在涂料层中整合的减阻沟槽的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施方式通常涉及飞机的空气动力改进的表面几何图形的领域或者具 有流动界面（flowinterface)的表面，并且更特别地涉及形成在涂料层中的空气动力沟槽 (riblet)的制作方法和装置。
【背景技术】
[0002] 现代的飞机中增加的燃料效率是通过空气动力性能的改善和结构重量的减少来 实现的。如气动力面上的沟槽的微观结构的使用的新发展以显示出减少阻力以帮助减少燃 料用量的很大希望。沟槽具有各种形式，但是有利的实施方式可以是最小化飞机的表面的 阻力的沟槽状结构。
[0003] 在某些测试的应用中，沟槽是气动力面上沿着流体流动的方向延伸的间隔开的锥 形的或倒置V形状的沟槽。沟槽结构通常使用聚合材料，通常使用以贴花的形式的热塑性 材料以创建期望的拓扑。这些贴花利用粘合剂粘结至飞机涂漆。然而聚合物是相对软的， 并且利用指甲压力会百分百容易变形并且是不可恢复的。这样的结构在飞机或其他车辆 上的正常的服务使用中是不希望有的，因为他们增加了重量并且一旦暴露于溶剂有可能溶 解。将贴花粘结至车辆表面的粘合剂的强度同样会产生问题。飞机表面通常需要经受住与 包括由Solutia，Inc生产的SkydroKSV液压液的各种化学品的相互相用。
[0004] 因此用于商用飞机用途的沟槽的实用性通过沟槽结构显著提高，该沟槽结构容易 应用于气动力面、不增加重量、不容易对暴露于商用的空运环境而受损坏、并且当损坏时容 易修复或取代。
【发明内容】
[0005] 示例性实施方式提供具有印刷喷口（printjets)的排列的印刷头（printhead) 的沟槽形成系统。台架（gantry)支持印刷头并且在气动力面上定位并移动。计算机控制 系统被连接用于控制台架在气动力面上的预定路径，并且进一步连接至印刷头以控制印刷 喷口顺次应用来自印刷喷口的排列的印刷点沿着预定路径的形成沟槽轮廓。
[0006] 在另一个实施方式中，沟槽压印系统结合压印模具元件并且台架支持压印模具元 件在气动力面上定位并移动。计算机控制系统被连接至台架并且控制台架在气动力面上的 预定路径，并且进一步控制所述台架相对于气动力面垂直地将压印模具元件顺次压印到气 动力面上的可锻的涂料层中，以便沿着预定路径形成沟槽轮廓。
[0007] 在又一个实施方式中，沟槽结构系统采用适合于在气动力面上在利用安装至台 架的激光器在预定路径上移动的台架。控制系统被连接至台架以便在预定路径上移动 台架并且被连接至激光器以控制激光器在预先布置的涂料层中切割沟槽拓扑（riblet topology)〇
[0008] 在另一实施方式中，沟槽立体平版印刷术系统包括试剂应用器，将立体蚀刻术试 剂应用在气动力面上。活化器跟随气动力面上的预定路径上的试剂应用器并且活化试剂以 创建沟槽结构。喷嘴跟踪活化器并且冲洗非活化材料，将沟槽结构留在表面上的原位。
[0009] 本发明的实施方式可以包括沟槽形成系统，该沟槽可以包括：印刷头，具有印刷喷 口的排列；台架，支持印刷头并且适合于在气动力面上定位并移动；以及计算机控制系统， 连接用于控制台架在气动力面上的预定路径并且进一步连接至印刷头，控制印刷喷口顺次 应用来自印刷喷口的排列的印刷点沿着预定路径形成沟槽轮廓。印刷喷口的排列可以是二 维的并且所述计算机控制系统控制印刷喷口以便应用平行的沟槽。计算机控制系统可以控 制印刷喷口在沟槽中间应用涂漆以完成涂料层。
[0010] 本发明的实施方式可以包括沟槽压印系统，该压印系统可以包括：
[0011] 压印模具元件；台架，支持压印模具元件并且适合于在气动力面上定位并移动； 以及，计算机控制系统，连接至台架并且控制台架在气动力面上的预定路径并且进一步垂 直地控制所述台架相对于气动力面将压印模具元件顺次压印到气动力面上的可锻的涂料 层中，以便沿着预定路径形成沟槽轮廓。压印模具元件可以包括滚轴（roller)。沟槽压印模 具元件可以包括压力脚（pressurefoot)。沟槽压印系统同样可以包括：压力传感器，与压 印模具元件相关联并且连接至计算机控制系统，所述计算机控制系统响应压力传感器垂直 地控制台架。沟槽压印系统同样可以包括由台架携带的涂料涂布单元，所述压印模具元件 跟随涂漆单元并且顺次将压印模具元件压印在通过涂漆单元应用在气动力面上的可锻的 涂料层中。沟槽压印系统同样可以包括活化器，随着滚轴安装至台架，所述活化器硬化包括 沟槽的形成的涂料层。滚轴可以进一步包括在具有沟槽的轮廓的母版工具（mastertool) 上加工的丙烯酸酯薄膜，所述薄膜从母版工具剥离并应用于滚轴芯。压力脚也可以包括在 具有沟槽的轮廓的母版工具上加工的丙烯酸酯薄膜，所述薄膜从母版工具剥离并应用于压 力脚。
[0012] 本发明的实施方式可以包括沟槽结构系统，该结构系统可以包括：台架，适合于在 预定路径上在气动力面上移动；激光器，安装至台架；控制系统，连接至台架，所述台架响 应控制系统在预定路径上移动，所述控制系统进一步连接至激光器，所述激光器响应控制 系统在预先布置的涂料层中切割沟槽拓扑。
[0013] 本发明的实施方式可以包括沟槽立体平版印刷术系统，该系统可以包括：试剂应 用器，将立体平版印刷试剂应用在气动力面上；活化器，跟踪气动力面上预定路径上的试剂 应用器，所述活化器活化试剂以创建沟槽结构；以及，喷嘴，跟踪活化器并且冲洗非活化材 料，将沟槽结构留在表面上的原位。如权利要求13中限定的沟槽结构系统进一步包括在相 对于气动力面的预定路径上可控制的台架，所述试剂应用器、活化器、和喷嘴安装至台架成 一列纵队顺序。活化器可以是激光器。
[0014] 本发明的实施方式可以包括在气动力面上形成沟槽的方法，该方法可以包括：将 涂料层应用至气动力面；在涂料层干燥之前定位具有沟槽阵列的凹版轮廓的模具的压印模 具元件；利用充足的压力将压印模具元件降低至与涂料层接触以便将沟槽排压印在涂料层 中；在预定路径上在涂料层上顺次转移压印模具元件以创建沟槽阵列。该方法还可以包括 测量压印模具元件上的压力以保持预定压力。定位压印模具元件可以包括定位滚轴并且顺 次转移包括在预定路径上将滚轴转动通过涂料层以创建沟槽阵列。定位压印模具元件可 以包括定位压力脚并且顺次转移可以包括升高并移动压力脚以在预定路径上的连续位置 并且在每个位置处降低以创建沟槽阵列。该方法还可以包括：配备具有沟槽阵列的母版工 具；将丙烯酸酯薄膜应用至母版工具制造凹版模具；从母版工具剥离丙烯酸酯薄膜；以及， 将丙烯酸酯薄膜应用至压印模具元件。
[0015] 实施方式提供在气动力面上创建沟槽的方法，其中涂料层被应用于气动力面。具 有沟槽阵列的凹版轮廓模具的压印模具元件在涂料层干燥之前被定位并且利用充足的压 力降低到与涂料层相接触以便将沟槽阵列压印在涂料层中。压印模具元件在预定路径上在 涂料层上顺次转移以便创建沟槽阵列。
【附图说明】
[0016] 本文中公开的实施方式的特征和优势当与附图相联系地考虑时通过参考以下详 细说明将获得更好得理解：
[0017] 图1是示出在流动方向上延伸的示例性沟槽的诸如机翼或机身蒙皮的气动力面 的部分的等距视图；
[0018] 图2A是描述本文中的实施方式的涂料层中的沟槽的排列的截面图；
[0019] 图2B是其中沟槽由平面的长度分开的沟槽的一般情况的截面图；
[0020] 图2C是如本文中的实施方式描述的利用气动力面上的涂漆建立的沟槽的排列的 截面图；
[0021] 图3是图2A的沟槽阵列的顶视图；
[0022] 图4A是利用辅助特征的图2B的沟槽的排列的顶视图；
[0023] 图4B是具有预定的调整图案的沟槽的排列的顶视图；
[0024] 图5是将沟槽应用至气动力面的涂漆印刷头的框图；
[0025] 图6A是在可锻的涂料层中建立沟槽的压印滚轴系统的框图；
[0026]