用于吸力型層流控制的穿孔表面的制作方法
【專利說(shuō)明】用于吸力型層流控制的穿孔表面
[oow] 發(fā)明背景 1.技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開(kāi)大體上設(shè)及穿孔流主體表面（可遍及所述穿孔流主體表面出現(xiàn)吸力W便 維持主體表面上流體的層流）和用于形成此類穿孔表面的方法。
[0003] 2.背景信息
[0004] 數(shù)十年來(lái)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)氣動(dòng)表面上面的層流一直是個(gè)目標(biāo)，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)與氣動(dòng)表 面上面的素流相比氣動(dòng)表面上面的層流導(dǎo)致阻力減小。兩種策略包含自然層流和主動(dòng)層流 控制。 陽(yáng)0化]自然層流（NL巧是通過(guò)W-種方式使氣動(dòng)表面成形使得層流自然地出現(xiàn)而產(chǎn)生 的，并且在所有或針對(duì)性的飛行條件期間得W沿氣動(dòng)表面的范圍而維持。NLF是合意的，因 為其不需要任何額外硬件或控制件。但是，使某些氣動(dòng)表面成形W實(shí)現(xiàn)NLF是不切實(shí)際的。
[0006] 主動(dòng)層流控制（ALFC)設(shè)及修改氣動(dòng)表面上面的氣流使得通過(guò)防止跳變到素流而 在所述表面的范圍內(nèi)維持出現(xiàn)在前緣上面的層流。為實(shí)現(xiàn)ALFC所做的對(duì)氣流的修改可W 采用不同形式，其中一種形式設(shè)及沿流面的范圍從邊界層不斷地移除低能量空氣W防止邊 界增厚并最終跳變到素流。已提議經(jīng)由使用沿流面及跨流面大體上均勻地分布的許多密集 小孔來(lái)實(shí)現(xiàn)此，所述流面具有吸力W將空氣從邊界層大體上連續(xù)地拉到所述孔中。
[0007] 雖然數(shù)十年來(lái)已提議經(jīng)由用吸力將邊界層移除來(lái)實(shí)現(xiàn)ALFC，但其因若干問(wèn)題所致 在商業(yè)上還沒(méi)有實(shí)施。一個(gè)問(wèn)題是在氣流表面上形成許多極小、密集和緊密分布的孔的成 本。在其它因素之中，本公開(kāi)解決如何在可重復(fù)、可控制的制造過(guò)程中就材料類型和常用于 飛機(jī)氣動(dòng)表面的結(jié)構(gòu)來(lái)經(jīng)濟(jì)地形成運(yùn)些孔的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于促進(jìn)層流的裝置。運(yùn)個(gè)裝置包含在內(nèi)表面 與外氣流表面之間延伸的面板。所述面板包含多個(gè)宏孔和多個(gè)微孔。所述宏孔中的第一者 從內(nèi)表面延伸到面板中。所述微孔中的第一者從外氣流表面延伸到面板中并與所述宏孔中 的第一者流體地禪接。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造用于促進(jìn)層流的裝置的方法。所述方 法包含將多個(gè)宏孔和多個(gè)微孔形成到面板中的步驟。所述面板在內(nèi)表面與外表面之間延 伸。所述宏孔中的第一者從內(nèi)表面延伸到面板中。所述微孔中的第一者從外表面延伸到面 板中，并與所述宏孔中的第一者流體地禪接。
[0010] 一組微孔可從外（例如，氣流）表面延伸到面板中并且可與所述宏孔中的第一者 流體地禪接。運(yùn)組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寬度大至少十倍的寬度。
[0012] 所述宏孔中的第一者可將所述微孔中的第一者與裝置所包含的管道流體地禪接。
[0013] 可包含真空源，且所述真空源可被配置成經(jīng)由所述微孔中的第一者和所述宏孔中 的第一者連續(xù)地吸取鄰近于外（例如，氣流）表面的邊界層流體。
[0014] 面板可包含復(fù)合材料和/或金屬，或可W其它方式由復(fù)合材料和/或金屬配置而 成。
[0015] 面板可包含附接到第二層的第一層。所述宏孔中的第一者可延伸穿過(guò)第一層。所 述微孔中的第一者可延伸穿過(guò)第二層。
[0016] 第一層可配置為或可W其它方式包含多層層壓板。
[0017] 第二層可配置為或可W其它方式包含具有樹脂基質(zhì)的纖維性材料、表面膜和/或 雷擊防護(hù)件。
[0018] 面板可配置為滿輪發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)面板。
[0019] 面板可配置為機(jī)艙外筒面板。
[0020] 面板可配置為飛機(jī)面板。
[0021] 所述形成步驟可包含使用激光來(lái)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對(duì)微孔進(jìn)行沖擊式激光鉆孔和/或?qū)昕走M(jìn)行開(kāi)孔式激光 鉆孔。
[0023] 宏孔可形成于第一材料層中。微孔可形成于第二材料層中。第二材料層也可結(jié)合 在第一材料層上面。
[0024] 本發(fā)明的前述特征和操作將根據(jù)W下描述和附圖變得更加顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[00巧]圖1是主動(dòng)層流控制系統(tǒng)的示意性說(shuō)明，所述主動(dòng)層流控制系統(tǒng)利用具有根據(jù)本 發(fā)明所形成的穿孔的氣流表面。
[00%] 圖2是圖1中所說(shuō)明的面板的一部分的剖面示意性說(shuō)明。 陽(yáng)027] 圖3是圖2的面板的低壓表面的內(nèi)部視圖。
[002引圖4是圖1中所說(shuō)明的面板的一部分的更詳細(xì)剖面示意性說(shuō)明，其示出復(fù)合層合 板的細(xì)節(jié)。
[0029] 圖5是飛機(jī)的透視說(shuō)明。
[0030] 圖6是圖5的飛機(jī)的滿輪發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的剖面示意性說(shuō)明。
[0031] 圖7是針對(duì)圖6推進(jìn)系統(tǒng)的機(jī)艙的一部分的示意性說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 圖1是主動(dòng)層流控制系統(tǒng)10的示意性說(shuō)明，所述系統(tǒng)10用于促進(jìn)在氣流主體14 上面流體12的層流，所述氣流主體14具有根據(jù)本發(fā)明形成于其中的穿孔。系統(tǒng)10可通過(guò) 減小邊界層厚度或減小流體流12對(duì)抗主體14的邊界層增厚來(lái)促進(jìn)此類層流。減小邊界層 厚度可防止或延遲在氣流主體14上面形成素流并由此減少表面流阻。
[0033] 為了易于描述，下文將流體流12描述為氣流且將主體14描述為飛機(jī)的部件。但 是，本公開(kāi)并不限于任何特定類型的流體或主體配置。舉例來(lái)說(shuō)，流體流12可為任何類型 的液態(tài)流體流、任何類型的氣態(tài)流體流或其組合。主體14可為與流體流相互作用和/或經(jīng) 由流體流移動(dòng)的任何流體動(dòng)態(tài)主體。
[0034] 圖1的系統(tǒng)10包含主體14和子系統(tǒng)16,所述子系統(tǒng)16用于提供在主體14的至 少一部分上的壓差。參考圖2和圖3,主體14包含流體動(dòng)態(tài)面板18。術(shù)語(yǔ)"面板"可用來(lái) 描述薄片狀結(jié)構(gòu)，所述薄片狀結(jié)構(gòu)具有大體上明顯大于其厚度20 (例如，Z軸）的橫向闊度 (例如，X軸和/或y軸）。此類面板可大體上如圖1中所說(shuō)明是平坦的，或如圖7中所說(shuō) 明成波狀外形。
[0035] 面板18沿其厚度20(例如，Z軸）在內(nèi)部第一表面22與外部第二表面24(例如， 外部氣流表面）之間延伸。面板18配置有多個(gè)微孔26和多個(gè)宏孔28。術(shù)語(yǔ)"微"可描述 具有相對(duì)較小寬度（例如，直徑）的孔（例如，穿孔）。術(shù)語(yǔ)"宏"可描述具有相對(duì)較大寬 度（例如，直徑）的孔（例如，穿孔）。每個(gè)宏孔的橫向?qū)挾?0 (例如）可比微孔26的橫 向?qū)挾?2大大約十（10)倍或更多。更具體來(lái)說(shuō)，宏孔寬度30可為大約0. 040英寸（~ 1. 016mm)，且微孔寬度32可為大約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] 每個(gè)微孔26從第二表面24延伸到面板18中。每個(gè)宏孔28從第一表面22延伸 到面板18中。每個(gè)宏孔28與一或多個(gè)（例如，一組）微孔26相關(guān)聯(lián)并與之流體地禪接。 每組微孔26 (例如）可與相應(yīng)的一個(gè)宏孔28橫向地對(duì)準(zhǔn)并從第二表面24延伸到面板18 中。
[0037] 再次參考圖1，壓差子系統(tǒng)10可包含流道34和真空或較低壓力源36 (例如，累）。 流道34可包含連接到主體14或被包含作為主體14的一部分的至少一個(gè)管道38。運(yùn)個(gè)管 道38被配置成將孔26和28流體地禪接到真空源36。在操作中，真空源36在面板14上經(jīng) 由孔26和28產(chǎn)生壓差。當(dāng)然，可使用各種其它手段來(lái)提供第一表面22與第二表面24之 間的壓差。流道34可在飛機(jī)上的某處（例如，在后緣處）連接到較低氣流區(qū)域，W便提供 較低壓力源并產(chǎn)生壓差。就運(yùn)個(gè)配置來(lái)說(shuō)，在真空源36操作期間，邊界層流體的至少一部 分可朝真空源36而被連續(xù)地吸取穿過(guò)微孔26、隨后穿過(guò)宏孔28并進(jìn)入到管道38中。通過(guò) 吸取邊界層流體，系統(tǒng)10可有效地減小邊界層厚度或邊界層增厚并由此有效地維持面板 18上的層流。
[003引示例性、非限制性面板構(gòu)造：面板18可由各種材料建構(gòu)而成，包含但不限于復(fù)合 材料和/或金屬。舉例來(lái)說(shuō)，參考圖4,面板18可包含結(jié)合到或W其它方式附接到第二層 42 (或面板部分）的第一層40 (或面板部分）。
[0039] 第一層40可為樹脂基質(zhì)內(nèi)的編織和/或非編織纖維性材料的多層層壓板。纖維性 材料的示例包含但不限于：纖維玻璃、碳纖維、凱芙拉化evlar)或其某種組合，其可由本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員選擇W適合應(yīng)用。樹脂基質(zhì)可為任何合適的熱固性或熱塑性粘合劑（例 如，作為兩個(gè)非限制性示例，環(huán)氧樹脂或聚酷亞胺樹脂）。第一層40還可或替代地可由非 纖維性材料建構(gòu)而成，例如但不限于丙締臘下二締苯乙締（AB巧塑料、聚酸酷亞胺（例如， Ultem飯）和/或尼龍。其它非限制性第一層40材料包含金屬和其它復(fù)合或工程材料。
[0040] 第一層40可從第一表面22延伸到（或朝向）第二層42?？墒褂眉す鈦?lái)形成一或 多個(gè)或每個(gè)宏孔28。運(yùn)個(gè)激光可利用開(kāi)孔過(guò)程來(lái)形成每個(gè)宏孔28。當(dāng)然，也可使用一或多 個(gè)其它過(guò)程（例如，機(jī)械鉆孔或打孔）來(lái)形成宏孔28。
[0041] 在一些實(shí)施例中，可在將第二層42附接到第一層40之前在第一層40中形成宏孔 28。在其它實(shí)施例中，可在將第二層42附接到第一層40的同時(shí)或之后在第一層40中形成 宏孔28。
[0042] 第二層42可包含粘性子層44、樹脂基質(zhì)內(nèi)的編織和/或非編織纖維性材料的至少 一個(gè)子層46和表面膜48。第二層42也可包含雷擊防護(hù)件50 (例如，銅或其它金屬網(wǎng)），所 述雷擊防護(hù)件50可隨表面膜48 -同安置（例如，囊封在表面膜48內(nèi)或延伸到表面膜48 中）或提供作為獨(dú)立的子層。
[0043] 通過(guò)在與第一表面22相反的一側(cè)上將任何合適的熱固性或熱塑性粘合劑（例如， 環(huán)氧樹脂）噴灑或W其它方式涂覆到第一層40上，可建構(gòu)粘性子層44。接下來(lái)，可使纖維 性材料浸有樹脂基質(zhì)并將纖維性材料安置于粘性子層44上W提供子層46。接下來(lái)，可將雷 擊防護(hù)件50安置于子層46上，并且同時(shí)或隨后（或之前），可將表面膜48噴灑或W其它方 式涂覆到雷擊防護(hù)件50和子層46。替代地