且進一步連接至印刷頭以控制印刷 噴口順次應(yīng)用來自印刷噴口的排列的印刷點沿著預(yù)定路徑的形成溝槽輪廓。
[0006] 在另一個實施方式中，溝槽壓印系統(tǒng)結(jié)合壓印模具元件并且臺架支持壓印模具元 件在氣動力面上定位并移動。計算機控制系統(tǒng)被連接至臺架并且控制臺架在氣動力面上的 預(yù)定路徑，并且進一步控制所述臺架相對于氣動力面垂直地將壓印模具元件順次壓印到氣 動力面上的可鍛的涂料層中，以便沿著預(yù)定路徑形成溝槽輪廓。
[0007] 在又一個實施方式中，溝槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用適合于在氣動力面上在利用安裝至臺 架的激光器在預(yù)定路徑上移動的臺架?？刂葡到y(tǒng)被連接至臺架以便在預(yù)定路徑上移動 臺架并且被連接至激光器以控制激光器在預(yù)先布置的涂料層中切割溝槽拓撲（riblet topology)〇
[0008] 在另一實施方式中，溝槽立體平版印刷術(shù)系統(tǒng)包括試劑應(yīng)用器，將立體蝕刻術(shù)試 劑應(yīng)用在氣動力面上?；罨鞲S氣動力面上的預(yù)定路徑上的試劑應(yīng)用器并且活化試劑以 創(chuàng)建溝槽結(jié)構(gòu)。噴嘴跟蹤活化器并且沖洗非活化材料，將溝槽結(jié)構(gòu)留在表面上的原位。
[0009] 本發(fā)明的實施方式可以包括溝槽形成系統(tǒng)，該溝槽可以包括：印刷頭，具有印刷噴 口的排列；臺架，支持印刷頭并且適合于在氣動力面上定位并移動；以及計算機控制系統(tǒng)， 連接用于控制臺架在氣動力面上的預(yù)定路徑并且進一步連接至印刷頭，控制印刷噴口順次 應(yīng)用來自印刷噴口的排列的印刷點沿著預(yù)定路徑形成溝槽輪廓。印刷噴口的排列可以是二 維的并且所述計算機控制系統(tǒng)控制印刷噴口以便應(yīng)用平行的溝槽。計算機控制系統(tǒng)可以控 制印刷噴口在溝槽中間應(yīng)用涂漆以完成涂料層。
[0010] 本發(fā)明的實施方式可以包括溝槽壓印系統(tǒng)，該壓印系統(tǒng)可以包括：
[0011] 壓印模具元件；臺架，支持壓印模具元件并且適合于在氣動力面上定位并移動； 以及，計算機控制系統(tǒng)，連接至臺架并且控制臺架在氣動力面上的預(yù)定路徑并且進一步垂 直地控制所述臺架相對于氣動力面將壓印模具元件順次壓印到氣動力面上的可鍛的涂料 層中，以便沿著預(yù)定路徑形成溝槽輪廓。壓印模具元件可以包括滾軸（roller)。溝槽壓印模 具元件可以包括壓力腳（pressurefoot)。溝槽壓印系統(tǒng)同樣可以包括：壓力傳感器，與壓 印模具元件相關(guān)聯(lián)并且連接至計算機控制系統(tǒng)，所述計算機控制系統(tǒng)響應(yīng)壓力傳感器垂直 地控制臺架。溝槽壓印系統(tǒng)同樣可以包括由臺架攜帶的涂料涂布單元，所述壓印模具元件 跟隨涂漆單元并且順次將壓印模具元件壓印在通過涂漆單元應(yīng)用在氣動力面上的可鍛的 涂料層中。溝槽壓印系統(tǒng)同樣可以包括活化器，隨著滾軸安裝至臺架，所述活化器硬化包括 溝槽的形成的涂料層。滾軸可以進一步包括在具有溝槽的輪廓的母版工具（mastertool) 上加工的丙烯酸酯薄膜，所述薄膜從母版工具剝離并應(yīng)用于滾軸芯。壓力腳也可以包括在 具有溝槽的輪廓的母版工具上加工的丙烯酸酯薄膜，所述薄膜從母版工具剝離并應(yīng)用于壓 力腳。
[0012] 本發(fā)明的實施方式可以包括溝槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以包括：臺架，適合于在 預(yù)定路徑上在氣動力面上移動；激光器，安裝至臺架；控制系統(tǒng)，連接至臺架，所述臺架響 應(yīng)控制系統(tǒng)在預(yù)定路徑上移動，所述控制系統(tǒng)進一步連接至激光器，所述激光器響應(yīng)控制 系統(tǒng)在預(yù)先布置的涂料層中切割溝槽拓撲。
[0013] 本發(fā)明的實施方式可以包括溝槽立體平版印刷術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括：試劑應(yīng) 用器，將立體平版印刷試劑應(yīng)用在氣動力面上；活化器，跟蹤氣動力面上預(yù)定路徑上的試劑 應(yīng)用器，所述活化器活化試劑以創(chuàng)建溝槽結(jié)構(gòu)；以及，噴嘴，跟蹤活化器并且沖洗非活化材 料，將溝槽結(jié)構(gòu)留在表面上的原位。如權(quán)利要求13中限定的溝槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進一步包括在相 對于氣動力面的預(yù)定路徑上可控制的臺架，所述試劑應(yīng)用器、活化器、和噴嘴安裝至臺架成 一列縱隊順序。活化器可以是激光器。
[0014] 本發(fā)明的實施方式可以包括在氣動力面上形成溝槽的方法，該方法可以包括：將 涂料層應(yīng)用至氣動力面；在涂料層干燥之前定位具有溝槽陣列的凹版輪廓的模具的壓印模 具元件；利用充足的壓力將壓印模具元件降低至與涂料層接觸以便將溝槽排壓印在涂料層 中；在預(yù)定路徑上在涂料層上順次轉(zhuǎn)移壓印模具元件以創(chuàng)建溝槽陣列。該方法還可以包括 測量壓印模具元件上的壓力以保持預(yù)定壓力。定位壓印模具元件可以包括定位滾軸并且順 次轉(zhuǎn)移包括在預(yù)定路徑上將滾軸轉(zhuǎn)動通過涂料層以創(chuàng)建溝槽陣列。定位壓印模具元件可 以包括定位壓力腳并且順次轉(zhuǎn)移可以包括升高并移動壓力腳以在預(yù)定路徑上的連續(xù)位置 并且在每個位置處降低以創(chuàng)建溝槽陣列。該方法還可以包括：配備具有溝槽陣列的母版工 具；將丙烯酸酯薄膜應(yīng)用至母版工具制造凹版模具；從母版工具剝離丙烯酸酯薄膜；以及， 將丙烯酸酯薄膜應(yīng)用至壓印模具元件。
[0015] 實施方式提供在氣動力面上創(chuàng)建溝槽的方法，其中涂料層被應(yīng)用于氣動力面。具 有溝槽陣列的凹版輪廓模具的壓印模具元件在涂料層干燥之前被定位并且利用充足的壓 力降低到與涂料層相接觸以便將溝槽陣列壓印在涂料層中。壓印模具元件在預(yù)定路徑上在 涂料層上順次轉(zhuǎn)移以便創(chuàng)建溝槽陣列。
【附圖說明】
[0016] 本文中公開的實施方式的特征和優(yōu)勢當(dāng)與附圖相聯(lián)系地考慮時通過參考以下詳 細說明將獲得更好得理解：
[0017] 圖1是示出在流動方向上延伸的示例性溝槽的諸如機翼或機身蒙皮的氣動力面 的部分的等距視圖；
[0018] 圖2A是描述本文中的實施方式的涂料層中的溝槽的排列的截面圖；
[0019] 圖2B是其中溝槽由平面的長度分開的溝槽的一般情況的截面圖；
[0020] 圖2C是如本文中的實施方式描述的利用氣動力面上的涂漆建立的溝槽的排列的 截面圖；
[0021] 圖3是圖2A的溝槽陣列的頂視圖；
[0022] 圖4A是利用輔助特征的圖2B的溝槽的排列的頂視圖；
[0023] 圖4B是具有預(yù)定的調(diào)整圖案的溝槽的排列的頂視圖；
[0024] 圖5是將溝槽應(yīng)用至氣動力面的涂漆印刷頭的框圖；
[0025] 圖6A是在可鍛的涂料層中建立溝槽的壓印滾軸系統(tǒng)的框圖；
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