[发明专利]形状记忆拉条

说明书

本申请是2010年1月28日提交的名称为“形状记忆拉条”的中国专利申请201080004055.X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，涉及使用形状记忆材料(shape memory materials)形成空气动力学拉条或要求高耐久力的其他高纵横比(high-aspect-ratio)表面微观结构(microstructure)的实施例和制造方法。

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

例示性实施例提供这样的多层构造，即其具有第一层和第二层，其中第一层由具有拉条的材料组成，第一层材料呈现了形状记忆材料的第一特性，而第二材料由呈现了粘附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，其中拉条被实现在交通工具上，由于第一层的形状记忆性，该拉条具有长期的耐久性。

在各种实施例中，空气动力学拉条阵列由多个记忆尖端通过以下方式产生，即层支撑处于预定间隔关系的形状记忆尖端且将形状记忆尖端粘结于交通工具表面。在例示性实施例中，形状记忆尖端由从以下材料组成的组中选择的材料形成，即铜-锌-铝-镍、铜-铝-镍、镍-钛(NiTi)以及无镍、超弹性β钛合金(pseudo-elastic beta titanium alloy)。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，并且提供使得该嵌花粘接于交通工具表面的能力。

在另一个例示性实施例中，支撑层是接合尖端的弹性体层，而金属箔和聚合体层被提供在弹性体层和粘合剂层中间。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而言，每个尖端都包含一个基底，而每个基底都可被嵌入到弹性体层中。

在用于某些应用中的更大灵活性的实施例的一个方面，每个尖端均被纵向分段。

例示性实施例提供这样的飞机结构，即其包括空气动力学拉条阵列，其具有多个纵向分段的形状记忆尖端，该尖端由从以下材料组成的组中选择的材料形成，即铜-锌-铝-镍、铜-铝-镍、镍-钛(NiTi)以及无镍、超弹性β钛合金或者形状记忆聚合体。从以下材料组成的组中选择的聚合体支撑层接合尖端，即聚亚安酯、硅树脂、环氧树脂、聚硫化物、三元乙丙橡胶、氟硅氧烷和含氟弹性体，而从以下材料组成的组中选择的覆层叠覆于尖端和表面层，即铜-锌-铝-镍、铜-铝-镍、镍-钛(NiTi)、超弹性β钛合金、镍、铬、金属合金、玻璃、陶瓷、碳化硅或氮化硅。沉积在聚合体支撑层上的粘合剂层形成多层嵌花，并且粘合剂层使得嵌花粘结于飞机的表面。

公开的实施例以例示性方法制造，该方法包括通过形成具有与期望的拉条阵列对应的突出的主工具，并且由主工具形成补充工具。然后，使用电铸/电成型或其他期望的沉积技术将多个形状记忆尖端沉积在主工具中。然后，形状记忆尖端被从补充工具移除，并且粘结于空气动力学表面。