CN111683869A - 减小粘滞的包层 - Google Patents

Abstract

用于船体的减小粘滞的包层，其中通过在船体表面和水之间散布空气来减小船体的润湿区域。船体浸没区域的大部分包含密堆积的气阱。气阱的半径小于水的毛细管长度的二分之一。通过限流器的方式用加压空气供给每个气阱。通过褶皱通道网络的方式向每个气阱供给加压空气。

Description

减小粘滞的包层

发明领域

本发明涉及粘滞的减小。具体地，本发明涉及减小粘滞的包层。

发明背景

本发明涉及粘滞例如在船体上的减小。它还与在水上行进或浸没在水下的其它海洋船舶和物体相关，例如潜艇和鱼雷。它还与以下情况有关，其中液体行进通过管道或导管或其它含有液体的结构，例如在液体例如油沿着管线泵送的化学工业中。粘滞导致推进大型船只所需要的大部分燃料。因为航运业是温室气体的重要全球生产者，所以减少由粘滞所致的燃料消耗将导致环境损害的大幅减少和大幅的经济节约。

因为流体力学中已知的作为固/液界面处“无滑动”边界条件的现象，出现粘滞。相邻固体的液体分子层不相对于固体移动。在该层和相邻的液体层之间产生剪切力。这种条件已知适用于在液体中移动的船舶，如船在海上航行的情况。它还适用于液体流过管道的情况，例如油通过管线。空气具有粘度比水小大约一千倍。长期已知如果空气可以以将液体与固体完全分离的方式散布在液体和固体之间，则将有效地消除液体中的粘滞。

植物，例如荷叶和某些昆虫表现出在它们表面上捕获空气的特性。这种效应通常由疏水表面以及复杂的表面形貌产生，所述复杂的表面形貌经常包含分级结构。这种性质大幅降低了它们的润湿表面积。这种非润湿性质常已知为“荷花效应”。已经测试了许多实验室材料以复制自然界中所见的这种效应。虽然被设计成模拟这种效应的材料当刚在水面以下测试时可短暂地起作用，但没有一种显示在现代船体所遇到的流体静压下长时间地起作用。今天常见20米深的船体。它们遇到2巴的流体静压，相当于2N/mm²。来自这样的流体静压的力远大于非润湿材料依赖的表面张力。这种非润湿行为仅限于接近表面的情况。“荷花效应”另外的限制是随着时间捕获的空气扩散至水中，离开水饱和的表面。复制这一原理的材料对于必须在往返干船坞之间花费一年或更长时间的船只来说是不利的。显然的是，这样的材料没有提供对船体上的粘滞问题的解决方案。

US5,456,201公开了通过船体吹气泡的方法。然而，孔本身大，从而引起出现的空气形成大的气泡。因此船体表面保持湿润。这导致已知为“泡状流”的物理现象。水的粘度减小，导致粘滞的减小。然而，泡状流也引起水的密度减小，并且水的浮力减小。产生大体积流的气泡所需的大功率要求倾向于抵消由船体上减小的粘滞产生的功率减小。结果是，该系统在工业上没有得到青睐。

因此，需要针对粘滞问题的解决方案，其将适合于在船和其它海洋船舶上使用。

发明概述

因此，本发明提供减小粘滞的包层，其包含：外表面，该外表面中具有多个气阱(pocket)，每个气阱具有空气入口和出口；其中每个空气入口的横截面面积小于气阱的出口的横截面面积。

每个气阱的半径可小于水的毛细管长度的二分之一。

每个空气入口的横截面面积可小于气阱的出口的横截面面积的十分之一。

每个阱可为圆锥形的。多个气阱可密堆积。阱出口可重叠。

每个气阱的外表面可包含疏水材料。疏水材料可包含聚四氟乙烯PTFE、或全氟烷氧基共聚物树脂PFA。

外表面可包含多个疏水线的环，其中环在两个端部处连接至所述表面。

疏水线可包含膨胀的聚四氟乙烯ePTFE、或全氟烷氧基共聚物树脂PFA。

外表面可包含由亲水芯和疏水外表面组成的线的线束，并且其中一个线端部连接至包层外表面并且另一个线端部未连接。

线可包含玻璃纤维线。

线可包含涂覆PTFE的不锈钢线、涂覆PTFE的玻璃纤维线、涂覆PFA的不锈钢线或涂覆PFA的玻璃纤维线中的至少一种。

减小粘滞的包层还可包含空气分配系统。

空气分配系统可包含：

至少两个褶皱片材，所述至少两个褶皱片材中的至少一个包含多个穿孔；其中布置片材使得至少两个片材的褶皱轮廓的脊部基本上彼此正交，从而产生至少两个气室，每个气室通过穿孔彼此连通。

空气分配系统还可包含与所述至少两个气室中的一个连通的空气入口。

减小粘滞的包层还可包含在至少一个基本上平的片材中形成的多个空气出口，其中每个空气出口与多个气阱之一的空气入口连通。

空气分配系统可包含波形片材。波形片材可结合到顶片以形成单个面板。可在顶片和波纹片材之间形成单个风室(plenum)。减小粘滞的包层还可包含安装片材，该安装片材包含接收孔和焊接凹陷。

减小粘滞的包层可用聚异丁烯或其它类似的粘弹性材料回填。

如以上描述的空气分配也形成本发明的一个方面。

包层的外表面可包含在夹层结构中彼此对齐并结合的三个片材。减小粘滞的包层可包含结合至两个较厚片材的薄的中心片材。薄的中心片材可具有在约25-约200微米范围内的厚度。薄的中心片材可具有多个限流器孔，每个形成气阱入口。每个限流器孔可被涂覆在疏水的含氟聚合物涂层中。

外表面可包含结合至穿孔片材组件的纤维表面带。

减小粘滞的包层还可包含开放式基板。可将疏水纤维层结合至开放式基板。减小粘滞的包层还可包含一层或多层疏水纤维和具有暴露的亲水芯的单层疏水纤维。减小粘滞的包层还可包含结合至穿孔金属片材的箔。

减小粘滞的包层还可包含结合至多孔热塑性片材的热塑性片材。可在包含长细针的阳模上真空模塑减小粘滞的包层从而在两个片材中形成气阱。减小粘滞的包层可包含细长的气阱，其中从每个气阱出现的气流基本上垂直于外表面。

本发明还提供用于船上包层系统的空气分配系统，包含：

至少两个褶皱片材，所述至少两个褶皱片材中的至少一个包含多个穿孔；其中布置至少两个片材使得至少两个片材的褶皱轮廓的脊部基本上彼此正交，从而产生至少两个气室，每个气室通过穿孔彼此连通。

空气分配系统还可包含与所述至少两个气室中的一个连通的空气入口。

空气分配系统还可包含在至少一个基本上平的片材中形成的多个空气出口。

本发明还提供用于涂覆船体的带材，包含

包含前侧和后侧的疏水背衬膜，和

连接至疏水背衬膜的前侧的多个疏水线的环。

后侧可配置为用于粘附结合。所述疏水线可为ePTFE线。

本发明还提供用于涂覆船体的带材，包含：

包含前侧和后侧的疏水背衬膜，其中

配置所述带材的后侧用于粘附结合，和

包含两个端部的线的线束，其中一个端部连接至所述疏水背衬膜的前侧，和

其中另一端部是未连接的，和

其中线的外表面是疏水的，和

其中内芯包含亲水材料，和

其中亲水芯暴露于每条线束的未连接的端部。

线可为涂覆PTFE或涂覆PFA的不锈钢或玻璃纤维线。

本发明还提供带孔的金属片材，包含

带孔片材，其中所述片材的厚度与孔的直径的比率为约1:1或更小，和

结合至所述片材的孔和任选的一个或两个平表面上的涂层，其中

涂覆的片材厚度与其孔的直径的比率大于2:1。

涂层可为化学沉积的镍。

本发明还提供形成具有锥形孔的金属片材的方法，包括：

在金属片材上穿孔圆柱孔；

用具有锥形底的成型模具冲压每个圆柱孔；

涂覆每个孔的内部以减小在锥体尖端处孔的尺寸；

将带材施加在金属片材上，并将带材压入锥形孔中；和

对带材穿孔以进一步减小在锥体尖端处孔的尺寸。

根据本发明的另一方面，提供了用于船体的包层，该包层包含在其外表面上的多个密堆积的气阱，其中气阱的尺度长度小于水的毛细管长度的二分之一，并且其中每个气阱的入口经由限流器供给加压空气，并且其中限流器的面积小于阱的出口的面积的十分之一，并且其中每个限流器的入口连接到空气分配系统，并且其中空气分配系统连接到至少一个加压空气源。

每个气阱的外表面可由疏水材料组成。所述疏水材料可包含PTFE。

包层表面可包含疏水线的环，其中环在两个端部处连接至所述表面。疏水线可包含ePTFE。

表面可包含由亲水芯和疏水外表面组成的线的线束。可将一根线连接至包层表面，而另一线端可不连接。这样的线可包含涂覆PTFE的不锈钢线。

本发明还提供用于船上包层系统的空气分配系统，包含至少一个空气入口和至少两个褶皱片材，所述至少两个褶皱片材中的至少一个包含多个穿孔和至少一个基本上平的片材，其中一个包含多个孔口，并由此将片材组装并彼此结合，使得至少两个片材的褶皱轮廓的脊部基本上彼此正交，从而产生至少两个腔室，每个腔室通过其中包含的穿孔彼此连通，使得空气可通过入口进入并穿过腔室，并通过平片材之一的多个孔口离开。

本发明还提供用于涂覆船体的带材，包含疏水背衬膜，所述疏水背衬膜包含前侧和后侧，包含连接至疏水背衬膜前侧的疏水线的环，和适合于粘附结合的后侧。所述疏水线可为ePTFE线。

本发明还提供用于涂覆船体的带材，包含疏水背衬膜，所述疏水背衬膜包含前侧和后侧，其中所述带的后侧适合于粘附结合，和包含两个端部的线的线束，其中一个端部连接至所述疏水背衬膜的前侧，并且其中另一端部未连接，并且其中线的外表面是疏水的，并且其中内芯包含亲水材料，并且其中亲水芯暴露在每个线的未连接的端部。线可为涂覆PTFE的不锈钢线。

本发明还提供带孔的金属片材，包含通过常规方法制备的带孔片材，其中所述片材厚度与孔的直径的比率为约1:1或更小，和结合至所述片材的孔和任选的一个或两个平表面上的涂层，其中涂覆的片材厚度与其孔的直径的比率大于2:1。涂层可为化学沉积的镍。

因此，提供了用于船体的包层，该包层包含在其外表面上的多个密堆积的气阱，其中气阱的尺度长度小于水的毛细管长度的二分之一，并且其中每个气阱的入口经由限流器供给加压空气，并且其中限流器的横截面面积小于阱的出口的横截面面积的十分之一，并且其中每个限流器的入口连接到空气分配系统，并且其中空气分配系统连接到至少一个加压空气源。空气分配系统可用于通过偶尔使防结垢气体而不是空气通过该系统来防止包层的生物结垢。通常，有利的防结垢气体包含臭氧。

本发明的优点是减少海洋船舶的功率消耗，也减少它们产生的温室气体。本发明的其它优点是对于给定的燃料消耗速率提高海洋船舶的速度，并且对于给定的燃料载荷提高海洋船舶的航程，并且以给定的设计速度减小推进船舶所需的推进设备的尺寸。本发明的另一个优点是提高更环境友好的推进装置例如航行动力和电力的可行性。本发明的另一个优点是提供不易生物结垢的船体表面。本发明的另一个优点是减小海洋环境的入侵物种污染的风险。本发明的另一个优点是向船体表面提供提高的热隔绝。本发明的另一个目的是减小海洋的噪音污染，现在认为这种噪音污染对海洋生物有害。

本发明的减小粘滞的性质可有利地使用在各种应用中，例如船和潜艇船体、鱼雷、油和化学品管线等。

本发明还提供通过粘附结合将PTFE带施加在船体表面来减小船只或其它海洋船舶船体上结垢的方法。

带材可小于一毫米厚度。带材可在一侧上通过低压氢等离子体蚀刻而活化。可通过压敏有机硅胶粘剂实现粘附结合。

本发明还提供具有粘附结合至其船体上的PTFE带材的船或其它海洋船舶。

本发明还提供用于飞行器的边界层控制系统，包含

外表面，包含多个密堆积的气阱，每个气阱包含入口和出口，其中

每个阱的出口与自由流(free stream)相邻，并且其中

每个阱的入口与气室相邻，并且其中

每个阱入口的面积小于所述阱的出口面积的一半，并且其中

将每个气室连接至至少一个加压空气源。

所述压力源的压力可大于飞行器表面上的压力。所述压力源的压力可小于飞行器表面上的压力。飞行器可为飞机。飞行器可为无人驾驶航空交通工具。边界层控制系统还可适合于旋转机器叶片。

本发明还提供具有边界层控制系统的飞行器，所述边界层控制系统包含外表面，该外表面包含多个密堆积的气阱，每个气阱包含入口和出口，其中每个阱的出口与自由流相邻，并且其中每个阱的入口与气室相邻，并且其中每个阱入口的面积小于所述阱的出口面积的一半，并且其中每个气室连接至至少一个加压空气源。

本发明还提供具有边界层控制系统的轨道交通工具，所述边界层控制系统包含外表面，该外表面包含多个密堆积的气阱，每个气阱包含入口和出口，其中每个阱的出口与自由流相邻，并且其中每个阱的入口与气室相邻，并且其中每个阱入口的面积小于所述阱的出口面积的一半，并且其中每个气室连接至至少一个加压空气源。

本发明还提供具有边界层控制系统的工路交通工具，所述边界层控制系统包含外表面，该外表面包含多个密堆积的气阱，每个气阱包含入口和出口，其中每个阱的出口与自由流相邻，并且其中每个阱的入口与气室相邻，并且其中每个阱入口的面积小于所述阱的出口面积的一半，并且其中每个气室连接至至少一个加压空气源。

本发明还提供具有边界层控制系统的导弹，所述边界层控制系统包含外表面，该外表面包含多个密堆积的气阱，每个气阱包含入口和出口，其中每个阱的出口与自由流相邻，并且其中每个阱的入口与气室相邻，并且其中每个阱入口的面积小于所述阱的出口面积的一半，并且其中每个气室连接至至少一个加压空气源。

本发明还提供用于飞行器边界层控制系统的空气分配系统，包含基本上平的外片材，该外片材包含结合至至少一个褶皱片材的多个孔口，其中与基本上平的外片材相邻的褶皱片材沿翼展方向定向从而形成沿翼展方向定向的一系列气室，并且其中每个气室连接至加压空气源。

相邻外片材的波纹片材可包含穿孔。可通过所述穿孔连接气室与所述加压源。

在它的外表面上结合至所述外片材并且在翼展方向上定向的每个褶皱片材可在它的内表面上进一步结合至在翼弦方向上定向的第二褶皱片材。

本发明的其它目的和优点将从下面的描述和附图变得明显。

附图简要描述

并入本公开内容并构成其一部分的附图示出本发明的实施方案，并与说明书一起起到解释本发明原理的作用。

图1示出按照本发明用作包层的减小粘滞的面板的实施方案的具有剖开截面的等距视图。

图2a和2b示出按照本发明的减小粘滞的包层的实施方案。图2c示出用于比较的简单孔。图2d示出按照本发明的一种实施方案，在图2a或2b的包层的生产中间阶段的片材中的孔以及用于形成所述孔的模具的横截面视图。

图3a示出本发明的包层的一种实施方案，其具有密堆积的可加压的气阱，其中每个气阱与附近的阱相邻。图3b示出本发明的包层的一种实施方案，其中每个可加压的气阱与附近的阱重叠。图3c示出本发明的一种实施方案，其中每个可加压的气阱紧邻附近的阱。

图4示出本发明的包层的实施方案的分解视图。

图5a和5b示出工具的实施方案，其可用于根据复制方法产生本发明的包层的可加压的气阱。图5c和5d示出在其生产过程中包层的一种实施方案的外表面(顶片)。

图6示出按照本发明的一个方面的经过压延操作的适用于本发明的PTFE带材的实施方案。

图7a和7b示出PTFE带材的实施方案，该PTFE带材经过纹理化操作并且具有连接至带表面的合适的线，适用于本发明的一种或多种实施方案。

图8示出按照本发明一种实施方案的用于船只的空气分配系统的实施方案，其在没有使用贯穿船体的情况下安装。

图9示出按照本发明一种实施方案的片材的实施方案，其包含已施加涂层的通孔，并且已减小孔的直径并提高片材的厚度。

图10示出按照本发明一种实施方案的包层的实施方案，其中将顶片材(外表面)连接至波纹形状以形成面板。

图11示出按照本发明一种实施方案的以波纹形状的包层的实施方案，其根据夹层结构制成。

图12示出按照本发明顶片的一种实施方案的包层的实施方案，包含具有分级特征的纤维状开放带，其连接至包含小气孔的片材。

图13示出按照本发明的包层或组件的一种实施方案的带有断开部分的等距视图。

图14a和14b示出按照本发明的包层的可选实施方案。图14c示出用于比较的现有技术孔。图14d示出按照本发明的一个方面，在生产中间阶段的片材中的孔以及用于形成所述孔的模具的横截面视图。

图15a示出包层的一种实施方案，其具有密堆积的可加压的气阱，其中每个气阱与附近的阱相邻。图15b示出包层的一种实施方案，其中每个可加压的气阱紧邻附近的阱。

图16a和16b示出工具的实施方案，其可用于根据复制方法产生图14和15的包层的可加压的气阱。图16c和16d示出在其生产过程中包层的一种实施方案的外表面(顶片)。

图17示出了包层的一种实施方案的截面的等距视图，其中包含密堆积的可加压气阱的顶片结合至中间多孔层，该中间多孔层结合至穿孔的片材。

发明详细描述

图1中显示本发明的减小粘滞的包层的一种实施方案。包层的顶(外)表面包含顶片104，该顶片104包含多个密堆积的气阱124，其中在船只的情况下与水相邻的外表面的直径大于可能与船身相邻的内直径。将加压空气供给至每个气阱的内部，并且操作以使水保持在阱之外，并且排出应进入阱的任何水。在这种实施方案中通过包含成形的金属片材元件102和103的空气分配系统供给加压空气，以产生气室110、111和112的方式组装这些元件。空气通过片材121和122中的孔从一个腔室流至下一个。该空气分配系统在船体表面积的大部分或在应用包层的物体的表面积上提供基本上相等的压力。在随后的段落中详细解释本发明的操作，制造合适实施方案的方法也是如此。

可用于首先解释在以下描述中使用的一些术语。在水中航行的船体上的粘滞减小方面描述本发明。然而，本发明还涉及船舶和物体，例如在淡水或海水中航行的潜艇和导弹。还涉及沿着管线泵送的油、水或其它液体。下文中，术语船将用于描述任何船、潜艇、鱼雷、管线或任何其它固体物体，它们的表面通常由于其相对于液体的相对运动而受到粘滞。下文中，术语水将指水、油或其中发生粘滞的任何其它液体。术语船体应指与水直接相邻的船的表面。在通过液体移动的船方面描述本发明，但本发明也适用于在固定结构例如管线中移动的液体。与水相邻的包层表面被称作外表面。与船体相邻的相对的包层表面被称作内表面。

术语船体的“润湿区域”通常用于描述位于水线以下的船体表面的区域。在本发明之前，所有的浸没区域都被润湿，所以不需要区分“润湿区域”和“浸没区域”。在下文中，术语“浸没区域”应指位于水线以下的船体表面的区域。术语“润湿区域”应仅指被水润湿的“浸没区域”的那部分。“未润湿区域”是在水线下方的未润湿的船体表面的区域。如之后参照附图解释的，在这种计算中不包括阱的内部区域。“百分比未润湿区域”是表示为“浸没区域”比例的“未润湿区域”。“百分比未润湿区域”是本发明效率的有用量度，并且与粘滞减小的比例相关。在覆盖船体的整个浸没区域的包层方面描述本发明，但是包层可有利地应用于仅此一部分。

当水滴在其稳态下在材料表面上形成大于90°的接触角时，该材料被认为是疏水的。当液滴由油组成时，材料被认为是疏油的。大体上，当任何液滴在材料表面上形成大于90°的接触角时，该材料被认为对该液体不润湿。下文中，疏水性的材料性质应指材料被液体不润湿特性，而不管液体包含什么。

当水在材料上的接触角小于90°时，该材料被认为是亲水的。大多数现代船体的表面由钢、铝、玻璃纤维、铜和基于铜的涂料组成，其已知是亲水的。

在本发明的一种实施方案中，外表面是疏水的。这确保表面张力来抵抗水润湿加压气阱，如之后描述的。当使用亲水表面时，需要较高的第三级室压力来清理变得阻塞的限流器。这反过来导致在正常操作中当加压气阱未被阻塞时的较高的空气消耗。较不期望这样的系统。优选的疏水表面是PFA(全氟烷氧基共聚物树脂)和PTFE(聚四氟乙烯)，但许多其它含氟聚合物也是合适的。例如硅橡胶、含氟弹性体、聚乙烯、ePTFE、烃和硅油和蜡的材料也是如此。疏水性质仅对表面重要。制造船体的整体材料可为任何合适的材料。当材料不是疏水的时，它可具有使其疏水的涂层或表面处理。PTFE和PFA都具有抗结垢的额外益处，这也是本发明的期望性质。

加压气体在下文中称作空气，但可为任何合适的气体。当在船体上进行防结垢处理时，气体还可包含抗微生物气体例如臭氧。可作为防污染程序的一部分不时地进行这样的处理。当使用空气时，空气优选是干燥的，使得在空气泵送系统的任何部分上不形成冷凝。湿空气应通过本领域技术人员已知的任何合适的方法干燥。也可过滤空气以确保没有可阻塞限流器的颗粒被迫通过压缩空气系统。可通过压缩机或者从存储罐供给加压空气。在鱼雷的情况下，压缩空气可为化学反应的产物。

当提到金属片材时，应领会其它非金属性材料也是合适的，并且这样的材料的片材下文中应被称作金属片材。结合聚酯的玻璃纤维和结合环氧树脂的碳纤维是休闲船舶中常用的两种这样的优选材料。当提到海洋级不锈钢时，也可使用铝和其它金属。

在流体力学中，术语“毛细管长度”被用于限定长度尺度，小于该长度尺度，液体的表面张力显著大于重力。它被限定为液体表面张力的平方根除以其密度乘以重力。对于水，该值为2.7mm。这表明当其半径小于2.7mm时，通过空气下落的水滴将具有基本上球形的形状。观察到当单个自由下落液滴的尺寸大于这两倍时，它将倾向于分裂成更小的液滴。该效应也适用于水中的气泡。应注意油的毛细管长度(为小于2mm)小于水的毛细管长度。这主要是因为水的表面张力显著高于油的表面张力。本发明可在加压气阱内建立基本上完整的空气相，并且目的不是像当阱直径显著大于毛细管长度时发生的那样允许空气分裂为单独的气泡。为了最有效，气阱的半径可小于毛细管长度的二分之一。当气阱的表面的形状不是圆形时，半径应指具有相同面积的等效圆的半径。

在本发明之前，没有将空气供给至船体的大表面积上的多个加压气阱的已知方法。在船包层的有限空间内，通过互连管道系统或导管的已知方法供给空气将是不可行的。此外，将需要多重连接。沿着管道系统的压降将对本发明的操作具有不利影响。发明了并在此公开了将空气输送通过包层的合适方法。

参照图1中显示的包层的实施方案，将基片102、褶皱片材103和顶片104结合在一起。这方便分段完成。连接侧片材105并起到将包层的该部分与相邻部分密封的作用。侧片材105可方便地为基片102的一部分，但为了方便起见被描述为单独的片材。这样的组件将在下文中被称作“面板”。面板具有与其连接的安装支架130，其中面板可方便地螺栓连接或焊接至船体101。如果方便，安装支架是中空的，并且也起到进气孔的作用。空气入口通过贯通船体120连接。当组装时，船体101和基片102组合以形成一系列互连的纵向空间，在下文中被称为“第一级室”110。当组装时，基片102和褶皱片材103组合以形成一系列互连的空间，在下文中被称为“第二级室”111。褶皱片材103和顶片104组合以形成一系列空间，在下文中称为“第三级室”112。参照图4，面板的分解图示出如何实现使用成型金属片材的简单片材将空气均匀地分配至每个气阱的复杂任务。面板由基片401、褶皱片材402、顶片403和四个侧片材404，和中空的安装支架407组成，安装支架407在该情况下也用作空气入口管道，并且与进气孔408成直线连接。

再次参照图1，在使用中，可通过贯穿船体120供给加压空气，并且流入第一级室110。从那里，加压空气流过孔121至第二级室111，并且进入其它相邻的第一级室110。空气从第二级室111通过穿孔122流动至第三级室112，并从那里通过加压气阱123。压力分配沿每个第一级室的长度基本上是均匀的。基片含有若干穿孔121，其允许空气从第一级室进入每个第二级室。褶皱片材103含有若干小的穿孔，其允许空气从第二级室进入每个第三级室。调节孔的位置和尺寸确保从空气入口至第三级室的最佳气流。例如，空气入口端口120附近，然后在外部角落123中，优选较少的孔和具有较小直径的孔。压力在每个第三级室的整个中是基本上均匀的，并且在每个面板中的所有第三级室中是基本上相等的。设计这些片材使得横跨组装的面板的长度和宽度在两个维度上的气流阻力比在通过面板的正交方向上的气流阻力低得多。通过已知的方法例如焊接或粘附结合彼此结合片材。

在某些情况下，如改装现有船只时，在船的整个浸没部分内部安装管网是不可行的或不期望的。如图8中显示，可将额外的框架连接至船801的外表面。该框架在连接804处连接至加压空气源。框架由多个主通道802和连接至每个主通道的若干辅助通道803组成。

海水压力在船体上变化。对于水线以下每十米的深度，它增加约一巴。水线本身随着船满载的程度而变化。当船在航行时，动态压差上升，船首遇到较高的压力并且船尾遇到较低的压力。通常，船体遇到的最高压力在区域806附近。该压力朝向船尾并且随着深度的降低而减小。最低的压力在水线附近并且朝向船尾807。此外，由于海况发生压力变化。船体上的海水压力当波浪通过时提高。如之后将解释的，向每个面板供给压力必须高于每个面板遇到的最高海水压力。对于较大的船舶，根据船体的位置，该最小供给压力的值存在显著差异。具有20米吃水深度的较大船舶经受2巴的压差。10m的波浪将引起1巴的压力波动。乘浪而行并且具有较浅船宽的较小船舶在它们的船体上经受低得多的压力范围。减小供给的空气压力至接近该区域所需的最小值，减少加压空气的消耗。因此，压力控制器805安装在主通道和辅助通道之间连接点处的通道内，并且用于控制每个船体区域中的第三级室中的压力水平。各个面板被固定至船体。然后在每个面板和辅助通道之间建立空气供给连接。主通道802中的压力大于船在航行时所遇到的最大压力。空气从压力源流动至主通道，并从主通道流动至辅助通道，然后通过加压空气面板并通过加压气阱离开进入海中。这种简单的低轮廓系统将空气分配在船的整个外表面上，而不需要钻穿任何船体，并且不需要基本上重新布置船的内部空间。连接804在水线上方。在没有钻穿任何船体的情况下通过焊接或通过粘附结合将主通道和辅助通道以及加压面板连接至船体。在高层建筑建设中，幕墙部门开发了许多可用的技术用于安装面板和设计内部排水系统，并且本领域技术人员将容易地将这样的技术应用于本发明的减小粘滞的包层的设计和安装。

因此，发明并公开了高度令人满意的空气分配网络，其包含简单的材料并使用造船工业中常见的方法来构造。以上公开的空气分配网络横跨船体的浸没区域以低轮廓包层系统传递可控制的压力和流速。这使它非常适合作为船的包层系统。

参照图2a、2b和2c，每个图显示包层的一种实施方案的外表面。空气入口用作限流器。可通过检查结合如图2a中示出的限流器的可加压气阱210来理解限流器的操作。特别地，如图2c中示出的，与没有结合限流器的孔230相比，它的操作可为有利的。参照图2a，为了清楚起见，气阱的面积被限定为在它出口处的横截面面积，其为出口216的圆形面积。限流器的面积是其最窄部分213处限流器的横截面面积。限流器的功能对于本发明的有效操作是重要的，如在随后的段落中所解释的。

参照图2c，当空气流过未受限制的加压气阱230时，仅发生小的压降，如以下解释。邻近孔入口232的腔室中的气压非常接近出口233处的气压。本领域技术人员将认识到为了使本发明最有效，需要大百分比的开口区域，其中孔占有尽可能大百分比的片材区域231。他们还将认识到孔230的几何形状受生产限制所限，使得孔的直径至少与片材厚度一样大。大开口区域的设计目标与具有小于约1:1的纵横比的孔的生产限制结合必然导致跨具有这种设计的薄片材的气流的最小阻力。这导致限制，该限制中横跨片材的压降可小于在海上时船体遇到来自波浪和水流的压力波动。通过迫使非常高流速的空气通过孔230来克服这种限制。例如，十米高的大浪提高其下方的船体上的压力大约一巴。这大于横跨顶片231的最大可行压降。当海水压力出现突然提高时，将阻塞这种设计的气阱，因为横跨该阱的压降小于海水压力的上升。一旦阱被阻塞，并且在入口232处没有足够的压力来清除阻塞，它将保持阻塞。将失去粘滞减小的益处。在这样的设计中，存在包层内的空气分配室将被淹没的进一步风险。因此，对图2c的设计制作的密堆积的气阱是不期望的。

与此相反，图2a和2b示出具有气阱的包层的实施方案，该气阱结合对气流的限制。当空气从气室通过空气入口(本文也称作限流器)213流入空气腔215并通过它的出口216逸出时，发生显著的压降。当阱出口216被阻塞时，空气腔215中的压力迅速提高至限流器入口处的压力。该压力足以清除阻塞，并使阱返回到其未润湿状态。设计气体供给系统、限流器尺寸和总的阱几何形状使得该压降大于船舶遇到的海水压力波动并且迅速清除任何阻塞。限流器入口处的压力保持高于提高的海水压力，并因此消除内部空气分配室被淹没的风险。在通过管线泵送油的情况下，由于泵送作用将出现压力波动。由于重力，在管道中也将存在压差。跨限流器的压降应是正的，以确保内腔不被淹没。当气压控制系统依赖于被动控制时，跨限流器的最小设计压降必须大于那些波动。然而，当通过流量控制器来主动控制一个面板或一组面板中的气压时，则跨限流器的设计压降仅需要大于每个面板的外表面在任何时间点遇到的压差。例如，2m乘1m的面板可垂直地安装在船的侧面上，其中面板的长边在水平方向上。它将遇到从面板的顶部到底部的大约0.1巴的差异。当停泊在静水中时，它将不会遇到沿2m从前到后的任何压力差。当航行中或遇到水流时，将产生动态压力，但通常将远小于由水深所致的压力变化。类似地，安装在平底船体底部上的面板当静止时将不会看到压力波动。

本领域技术人员将认识到较大的远洋船舶将经常遇到超过5米的波浪，并遇到0.5巴的动态压力波动。对于这样的船舶，主动控制供给压力从而确保空气随着时间始终均匀流动的空气供给系统是最有益的。它可显著减小空气消耗。对于乘浪而行的较小船舶，这样的空气控制系统可不是必需的。

限流器有效性的可用指标是阱面积与限流器面积的比率。下文中，这应被称作“限流器尺寸比”。另一种可用的设计指标是片材厚度与限流器直径的比率。下文中，这应被称作“限流器纵横比”。期望这些与空气供给控制系统一起设计从而确保跨限流器的压降在操作过程中总是超过遇到的压力波动。

图2a示出具有多个加压气阱216的顶片的合适的实施方案。每个阱包含腔215和限流器213。如以上解释的，限流器入口连接阱与第三级室。为了最有效的操作，腔215和限流器213的表面优选是疏水的。然后，水的表面张力用于保持加压阱干燥。限流器213的面积应优选小于阱216面积的十分之一。使用先进的制造技术，如之后解释的，产生小于阱面积的万分之一的限流器面积。这大幅减小本发明操作中的空气消耗。这样的先进设计还减少对主动气压控制的需要。

在使用中，每个气阱的入口通过空气供给系统来供给压缩空气。这种气压与来自疏水表面的毛细作用力结合，从而将水从阱中排出。排出润湿什么的任何水的气阱的特性是保持阱干燥。一旦将阱清空了水，空气从第三级室流动通过该阱。限流器限制通过阱的体积流动速率。在空气/水界面处产生一些气泡，但是这些不损害船的稳定性并且不消耗大量能量。在其稳态下，气阱以这种方式工作。阱填充有空气而不是水，并且在阱表面处不出现粘滞。如以上描述的气阱下文中将被称作“加压气阱”。

如之前解释的，因为空气的粘度比水的粘度小约一千倍，所以有效地消除了充满空气的加压气阱上的粘滞。当多个加压气阱在船体的浸没表面上时，有效地消除在它们中的每一个上的粘滞。当多个气阱密堆积在一起时，它们覆盖的面积上的粘滞大幅减小。该发明公开了通过在加压气阱中覆盖船体的基本上所有浸没区域，可大幅减小船体上的总粘滞。

如以上解释的，在本发明的优选实施方案中，加压气阱的半径不大于毛细管长度的两倍，以防止阱内的气体水界面破裂和阱内形成的气泡并从阱中冒出。在水的情况下，阱半径理想地小于5.4mm。实际上，小于1mm的阱半径是高度有效的并且生产经济。

本发明的包层包含多个可加压的气阱，其中当加压阱中的空气时，每个阱中的固体/水界面被空气/水界面代替。它们可密堆积在船体表面上，如图3a的实施方案中显示，其中每个阱302的边缘与相邻阱的边缘邻接。它们覆盖的船体表面积的百分比越大，船体的润湿面积的减少越大。这反过来导致粘滞的减小更大。图3b显示加压气阱312彼此重叠的实施方案。图3c显示加压气阱322彼此相距短距离的实施方案。

几何学上，如图3中显示所布置的相邻的加压气阱覆盖超过外表面的90％，相应地减少了润湿面积。因此，可加压的气阱的几何设计提供了比简单通孔更大的外表面积302和更低的入口面积311的期望效果。用于评估工具设计的可用指标是由加压的气阱覆盖的船体面积的百分比。下文中，这应被称作“阱覆盖率百分比”。

从固体到空气到水的传热系数远小于从固体直接到水的传热系数。因此，本文描述的低粘滞包层具有减小从船到海中的热损失的额外益处。热隔绝性质特别有利于船穿越低温海域，或在低温气候下泵送油。

包层的以上实施方案仅由三个片材组成。本领域技术人员将认识到褶皱金属片材设计具有比相同质量的单板更高的强度和刚度。可期望设计一种船，使得将本文描述的发明的包层集成至船的结构中，并且形成船的强度和刚度的重要部分。如果需要，可在该方法中使用额外的片材。

图10示出包层的可选实施方案。顶片1003被结合至波形片材1002以形成单个面板。通过将侧片材焊接至顶片和波纹片材来密封波纹片材的侧面。侧片材优选地与褶皱片材集成，但也可是分离的。因此在顶片1003和波纹片材1002之间形成单个风室(plenum)1005。安装片材1007包含接收孔1009和焊接凹陷1006。将安装片材在凹陷处焊接至船身1001。凹陷用于将安装片材定位突出船体表面。这为安装凸出部提供定位和锁定的空间，并且还提供用于消除噪音和防锈填料的空腔。将安装凸出部1008结合至波纹片材从而与安装片材1007上的接收孔对齐。然后，将包含顶片、波纹片材和安装凸出部的密封结合面板与安装片材1007对齐，其中凸出部1008装配到安装片材1007上的接收器1009中，并且在适当位置机械地锁定。通过将面板上的闭合凸块(closure tab)焊接至安装片材来进一步固定面板。

在面板和安装片材之间形成的空腔与在安装片材和船体之间形成的空腔相邻。它用聚异丁烯或其它类似的粘弹性材料回填。聚异丁烯橡胶被倒入或注入适当位置，并且优选形成粘弹性固体或液体。橡胶抑制从船只发出的噪音，并防止海洋环境的噪音污染。它进一步保护钢船体免于生锈，并在面板和船体之间形成粘附结合。包含波纹片材设计的该面板1001特别适合于通过该面板的空气流速低的情况，如当顶片包含具有限流器的夹层设计的情况，所述限流器的横截面面积的数量级小于加压阱。在这种情况下，气室中的压力基本上是均匀的，并且单级气室成功地提供横跨单个面板中的所有限流器的基本上均匀的气流。

本发明的许多用途将需要生产具有非常大量的孔的片材。值得注意的是在2.5mm的孔距下，每平方米需要大约200,000个孔。浸没面积为25,000平方米的单个大型油轮需要大约5,000,000,000个孔。例如机械钻孔、激光、水射流和电子束加工的制造方法是生产顶片型材中所需小孔的合适工艺，并且可适用于实验室规模或小规模生产。然而，当使用目前可得的机器时，上述工艺一次都产生单个孔，并且不能够生产本发明的工业应用所需的大数量。

制造本文描述的包层的另一个困难是每个孔优选具有比片材厚度小得多的直径。没有生产这样的孔至所需尺寸和数量的已知方法。现在已经发明并在本文公开了解决这些问题的方法和设计。

可通过标准金属片材工艺制造本文描述的面板。通过在压机中使用大的压模冲孔来生产穿孔金属片材是本领域技术人员已知的标准操作。这种工艺还已知为冲压。可通过该方法大量生产非常细的孔。例如，作为标准品，可商购得到0.4mm厚的不锈钢片材，其具有以1mm或大约1mm间隔的0.5mm的孔。这样的片材常制成2m长×1m宽的尺寸。如本领域技术人员已知的，卷到卷生产也是可能的。通常，冲孔模具每循环冲出多达一千个孔，并且以多达每秒十次循环工作。该方法能够产生大量的细孔。然而，其限制在于孔直径不可小于片材厚度。因此，冲孔能够生产所需数量的孔，但是不能够生产达到所需限流器比率的孔。

另一种可用的工艺是化学蚀刻工艺。大规模光蚀刻工艺常用于生产金属片材形式的制品，包括不锈钢和铝。光刻工艺用于生产具有精细细节和分辨率为0.1mm或更小的制品。单个片材经历相同的工艺，从而需要基本上相同的生产时间和输入，而不管待蚀刻的孔的数量或尺寸。因此，该工艺在相同的时间内每平方米产生一百万个细孔，并且与每平方米产生一个孔的成本大致相同。光蚀刻是比冲孔更昂贵的工艺，并且不适合在较厚的片材上产生孔。电铸是通过使用光刻工艺在心轴上沉积金属(特别是镍)来形成片材的工艺。它具有光蚀刻的许多特性。下文中，术语“光蚀刻”应包括“电铸”的工艺。下文中，通过光蚀刻、电铸或冲孔产生的带孔金属片材应被称为通过常规方法生产。

在金属片材的冲压和光蚀刻中目前的穿孔技术将最小孔直径限制为大约材料厚度。特别地，没有在薄金属片材中大量生产密堆积成型孔的已知方法，该薄金属片材在一侧包含窄的限流孔和在另一侧包含较大的出口，其中总出口面积覆盖大部分片材表面。迄今为止，没有生产本发明所需成型孔的已知方法。然而，发明了并且现在以下公开了三种单独的方法，每种都具有特定的应用优势。

第一种优选的方法在图2a中示出，并且中间步骤在图2c和图2d中示出。在第一步骤中，在钢片材中冲出直边孔230，并且如图2c中所示生产穿孔钢片材231。上直径233基本上与下直径232相同。随后，用在每个孔上产生倒角形状的成型模具245冲压片材241上的孔。如图2d所示，该模具成型工艺显著地提高加压气阱的直径243。它还减小了限流器直径242。扩大的直径243形成具有高阱覆盖率百分比的密堆积的阱。也提高片材厚度。然后涂覆片材以进一步减小限流器孔的直径。化学沉积的镍是有利的涂层，因为涂层厚度高度均匀并且能够控制在几微米的公差内。优选涂层厚度为至多100微米。这产生了高度均匀的限流器尺寸，其显著小于片材厚度。现在参照图2a，然后将PTFE带材212施加至片材211的顶表面，然后压入阱中。它塑性变形成空腔215的形状并粘附至金属片材。然后，在已知为针穿孔的工艺中使用具有多个插入其中的小直径针的模具对PTFE带材穿孔。针穿孔是塑料工业中常用的已知工艺。根据该方法，产生了高的限流器比率和高的阱覆盖率百分比。这种PTFE带材使片材疏水。它也是未结垢的。

施加化学镍涂层显著地改进限流器纵横比，如图9中可看到。它显示金属片材901的横截面，其中冲出的孔902具有纵横比为1:1。所示的样品片材具有300微米的厚度，并且孔的直径为300微米。然后施加100微米厚的精密化学镍涂层903。涂覆金属的厚度提高到500微米，并且直径降低至100微米。以这种方式涂覆的钢产品适合于热处理以形成适用于海洋环境中的硬、坚韧和化学稳定的合金。因此，通过公开的涂层，孔纵横比从1:1提高至5:1。该方法在本发明的包层以外在工业上具有广泛应用。

将限流器制造成小且严格控制的尺寸的第二种有利方法是通过组合两个或更多个单独的片材来制造顶片，如图2b中所示。通过以上描述的冲压工艺制造较厚的片材222和223。薄片材221是通过光蚀刻工艺制造的，并且通常小于约0.3mm厚。这种减小的厚度允许在其中制造更小直径的孔。将具有与片材221的厚度大约相同的直径的限流器228蚀刻至紧公差。三个片材221、222和223以它们的孔226、227和228对齐的方式结合在一起。然后施加优选的化学镍涂层，并减小限流器直径至期望的尺寸。

为了使组合的片材疏水，在电沉积的镍层上沉积额外的疏水层。该疏水层优选包含薄的镍层，在化学沉积过程中PTFE相被包封在该薄的镍层中。结合PTFE包封的化学镀镍是可广泛地商购得到的已知方法。该方法产生尺寸一致的限流器，其具有高限流器尺寸比和高的阱覆盖率百分比。

图11中显示具有非常细微的限流器尺寸的包层的实施方案，并且下文中被称作夹层设计。顶片1101包含在夹层结构中彼此对齐并结合的三个片材。将薄的中心片材1102结合至两个较厚的片材1103和1104。中心片材1102的厚度非常低，并因此该中心片材被称作箔。为了避免混淆，应注意附图的许多不是按比例的。不可能在宽度为10毫米或更大的片材的一部分中表现10微米直径的孔。箔的厚度通常位于约25-约200微米范围内。薄的箔厚度能够通过先进的制造工艺以经济的生产率加工非常小直径的限流器孔。使用多个平行的激光钻头，可以以很高的精度和以非常高的生产率经济地完成这种孔的激光钻孔。可通过施加一个或多个涂层进一步减小限流器的直径。最终涂层优选是疏水的含氟聚合物涂层。薄的箔是易碎的并且可在制造或使用过程中损坏。然而，通过将箔夹在两个较厚的片材之间，保护了箔，并且可在正常的金属片材生产和造船工艺中处理和使用该箔。

本领域技术人员将容易认识到具有这种设计的箔基本上位于被称作顶片1101的中性轴上。这意味着当在金属片材操作过程中顶片弯曲时，易碎的箔不经受可能引起其撕裂的压缩力或张力。相反，仅弯曲力作用在箔上，并且这些没有损坏限流器。以上公开的夹层设计是坚固的并且保护脆弱的箔和限流器在金属片材制造过程中免受损坏。这种夹层设计进一步能够经济地生产面板，其具有一毫米或更大厚度的顶片，但是包含直径小于十微米的限流器。当使用本发明时，这种小直径的限流器帮助使压缩空气的消耗最小。因此，本文公开的夹层设计特别适合于遇到大浪的远洋船舶上的包层。

可通过复制来制造图11的实施方案。复制过程广泛地用于制造机床的床身以及其它工业产品。这是从给定的阴模生产阳模的高度精确的方法。可通过该方法以高精度和再现性来再现顶片。该过程在图5a、5b、5c和5d中示出。首先，如图5a中所示，砂轮501具有通过金刚石修整机加工成其外表面的期望的凸形轮廓。然后，在表面研磨机上沿两个正交方向研磨模具表面502，以产生模具表面形貌。当在一个方向上研磨时，砂轮轮廓503产生模具轮廓504。然后在正交方向上研磨以产生轮廓505。然后模具涂覆脱模剂薄层。然后将优选包含室温硫化液体硅橡胶的复制剂(repl icant)施加至模具表面。首先用薄的底漆层涂覆金属或复合材料的薄的穿孔片材512。片材的孔图案和尺寸与模具上的特征相匹配。然后将片材与模具对齐并压向湿的复制剂。该穿孔片材用作复制剂的基础和加固物。使该复制剂硫化，在此过程中其还与穿孔片材形成粘附结合。当复制剂硬化时，将在复制剂中涂覆的片材从模具取出。硅橡胶形成有利的疏水表面。用锋利的刀片切掉突出到支撑金属片材的表面上方的凸块511，以露出通孔。如果优选的话，玻璃纤维或碳纤维布可用于代替穿孔金属片材。然后将以这种方式形成的顶片结合至空气分配框架。这种方法适合于产生较小的物体，并且当产生双曲表面时是有利的。

优选处理面板的顶表面以变得疏水。有利的方法是以带材的形式施加聚四氟乙烯(PTFE)层。除了是疏水的，它还具有化学惰性的优点，并因此不污染海洋环境。它的厚度优选小于顶片的厚度。通过首先将薄的PTFE层削薄来制备PTFE带材，该PTFE层足够薄以使其能够被卷成卷轴。然后仅在一侧蚀刻该带材从而仅除去该侧上的氟离子。这使它适合于在该侧上粘附结合。然后进行压延或纹理化操作，如以下所述，然后将压敏的硅胶粘剂薄层施加至蚀刻表面。通过这种方法生产的胶带被压向金属片材表面并与其牢固地结合。形成的结合足以在水下无限地持续。当压入本发明的气阱中时，PTFE塑性变形并永久地与气阱的形状一致。它的疏水性质是优异的。然后发生穿孔步骤，其中使用具有多个针的模具形成限流器孔。

提高PTFE层疏水性的优选方法是使用已知的压延工艺。这使用如在US3354022中公开的成型辊容易地完成。辊上的轮廓通常是凹入的，并且在PTFE带上产生凸出的轮廓。使用具有分级轮廓的成型辊容易产生具有两个或更多个轮廓的尺寸分级。一种更简单的方法是使用不同的辊表面形貌来处理带材两次，从较小尺寸轮廓开始，并且进行到较大尺寸轮廓。图6显示以这种方式已经压延的PTFE带材601的一部分。在第一压延步骤中产生较小尺寸特征611和612。在第二压延步骤中产生较大特征603。将薄液体层施加至压延辊帮助确保在第二压延步骤过程中没有破坏特征612。PTFE易于以这种方式加工，因为它具有低的屈服强度和高百分比的失效前塑性变形。以这种方式压延提高PTFE的疏水性，并降低从任何润湿的阱中除去水所需的空气压力。

通过将PTFE带材处理成下文中称为“织造工艺”的工艺来提高空气层的稳定性。这种纹理化工艺在其中将疏水线连接至带材。优选的线由常已知为ePTFE的膨胀的聚四氟乙烯制成。它常用于各种纺织工艺。它是疏水的、高强度的，并且可广泛地商购得到。选择足够小的线直径以使其能够用于合适的纺织加工机。参照图7a，连接它的优选方法是将线缝合到带材701中，以这样的方式从而形成闭合的环702。这是纺织工业中的已知方法。

环的长度应与加压气阱之间的间隔具有相同的数量级。线束可全部具有相同的尺寸，但是两个或三个单独的长度也是可能的，从而给出分级尺寸结构。

参照图7b，使用的有利的线是PTFE中涂覆的不锈钢丝。这种可商购得到的线常用于各种工业。选择线规格从而足够灵活地在可得的机器上缝合。如以上描述的，该线首先以与如何形成环702的类似方式作为闭合的环被缝合到PTFE带711中。然后通过切割环形成两个单独的线束来形成单独的线束。这是通过作为缝合过程的一部分使每个环通过锋利的刀片之间来完成的。这是纺织工业中的已知方法。切割过程仅在线的尖端暴露不锈钢的亲水内芯713。线束712的其余部分保持疏水。因为由于水对亲水性不锈钢的吸引从而抑制气泡从空气中间层逸出至水中，所以该线在操作中提供稳定的空气/水界面。来自加压气阱的气流将水从疏水线推开，并且船体表面保持干燥。

这里描述的图7a和7b中的带材的两种实施方案帮助在远离船体表面的距离稳定空气/水界面。

在图12中示出包层顶片/外表面的另外的实施方案。它包含如以下描述的结合至穿孔片材组件1205的纤维表面带1201。制造开放式基板1202，优选使用PFA中涂覆的玻璃纤维网。这是可商购得到的产品。然后通过缝合或粘附结合将疏水纤维层1203与它结合。优选的纤维是ePTFE，和在PFA或PTFE涂覆的玻璃布。这些连接至基板并形成如图所示的闭合的环。或者，使用ePTFE线，并且切割闭合的环，从而在带的表面上产生疏水纤维的开放式线束。将包含内部亲水芯和外部疏水涂层的第二纤维层结合至基板1202。首先形成闭合的环，然后切割该闭合的环以在疏水线1205的末端暴露亲水芯1204。如此生产的纤维带材包含分级结构，所述分级结构包含一层或多层疏水纤维和具有暴露的亲水芯的单层疏水纤维。具有暴露的亲水芯的纤维应比疏水纤维更长。在地毯和其它纺织制造工业中常见的机器上生产带材。

将箔1206结合至具有穿孔1209的穿孔金属片材1207。在箔表面中激光钻孔通孔1208，进入下方的支撑层中。孔的间距应优选小于水的毛细管长度的四分之一。孔的直径应足够小从而限制空气消耗。将开放式带1201结合至箔表面以产生包层顶片。该顶片连接至船体上的简单支柱上。聚异丁烯被用作密封剂。将压缩空气供给至顶片与船体之间的空腔，并且流动通过多个通孔。疏水纤维保持未润湿，并且纤维1205的亲水尖端1204通过限制空气从空气层的不受控制的逸出来稳定空气层。本领域技术人员将认识到这种设计的包层类似于空气轴承，其中当受到增大的外部压力时空气层的厚度减小，并且当外部压力减小时空气层的厚度增大。当在稳定条件下操作时，空气大部分仅在水线处逸出，因为亲水芯防止空气从空气层的其余部分逸出。支承穿孔片材层1207可有用地被具有高开孔程度的多孔层代替。这种实施方案的薄箔层易于在大的船舶上损坏。它可用于较小的船舶，并且尤其可用在输送液体的管道中。

通过应用已知的模拟软件，最佳地优化用于单个船舶的气流系统设计。两种优选的模拟软件包是ANSYS CFX和ANSYS Fluent。虽然通过通道、室和孔的最佳设计的被动控制是本发明的一部分，但是可设想可使用例如压力和流动传感器和调节器、控制阀等的已知仪器来优化本发明的操作，特别是在大型装置中的操作。这些是任何空气分配系统的显而易见的要素，并且不作为本发明的一部分要求保护。

本发明的方面涉及防止海洋结构例如船体和其它海洋结构的结垢。

结垢是用于描述船体上有机物生长的术语。通常，该过程开始于小的微生物首先附着于表面的裸露结构。随着时间这些生长，并且更大的生物体也附着至该表面。这些可对浮力、性能和甚至结构的完整性具有负面影响。对于运输来说，结垢是特别成问题的，因为它可导致船舶上粘滞的显著提高，从而引起燃料消耗提高。全球的航运业是温室气体的重要全球生产者，所以由于结垢而提高的燃料消耗导致环境成本以及经济成本的大幅增加。

目前的工业标准是通过用抗结垢涂料涂覆受影响的表面来尝试防止结垢。然而，这些通常含有对海洋生物有毒的抗微生物化学品例如铜。确实，正是它们的毒性使它们有效。它们通过杀死消耗它们的生物体而起作用。然而，因为有毒化学品被生物体消耗，所以油漆表面的有效性随时间而降低。为了维持有效性，设计这样的涂料以稳定的速率损耗从而持续暴露新鲜的毒性层以抵抗结垢。这样，它们的有毒物质扩散到整个海洋，杀死生物体并污染海洋生物。因为缺乏对作为抗结垢试剂的抗微生物剂的可行替代物，禁止在抗结垢涂料中使用抗微生物剂的欧盟立法已经被推迟。实施该禁令将导致航运业燃料使用和温室气体排放的不可接受的大幅提高。

因此，迫切需要提供以环境安全的方式保护船体免于结垢的方法。

因此，本发明还提供处理船体表面的方法，该方法减少结垢并且以无污染的方式进行。该方法包括制备薄的PTFE带，然后处理该带的一侧以去除该表面上的氟离子，使得它适合于粘附结合，然后通过粘附结合的方式将所述PTFE带连接至船体。

本发明的目的是提供处理船体从而在没有使用对环境有毒的方式抵抗结垢的情况下抵抗结垢的方法。本发明的其它目的和优点将从下面的描述变得明显。本发明的施加抗结垢涂层的方法可有利地使用在各种应用例如船体、海洋结构如浮标、码头、石油平台、能量产生装置等的涂层。

本发明的该方面适用于船舶、潜艇、海洋结构例如浮标、码头、石油平台、能量产生装置等。下文中，术语船应用于描述所有这样的船舶和结构。术语船体应指船外表面的任何部分，并且包括船体结构、龙骨、舵、轴承壳体、螺旋桨轴、推进器等。

聚四氟乙烯(C2F4)n(常已知为PTFE)是表面能非常低的材料。它由碳原子的长链组成，每一个碳原子连接两个氟原子。它是惰性的并且与几乎所有化学品不反应。然而，它的低表面能使它难以与船体结合，所述船体通常由钢、铝、碳纤维或玻璃纤维组成。PTFE也是良好的电绝缘体。

在本发明中，PTFE片材首先被制成薄片材。优选的方法是首先生产大的PTFE圆柱块。然后将辊安装在车床上并围绕其中心轴旋转。采用称为削薄的已知工艺从它机械加工薄层。为了可用于本发明，如此生产的薄片材应具有厚度小于1mm，宽度超过150mm，和长度超过1m的尺寸。如此生产的薄片材应足够薄从而围绕其自身卷成卷，并且下文中应称作“带”。

为了使带材粘附至到船体表面，如以下描述的仅在一个表面上进行活化过程。这优选地通过低压氢等离子体蚀刻来完成。在压力小于1Torr并且温度刚好高于室温的真空室中进行。低温等离子体中的氢与氟原子反应，并且它们以HF气体的形式从PTFE表面释放。HF气体通过真空泵抽走。氢离子还与不饱和碳原子反应并键合，从而形成CHx聚合物表面。该表面适合于与许多已知的胶粘剂的粘附结合。硅胶粘剂是非常适合海洋环境的一类这样的合适的胶粘剂。以上表面处理下文中应称作活化步骤。

较不优选的活化方法是在已知工艺中使用氨化钠在一侧上化学蚀刻该带材。该工艺法使用危险化学品并带来高环境风险，但也包括在活化步骤的定义内。

然后，优选用约五十微米厚的压敏硅胶粘剂薄层涂覆带的活化表面。下文中，这种带应被称作“胶粘剂背衬的PTFE带”。在某些情况下，当涂覆小的凹面时，可方便的将胶粘剂涂层施加至船体而不是带材。术语“胶粘剂背衬的PTFE带”和船体也应适用于这种情况。

制备船体使得它的表面可与胶粘剂背衬的PTFE带形成可靠的结合。在船体由金属制成的情况下，应优选喷砂表面。或者，如果材料表面处于良好状态，则可使用细砂纸来打磨。然后，应用异丙醇擦拭干净，并且然后使其干燥。然后通过辊轧将带材施加至表面上。使用辊将胶粘剂背衬的PTFE带牢固地压入船体中，使得胶粘剂在它的基本上所有表面上与船体表面紧密接触。为了实现这一点，辊表面应优选是硬的和坚硬的，并且优选由金属或陶瓷制成。

当各条带在表面上重叠时，通过使用滚动刀片将它们修整成搭接缝，以产生几乎没有或没有硅胶粘剂的连接，并且其中两个相邻条带紧密接触。

优选通过在施加时拉伸带材来覆盖双曲表面。将PTFE的辊在船体表面的宽度的中心处施加到船体表面。然后使用具有橡胶或类似柔性表面的辊从中心向外侧加工该带。PTFE带具有在失效之前能承受大的塑性变形的优点。这使它能够容易地伸展并且与双曲表面的形状一致。此外，虽然它是软的，但它也比许多塑料制品更坚韧，并且非常耐用。在海洋中的测试显示在数月的时间内没有带厚度的可检测的磨损。硅胶粘剂也证明完全适合于海洋条件。即使在例如轴和螺旋桨叶片的转动零件上，带也保持牢固地与船体结合。观察到在螺旋桨的前缘上的磨损，这不是意料之外的。

最重要的是，在海洋中的测试也显示在它的表面上几乎没有或没有生物体生长。因此，胶粘剂背衬的PTFE带证明是有效的抗结垢覆盖物，并且是化学惰性的，使得它不会污染海洋环境。

本发明还适用于移动物体的空气动力学表面。

本发明适用于阻力的减小和飞机表面上边界层的控制。它还与航行于空中的其它船和物体相关，例如直升机、无人驾驶航空交通工具、滑翔机、火箭、导弹等。它还与公路和铁路交通工具有关。它还与旋转物体例如直升机和风轮机叶片有关。陆地和空中运输业是化石燃料的主要全球消费者和温室气体的生产者。减小由于粘滞的燃料消耗和控制空气动力学表面上的边界层将导致环境损害的大幅减少和重要的经济节约。

几十年来已知控制空气动力学表面上的边界层可减小作用于其上的总的阻力。将空气吹入边界层或从边界层吸出空气可减小作用于表面上的阻力。该技术通常以两种方式之一起作用。第一个效应是延迟从层流到湍流的转变。这减小阻力，因为来自湍流边界层的阻力显著高于来自层流边界层的阻力。第二个效应是延迟或完全避免边界层开始从空气动力学表面分离。这在逆压力梯度存在的情况下常发生在翼型的上表面上。

US5,803,410公开了在飞行器机翼表面上使用圆形空气孔。揭示了通过所述孔的吹入和吸出空气都减小阻力。它公开了空气动力学表面，其中多至23％的表面包含微孔。US7,152,829公开了使用基本上矩形形状，以几何限定的间隔隔开的微缝，所述微缝减小空气动力学阻力。US8,783,624公开了空气动力学物体，其包含与沿弦向方向定向的内部波纹连通的穿孔表层，空气通过该穿孔表层被吸入。这些发明具有有限的有效性，并且通常受限于飞机的机翼或尾部。在轨道行驶的情况下，提出了产生真空隧道的高度复杂的系统作为避免粘滞的方式，其中旅客列车将在该真空隧道中行驶。这尚未作为解决方案实现。

因此，需要解决空气动力学上的粘滞问题。

因此，还提供了用于飞行器的空气动力学表面，该空气动力学表面包含在其外表面上的多个小的密堆积的气阱，并且其中每个气阱的空气入口用作对通向所述阱的气流的限流器，并且其中所述限流器的面积小于阱的出口的面积的一半，并且其中每个阱的入口连接到空气分配系统，并且其中空气分配系统连接到至少一个加压空气源。

本发明的优点是减小了对飞行器的粘滞。当涉及轨道交通工具时，本发明减小了燃料消耗并能够运行高速轨道客运和货运交通工具。本发明的其它目的是对于给定燃料载荷提高飞行器、轨道和陆地交通工具的航程，并以给定的设计速度减小它们推进设备的尺寸和成本。

本发明的粘滞减小性质可有利地用于各种应用，例如飞行器机翼和机身、直升机、导弹、旋转机械、轨道和公路交通工具等。

以下现在描述本发明的该方面。可用于首先解释在以下描述中使用的一些术语。在通过空气介质航行的飞行器上的粘滞减小方面描述本发明。然而，本发明还涉及船舶和例如直升机、无人驾驶航空交通工具、滑翔机、火箭、导弹等在空中行进的物体。还涉及沿铁路行驶的列车车厢和发动机。还涉及沿公路行驶的卡车和汽车。还涉及旋转零件和机械装置，例如风力涡轮机和直升机叶片，其中在它附接的边界层上的粘滞引起不期望的粘滞。下文中，术语飞行器应用于描述表面经受相对于气体的相对运动的任何物体，并且应包括飞机、火箭、直升机、无人驾驶航空交通工具、滑翔机、轨道交通工具、汽车、卡车和其它公路交通工具。下文中，术语空气应指在飞行器上施加粘滞的气体介质。术语机翼应指直接相邻空气介质的空气动力学表面，并且包括飞行器表面的所有区域，包括飞机的机身和尾部，和公路和轨道交通工具的所有空气动力学表面。为了清楚起见，与自由流相邻的表面被称作外表面。

在本发明中，通过气阱泵送的气体下文中被称作空气，但可为任何合适的气体。必要时应干燥气体以确保在空气泵送系统的任何部分上不形成冷凝。必要时还应过滤以确保除去可堵塞限流器的任何颗粒。可通过压缩机或者从存储罐供给加压空气。压缩空气可方便地是来自燃烧或化学反应或来自相变的气体。许多飞行器在它们的机翼表面上包含压缩机或高压空气区域，这也可为本发明合适的压缩空气来源。

虽然在金属片材方面描述了本发明，但是非金属性材料也是合适的，并且这样的材料的片材下文中应被称作金属片材。结合环氧树脂的碳纤维是飞行器制造中常用的一种这样的优选材料。热塑性塑料例如聚碳酸酯也可为合适的，尤其在较低速度交通工具的情况下。这些命名的实例不意图限制它们的范围。

如图13中显示，本发明提供用于飞行器的边界层控制系统。它包含顶片1104，所述顶片1104包含多个加压气阱1124。将它们密堆积在飞行器的表面上，如图15a中显示，其中每个阱1302的边缘与相邻阱的边缘邻接，使得它们覆盖大部分的飞行器。图15b显示加压气阱1322彼此相距短距离的实例。

几何学上，如图15a中显示所布置的相邻的加压气阱覆盖多至约90％的外表面。因此，本发明加压气阱的几何设计提供了比在图14c上显示的现有技术设计的简单通孔1230更大的外表面积1302和更小的入口面积1301的期望效果。用于评估边界层控制设计的有效性的可用指标是在局部区域中被加压气阱覆盖的表面积的百分比，和作为整个飞行器的百分比。

术语“基本上平的”应意指表面基本上平行于飞行器外表面。

为了方便起见，本发明以下被描述为仅由三个片材组成的包层。本领域技术人员将认识到褶皱金属片材设计具有比相同质量的单板更高的强度和刚度。可有利的将本文描述的包层集成到飞行器的结构中使得其有助于所述飞行器的强度和刚度。如果需要，可在该方法中使用额外的片材。

空气动力学表面上的粘滞与它的表面相邻的空气的速度改变率成比例。本发明通过减小飞行器表面上的速度梯度，从而减小其遇到的阻力起作用。将加压气阱的尺寸设计为足够小从而实质上将每个阱与自由流分开。可允许的加压阱的最大尺寸取决于边界层的厚度和气流的性质。自由流可为层流或湍流。边界层厚度和流动的性质可在空气动力学表面上改变。通常，优选小于1cm的阱尺寸，并且小于约1mm的阱尺寸使用之后概述的制造技术来生产是可行的。阱覆盖多至约百分之九十的翼表面。因为它的几何形状，阱入口用作限流器，并且在本说明书中可称作限流器。每个阱内，低速空气从阱入口流到阱出口。空气速度显著低于自由流速度。因此，在每个阱的表面上产生的速度梯度显著低于在相同飞行条件下与自由流相邻的平的表面上的情况。此外，从阱出现的低速空气经过图15a中显示的槽脊(land)1303。在这些区域中的机翼表面上的速度梯度虽然高于在阱中获得的速度梯度，但是仍然显著低于在相同空气动力学条件下在与自由流相邻的平的表面上获得的速度梯度，并且因此减小粘滞。

实际上，本发明用于保护阱的表面免受高速自由流的粘滞效应，并且还用于减小限定外翼表面的槽脊的粘滞效应。本发明的阱可作为吹出孔或吸入孔起作用。吸入孔的缺点在于吸入空气带来将灰尘或昆虫吸入限流器并阻塞限流器的风险。

参照图14a、14b和14c，每个图表示顶片的一部分，如以下解释。在图14a中，可通过检查包含多个本发明的加压气阱1210的片材1211来理解限流器的操作。每个阱的入口1212的横截面面积小于出口1213的横截面面积。特别地，与图14c中显示的不包括限流器的孔1230比较，它的操作可为有利的，在该限流器中入口1232具有与出口1233基本上相同的横截面面积。参照图14a，为了清楚起见，本发明气阱的面积被限定为在它出口1212处的横截面面积。限流器的面积是其最窄部分1213处限流器的横截面面积。限流器的功能对于本发明的有效操作是重要的，如在随后的段落中所解释的。

参照图14c，当空气流过现有技术的未受限制的加压气孔1230时，如US5,803,410中公开的，仅发生小的压降，如以下解释。邻近孔入口1232的腔室中的气压非常接近出口1233处的气压。为了使本发明有效，需要大百分比的开口区域，其中孔占有片材1231尽可能大百分比的面积。因为孔1230的几何形状受生产限制约束，使得孔的直径至少与片材厚度一样大。大开口区域的设计目标导致跨这种设计的薄顶片的气流的最小阻力。这导致通过最接近空气入口的那些孔的气流显著大于更远的那些的临界流动(flaw)。这导致在飞行器机翼上方不均匀的气流。因此，对图14c的设计制作的气孔不适合本发明。

与此相反，图14a和14b示出本发明气阱的合适的实施方案，该气阱结合对气流的限制。当空气从气室通过限流器1212流入空气腔1214并通过它的出口1213逸出时，发生显著的压降。设计气体供给系统、限流器尺寸和总的阱几何形状使得该跨限流器的压降显著大于图13中示出的沿着气室1113的压降。这确保跨过所有与气室1113相邻的限流器的均匀气流，从而导致跨过机翼表面的最佳气流。

因此，入口限流器帮助产生通过每个阱的更均匀的体积流速，并且用于确保每个气室中的均匀气压。如以上描述的气阱下文中将被称作“加压气阱”。

在本发明之前，没有将空气以最佳压力供给至飞行器表面的大表面积上的多个加压气阱的已知方法。发明了并在此公开了合适的空气分配网络。

参照图13，包层的顶表面包含顶片1104，所述顶片1104包含多个小的密堆积的气体阱1124。与自由流空气相邻的每个阱的外表面面积大于与气室1113相邻的它的入口面积的两倍。将加压空气供给至每个气阱的内部，并确保低速空气稳定地流过阱的表面并进入自由流空气。通过包含成形的金属片材元件1102和1103的空气分配系统供给加压空气，这些元件以这样的方式装配和连接至飞机表面101从而产生基本上沿翼展方向定向的气室1112和1113。为了清楚起见，翼展方向应表示垂直于气流的方向，而翼弦方向应表示平行于气流。空气经由孔1121进入组件，并沿腔室1112在翼展方向上流动。空气通过穿孔1122从腔室1112流至相邻的气室1113。孔1122的位置和尺寸，和脊部1110的高度适合确保从空气入口至每个气室的最佳气流。例如，在空气入口1121附近，然后在进一步远离空气供给入口的区域1123中优选较少的孔和具有较小直径的孔。脊部1110的高度和之间的距离减小，从而当需要更大的弦向压力梯度时限制在弦向方向上的流动。

本领域技术人员将认识到如果方便的话，片材1102可被在沿弦向方向上安装的一系列棍代替。棍的高度和间距确定了沿弦向方向上的压降，其方式与使用成型片材1102时脊部1110的高度和之间的距离相同。就本发明的目的而言，这样的棍系统应被称作沿弦向方向定向的褶皱片材。

这种简单的低轮廓系统将空气分布在飞行器的整个外表面上。因此，发明并公开了高度令人满意的空气分配网络，其包含简单的材料并使用在飞行器、轨道和汽车工业中常见的方法来构造。

本发明需要生产带有非常大量的孔的片材。值得注意的是在1mm的孔距下，每平方米需要大约1百万个孔。浸没面积为5,000平方米的单个大型油轮需要大约5,000,000,000个孔。例如机械钻孔、激光、水射流和电子束加工的制造方法是生产顶片型材中所需小孔的合适工艺，并且可适用于实验室规模或小规模生产。然而，当使用目前可得的机器时，上述工艺一次都产生单个孔，并且目前不能够生产本发明的工业应用所需的大数量。

制造本发明另一个困难是本发明的许多实施方案需要每个孔具有比片材厚度更小的入口直径。没有生产这样的孔至所需尺寸和数量的已知或明显的方法。现在已经发明并在本文公开了解决这些问题的方法和设计。

任选通过标准金属片材工艺制造面板。通过在压机中使用大的压模冲孔来生产穿孔金属片材是本领域技术人员已知的标准操作。这种工艺还已知为冲压。可通过该方法大量生产非常细的孔。例如，作为标准品，可商购得到0.4mm厚的不锈钢片材，其具有以1mm或大约1mm间隔的0.5mm的孔。这样的片材常制成2m长×1m宽的尺寸。如本领域技术人员已知的，卷到卷生产也是可能的。通常，冲孔模具每循环冲出多达一千个孔，并且以多达每秒十次循环工作。该方法能够产生大量的细孔。然而，其限制在于孔直径不可小于片材厚度。因此，冲孔能够生产所需数量的孔，但是不能够生产所需限流器比率的孔。

另一种可用的工艺是化学蚀刻工艺。大规模光蚀刻工艺常用于生产金属片材形式的制品，包括不锈钢和铝。光刻工艺用于生产具有精细细节和分辨率为0.1mm或更小的制品。单个片材经历相同的工艺，从而需要基本上相同的生产时间和输入，而不管待蚀刻的孔的数量或尺寸。因此，该工艺在相同的时间内每平方米产生一百万个细孔，并且与每平方米产生一个孔的成本大致相同。光蚀刻是比冲孔更昂贵的工艺，并且不适合在较厚的片材上产生孔。电铸是通过使用光刻工艺在心轴上沉积金属(特别是镍)来形成片材的工艺。它具有光蚀刻的许多特性。下文中，术语“光蚀刻”应包括“电铸”的工艺。下文中，通过光蚀刻、电铸或冲孔产生的带孔金属片材应被称为通过常规方法生产。具有低密度的材料例如铝合金和碳纤维复合材料在飞行器工业中是有利的，并且镍和钢材料通常是不合适的。然而，它们完全适合于公路和轨道交通工具和其它空气动力学表面。

在金属片材的冲压和光蚀刻中目前的穿孔技术将最小孔直径限制为大约材料厚度。特别地，没有在薄金属片材中大量生产密堆积成型孔的已知方法，该薄金属片材在一侧包含窄的限流孔和在另一侧包含较大的出口，其中总出口面积覆盖大部分片材表面。迄今为止，没有生产本发明所需成型孔的已知方法。然而，发明了并且现在以下公开了三种单独的方法，每种都具有特定的应用优势。

第一种优选的方法在图14a中示出，并且中间步骤在图14c和图14d中示出。在第一步骤中，在钢片材中冲出直边孔1230，并且如现有技术片材的附图14c中显示生产穿孔钢片材1231。上直径1233基本上与下直径1232相同。随后，用在每个孔上产生倒角形状的成型模具1245冲压片材1241上的孔。如图14d所示，该模具成型工艺显著地提高加压气阱的直径1243。它还减小了限流器直径1242。扩大的直径1243形成具有高阱覆盖百分比的密堆积的阱。也提高片材厚度。然后任选地涂覆片材以进一步减小限流器孔的直径。化学沉积的镍是钢上的有利涂层，因为涂层厚度高度均匀并且能够控制在几微米的公差内。优选涂层厚度为至多100微米。这产生了高度均匀的限流器尺寸，其显著小于片材厚度。

将限流器制造成小且严格控制的尺寸的第二种有利方法是通过组合两个或更多个单独的片材来制造顶片，如图14b中所示。通过以上描述的冲孔工艺制造较厚的片材1223。薄片材1221是通过冲孔或光蚀刻工艺制造的，并且通常小于约0.3mm厚。这种减小的厚度允许在其中制造更小直径的孔。将具有与片材1221的厚度大约相同的直径的限流器1228生产至紧公差。两个片材1221和1223以它们的孔1226和1228对齐的方式结合在一起。

第三种有利的方法采用复制的已知方法。这是从给定的阴模生产阳模的高度精确的方法。可通过该方法以高精度和再现性来再现顶片。该过程与在图5a、5b、5c和5d中示出的相同。首先，如图5a中所示，具有横截面的砂轮501具有通过金刚石修整机加工成其外表面的期望的凸形轮廓503。然后，在表面研磨机上沿两个正交方向研磨模具502，以产生模具表面形貌。当在第一方向上研磨时，砂轮轮廓503产生模具轮廓504。当在第二正交方向上研磨时产生轮廓505。然后模具涂覆脱模剂薄层。然后将优选包含室环氧树脂的复制剂施加至模具表面。然后将碳纤维布512压向湿的复制剂。必要时可施加多层。如本领域技术人员已知的，通常应用热和真空。环氧树脂复制剂硬化，并且形成和然后从模具取出坚硬的碳纤维片。机加工去掉突出到支撑金属片材的表面上方的凸块511，以露出通孔。然后将以这种方式形成的顶片结合至空气分配框架。这种方法适合于生产飞行器机翼表面，在该飞行器机翼表面需要具有高强度与重量和硬度与重量比的材料。

可参照图17所示的实施方案容易理解已开发的第四种方法。首先将热塑性片材1701结合至多孔热塑性片材1702。然后加热两个热塑性片材并然后真空模塑至钢模具上。阳模包含长的细针，这些针被结合在一起从而形成单个模具。针在其直径和其锥度上被精密研磨。常以高规格和合理的成本生产这样的针。任选地涂覆和润滑针从而防止热塑性塑料粘附到模具上。通过模具抽真空，并将片材压在模具上，针完全穿透固体片材并穿透至多孔片材中。因此，在同一个工艺中形成在实心片材中的阱1704和在多孔片材中的阱1705。因此，高精度制造阱1704的入口直径。一旦形成了阱，就关闭真空，并然后施加正空气压力以从模具释放形成的片材。可应用最后的机加工步骤以确保顶片的平坦外表面。如图13中显示，将该顶片安装到边界控制系统。空气流经穿孔1706、多孔介质和每个阱入口。因此，向每个气阱提供相等的气压和气流。由于气阱的细长几何形状，从每个气阱出现的气流基本上垂直于翼表面。气阱覆盖机翼表面的大部分。该阱的几何形状足够小从而确保在该阱自身内不发生湍流，并且该阱与外部的流场隔离。这由设计条件下的气流决定。在这样的条件下，减小飞行器上的阻力。

本领域的技术人员将认识到本发明中公开的顶片比使用简单通孔生产的具有类似的外表面阱覆盖率的等同顶片机械强度更大并且更坚固。本发明设计的提高的强度使机翼表面的更大部分能够被覆盖在气阱中。

通过应用已知的模拟软件，最佳地优化用于单个飞行器的气流系统设计和阱几何形状的计算。优选的模拟软件包是ANSYS CFX。特别可用于确定压缩气阱和限流器用于它们预期应用的最佳尺寸。还可用于确定肋1110的高度，该高度主要控制沿弦向方向的压力梯度。虽然通过通道、室和孔的最佳设计的被动控制是本发明的一部分，但是可设想可使用例如压力和流动传感器和调节器、控制阀等的已知仪器来优化本发明的操作，特别是在大型装置中的操作。这些是任何空气分配系统的显而易见的要素，并且不作为本发明的一部分要求保护。

因此，已经显示本发明提供减小船体润湿区域的方式，并从而减小船体受到的粘滞。还已经显示本发明提供防止船体结垢的方式。还已经显示本发明提供减小粘滞的边界层控制系统。虽然已经说明本发明的特定实施方案，但是它们不意图为限制性的。对本领域技术人员而言修改和改变可变得显而易见，并且意图本发明仅由所附权利要求书的范围来限定。

Claims (48)

1.减小粘滞的包层，包含外表面，在该外表面内具有多个气阱，每个气阱具有空气入口和出口；其中

每个空气入口的横截面面积小于气阱的出口的横截面面积。

2.根据权利要求1所述的减小粘滞的包层，其中每个气阱的半径小于水的毛细管长度的二分之一。

3.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中每个空气入口的横截面面积小于气阱的出口的横截面面积的十分之一。

4.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中每个阱是圆锥形的。

5.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中多个气阱密堆积。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的减小粘滞的包层，其中阱出口重叠。

7.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中每个气阱的外表面包含疏水材料。

8.根据权利要求7所述的减小粘滞的包层，其中所述疏水材料包含聚四氟乙烯PTFE、或全氟烷氧基共聚物树脂PFA。

9.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中它的外表面包含多个疏水线的环，其中环在两个端部处连接至所述表面。

10.根据权利要求9所述的减小粘滞的包层，其中疏水线包含膨胀的聚四氟乙烯ePTFE、或全氟烷氧基共聚物树脂PFA。

11.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中它的外表面包含由亲水芯和疏水外表面组成的线的线束，并且其中一个线端部连接至包层外表面并且另一个线端部未连接。

12.根据权利要求11所述的减小粘滞的包层，其中线包含玻璃纤维线。

13.根据权利要求11所述的减小粘滞的包层，其中线包含涂覆PTFE的不锈钢线、涂覆PTFE的玻璃纤维线、涂覆PFA的不锈钢线或涂覆PFA的玻璃纤维线中的至少一种。

14.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层,其还包含空气分配系统。

15.根据权利要求14所述的减小粘滞的包层，其中该空气分配系统包含：

至少两个褶皱片材，所述至少两个褶皱片材中的至少一个包含多个穿孔；其中布置片材使得至少两个片材的褶皱轮廓的脊部基本上彼此正交，从而产生至少两个气室，每个气室通过穿孔彼此连通。

16.根据权利要求15所述的减小粘滞的包层，其中该空气分配系统还包含与所述至少两个气室中的一个连通的空气入口。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的减小粘滞的包层，其还包含在至少一个基本上平的片材中形成的多个空气出口，其中每个空气出口与多个气阱之一的空气入口连通。

18.根据权利要求14所述的减小粘滞的包层，其中空气分配系统包含波形片材。

19.根据权利要求15所述的减小粘滞的包层，其中将波形片材结合到顶片以形成单个面板。

20.根据权利要求16所述的减小粘滞的包层，其中在顶片和波纹片之间形成单个风室。

21.根据权利要求19或20所述的减小粘滞的包层，其还包含安装片材，该安装片材包含接收孔和焊接凹陷。

22.根据权利要求21所述的减小粘滞的包层，其用聚异丁烯或其它类似的粘弹性材料回填。

23.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中外表面包含在夹层结构中彼此对齐并结合的三个片材。

24.根据权利要求23所述的减小粘滞的包层，其包含结合至两个较厚片材的薄的中心片材。

25.根据权利要求24所述的减小粘滞的包层，其中薄的中心片材具有在约25-约200微米范围的厚度。

26.根据权利要求24或25所述的减小粘滞的包层，其中薄的中心片材具有多个限流器孔，每个形成气阱入口。

27.根据权利要求26所述的减小粘滞的包层，其中将每个限流器孔涂覆在疏水的含氟聚合物涂层中。

28.根据前述权利要求任一项所述的减小粘滞的包层，其中外表面包含结合至穿孔片材组件的纤维表面带。

29.根据权利要求28所述的减小粘滞的包层，其还包含开放式基板。

30.根据权利要求29所述的减小粘滞的包层，其中前述权利要求任一项其中疏水纤维层结合至该开放式基板。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的减小粘滞的包层，其还包含一层或多层疏水纤维和具有暴露的亲水芯的单层疏水纤维。

32.根据权利要求28至31中任一项所述的减小粘滞的包层，其还包含结合至穿孔金属片材的箔。

33.根据前述权利要求任一项所述的粘滞减小包层，其包含密堆积形成的锥形细长阱。

34.根据权利要求33所述的减小粘滞的包层，其包含结合至多孔热塑性片材的热塑性片材。

35.根据权利要求34所述的减小粘滞的包层，其包含细长的气阱，其中从每个气阱出现的气流基本上垂直于外表面。

36.用于船上包层系统的空气分配系统，包含：

至少两个褶皱片材，所述至少两个褶皱片材中的至少一个包含多个穿孔；其中布置至少两个片材使得至少两个片材的褶皱轮廓的脊部基本上彼此正交，从而产生至少两个气室，每个气室通过穿孔彼此连通。

37.根据权利要求36所述的空气分配系统，其还包含与所述至少两个气室中的一个连通的空气入口。

38.根据权利要求36或权利要求37所述的空气分配系统，其还包含在至少一个基本上平的片材中形成的多个空气出口。

39.用于涂覆船体的带材，包含

包含前侧和后侧的疏水背衬膜，和

连接至疏水背衬膜的前侧的多个疏水线的环。

40.根据权利要求39所述的带材，其中配置后侧用于粘附结合。

41.根据权利要求39或权利要求40所述的带材，其中所述疏水线是ePTFE线。

42.用于涂覆船体的带材，包含

包含前侧和后侧的疏水背衬膜，其中

配置所述带材的后侧用于粘附结合，和

包含两个端部的线的线束，其中一个端部连接至所述疏水背衬膜的前侧，和

其中另一端部是未连接的，和

其中线的外表面是疏水的，和

其中内芯包含亲水材料，和

其中亲水芯暴露于每条线束的未连接的端部。

43.根据权利要求42所述的带材，其中该线是涂覆PTFE的不锈钢线。

44.带孔金属片材，包含

带孔片材，其中所述片材的厚度与孔的直径的比率为约1:1或更小，和

结合至所述片材的孔和任选的一个或两个平表面上的涂层，其中

涂覆的片材厚度与其孔的直径的比率大于2:1。

45.根据权利要求44所述的金属片材，其中涂层是化学沉积的镍。

46.形成具有锥形孔的金属片材的方法，包括：

在金属片材上穿孔圆柱孔；

用具有锥形底的成型模具冲压每个圆柱孔；

涂覆每个孔的内部以减小在锥体尖端处孔的尺寸；

将带材施加在金属片材上，并将带材压入锥形孔中；和

对带材穿孔以进一步减小在锥体尖端处孔的尺寸。

47.根据权利要求1至35中任一项所述的减小粘滞的包层，其包含细长的气阱，其中从每个气阱出现的气流基本上垂直于外表面。

48.用于涂覆船体的带材，包含以下至少一种：

包含前侧和后侧的疏水背衬膜，或

连接至疏水背衬膜的前侧的多个疏水线的环。

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