用于吸力型层流控制的穿孔表面的制作方法
【专利说明】用于吸力型层流控制的穿孔表面
[oow] 发明背景 1.技术领域
[0002] 本公开大体上设及穿孔流主体表面（可遍及所述穿孔流主体表面出现吸力W便 维持主体表面上流体的层流）和用于形成此类穿孔表面的方法。
[0003] 2.背景信息
[0004] 数十年来，实现飞机气动表面上面的层流一直是个目标，因为一般来说与气动表 面上面的素流相比气动表面上面的层流导致阻力减小。两种策略包含自然层流和主动层流 控制。 阳0化]自然层流（NL巧是通过W-种方式使气动表面成形使得层流自然地出现而产生 的，并且在所有或针对性的飞行条件期间得W沿气动表面的范围而维持。NLF是合意的，因 为其不需要任何额外硬件或控制件。但是，使某些气动表面成形W实现NLF是不切实际的。
[0006] 主动层流控制（ALFC)设及修改气动表面上面的气流使得通过防止跳变到素流而 在所述表面的范围内维持出现在前缘上面的层流。为实现ALFC所做的对气流的修改可W 采用不同形式，其中一种形式设及沿流面的范围从边界层不断地移除低能量空气W防止边 界增厚并最终跳变到素流。已提议经由使用沿流面及跨流面大体上均匀地分布的许多密集 小孔来实现此，所述流面具有吸力W将空气从边界层大体上连续地拉到所述孔中。
[0007] 虽然数十年来已提议经由用吸力将边界层移除来实现ALFC，但其因若干问题所致 在商业上还没有实施。一个问题是在气流表面上形成许多极小、密集和紧密分布的孔的成 本。在其它因素之中，本公开解决如何在可重复、可控制的制造过程中就材料类型和常用于 飞机气动表面的结构来经济地形成运些孔的问题。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种用于促进层流的装置。运个装置包含在内表面 与外气流表面之间延伸的面板。所述面板包含多个宏孔和多个微孔。所述宏孔中的第一者 从内表面延伸到面板中。所述微孔中的第一者从外气流表面延伸到面板中并与所述宏孔中 的第一者流体地禪接。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供一种用于制造用于促进层流的装置的方法。所述方 法包含将多个宏孔和多个微孔形成到面板中的步骤。所述面板在内表面与外表面之间延 伸。所述宏孔中的第一者从内表面延伸到面板中。所述微孔中的第一者从外表面延伸到面 板中，并与所述宏孔中的第一者流体地禪接。
[0010] 一组微孔可从外（例如，气流）表面延伸到面板中并且可与所述宏孔中的第一者 流体地禪接。运组微孔可包含所述微孔中的第一者。
[0011] 所述宏孔中的第一者可具有比所述微孔中的第一者的宽度大至少十倍的宽度。
[0012] 所述宏孔中的第一者可将所述微孔中的第一者与装置所包含的管道流体地禪接。
[0013] 可包含真空源，且所述真空源可被配置成经由所述微孔中的第一者和所述宏孔中 的第一者连续地吸取邻近于外（例如，气流）表面的边界层流体。
[0014] 面板可包含复合材料和/或金属，或可W其它方式由复合材料和/或金属配置而 成。
[0015] 面板可包含附接到第二层的第一层。所述宏孔中的第一者可延伸穿过第一层。所 述微孔中的第一者可延伸穿过第二层。
[0016] 第一层可配置为或可W其它方式包含多层层压板。
[0017] 第二层可配置为或可W其它方式包含具有树脂基质的纤维性材料、表面膜和/或 雷击防护件。
[0018] 面板可配置为满轮发动机推进系统面板。
[0019] 面板可配置为机舱外筒面板。
[0020] 面板可配置为飞机面板。
[0021] 所述形成步骤可包含使用激光来形成所述宏孔中的第一者或所述微孔中的第一 者中的至少一者。
[0022] 所述激光可被配置成对微孔进行冲击式激光钻孔和/或对宏孔进行开孔式激光 钻孔。
[0023] 宏孔可形成于第一材料层中。微孔可形成于第二材料层中。第二材料层也可结合 在第一材料层上面。
[0024] 本发明的前述特征和操作将根据W下描述和附图变得更加显而易见。
【附图说明】
[00巧]图1是主动层流控制系统的示意性说明，所述主动层流控制系统利用具有根据本 发明所形成的穿孔的气流表面。
[00%] 图2是图1中所说明的面板的一部分的剖面示意性说明。 阳027] 图3是图2的面板的低压表面的内部视图。
[002引图4是图1中所说明的面板的一部分的更详细剖面示意性说明，其示出复合层合 板的细节。
[0029] 图5是飞机的透视说明。
[0030] 图6是图5的飞机的满轮发动机推进系统的剖面示意性说明。
[0031] 图7是针对图6推进系统的机舱的一部分的示意性说明。
【具体实施方式】
[0032] 图1是主动层流控制系统10的示意性说明，所述系统10用于促进在气流主体14 上面流体12的层流，所述气流主体14具有根据本发明形成于其中的穿孔。系统10可通过 减小边界层厚度或减小流体流12对抗主体14的边界层增厚来促进此类层流。减小边界层 厚度可防止或延迟在气流主体14上面形成素流并由此减少表面流阻。
[0033] 为了易于描述，下文将流体流12描述为气流且将主体14描述为飞机的部件。但 是，本公开并不限于任何特定类型的流体或主体配置。举例来说，流体流12可为任何类型 的液态流体流、任何类型的气态流体流或其组合。主体14可为与流体流相互作用和/或经 由流体流移动的任何流体动态主体。
[0034] 图1的系统10包含主体14和子系统16,所述子系统16用于提供在主体14的至 少一部分上的压差。参考图2和图3,主体14包含流体动态面板18。术语"面板"可用来 描述薄片状结构，所述薄片状结构具有大体上明显大于其厚度20 (例如，Z轴）的横向阔度 (例如，X轴和/或y轴）。此类面板可大体上如图1中所说明是平坦的，或如图7中所说 明成波状外形。
[0035] 面板18沿其厚度20(例如，Z轴）在内部第一表面22与外部第二表面24(例如， 外部气流表面）之间延伸。面板18配置有多个微孔26和多个宏孔28。术语"微"可描述 具有相对较小宽度（例如，直径）的孔（例如，穿孔）。术语"宏"可描述具有相对较大宽 度（例如，直径）的孔（例如，穿孔）。每个宏孔的横向宽度30 (例如）可比微孔26的横 向宽度32大大约十（10)倍或更多。更具体来说，宏孔宽度30可为大约0. 040英寸（~ 1. 016mm)，且微孔宽度32可为大约0. 002英寸（~0. 051mm)。但是，面板18的微孔26和 宏孔28并不限于前述示例性尺寸。
[0036] 每个微孔26从第二表面24延伸到面板18中。每个宏孔28从第一表面22延伸 到面板18中。每个宏孔28与一或多个（例如，一组）微孔26相关联并与之流体地禪接。 每组微孔26 (例如）可与相应的一个宏孔28横向地对准并从第二表面24延伸到面板18 中。
[0037] 再次参考图1，压差子系统10可包含流道34和真空或较低压力源36 (例如，累）。 流道34可包含连接到主体14或被包含作为主体14的一部分的至少一个管道38。运个管 道38被配置成将孔26和28流体地禪接到真空源36。在操作中，真空源36在面板14上经 由孔26和28产生压差。当然，可使用各种其它手段来提供第一表面22与第二表面24之 间的压差。流道34可在飞机上的某处（例如，在后缘处）连接到较低气流区域，W便提供 较低压力源并产生压差。就运个配置来说，在真空源36操作期间，边界层流体的至少一部 分可朝真空源36而被连续地吸取穿过微孔26、随后穿过宏孔28并进入到管道38中。通过 吸取边界层流体，系统10可有效地减小边界层厚度或边界层增厚并由此有效地维持面板 18上的层流。
[003引示例性、非限制性面板构造：面板18可由各种材料建构而成，包含但不限于复合 材料和/或金属。举例来说，参考图4,面板18可包含结合到或W其它方式附接到第二层 42 (或面板部分）的第一层40 (或面板部分）。
[0039] 第一层40可为树脂基质内的编织和/或非编织纤维性材料的多层层压板。纤维性 材料的示例包含但不限于：纤维玻璃、碳纤维、凯芙拉化evlar)或其某种组合，其可由本领 域的普通技术人员选择W适合应用。树脂基质可为任何合适的热固性或热塑性粘合剂（例 如，作为两个非限制性示例，环氧树脂或聚酷亚胺树脂）。第一层40还可或替代地可由非 纤维性材料建构而成，例如但不限于丙締腊下二締苯乙締（AB巧塑料、聚酸酷亚胺（例如， Ultem饭）和/或尼龙。其它非限制性第一层40材料包含金属和其它复合或工程材料。
[0040] 第一层40可从第一表面22延伸到（或朝向）第二层42。可使用激光来形成一或 多个或每个宏孔28。运个激光可利用开孔过程来形成每个宏孔28。当然，也可使用一或多 个其它过程（例如，机械钻孔或打孔）来形成宏孔28。
[0041] 在一些实施例中，可在将第二层42附接到第一层40之前在第一层40中形成宏孔 28。在其它实施例中，可在将第二层42附接到第一层40的同时或之后在第一层40中形成 宏孔28。
[0042] 第二层42可包含粘性子层44、树脂基质内的编织和/或非编织纤维性材料的至少 一个子层46和表面膜48。第二层42也可包含雷击防护件50 (例如，铜或其它金属网），所 述雷击防护件50可随表面膜48 -同安置（例如，囊封在表面膜48内或延伸到表面膜48 中）或提供作为独立的子层。
[0043] 通过在与第一表面22相反的一侧上将任何合适的热固性或热塑性粘合剂（例如， 环氧树脂）喷洒或W其它方式涂覆到第一层40上，可建构粘性子层44。接下来，可使纤维 性材料浸有树脂基质并将纤维性材料安置于粘性子层44上W提供子层46。接下来，可将雷 击防护件50安置于子层46上，并且同时或随后（或之前），可将表面膜48喷洒或W其它方 式涂覆到雷击防护件50和子层46。替代地