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CN106125169A - 具有亚微观结构的空气动力微观结构 - Google Patents

具有亚微观结构的空气动力微观结构 Download PDF

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CN106125169A CN201610297966.5A CN201610297966A CN106125169A CN 106125169 A CN106125169 A CN 106125169A CN 201610297966 A CN201610297966 A CN 201610297966A CN 106125169 A CN106125169 A CN 106125169A
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Abstract

本发明公开了具有亚微观结构的空气动力微观结构。一个公开的示例装置包括在交通工具的外表面上的空气动力微观结构，以及叠加在所述空气动力微观结构上的亚微观结构，其中所述亚微观结构被间隔开以减少反射。

Description

具有亚微观结构的空气动力微观结构
技术领域
本发明总体涉及微观结构，并且更具体地涉及具有亚微观结构的空气动力微观结构。
背景技术
微观结构通常使用在飞行器上以改变飞行器的飞行特性和/或动力。特别地，例如肋条的微观结构被使用在飞行器机翼、飞行器的尾翼(fin)或机身的表面上，以降低飞行器的阻力和/或阻力系数，这能够导致整体的燃料节省和/或减少二氧化碳排放等。然而，肋条和其他微观结构也能够基于它们的几何构型引起或防止某些光学效果和特性，所述光学效果和特性包括高反射率、定向反射和/或对于飞行器美观的其他潜在作用。高反射率和相关联的定向反射经常被称为闪烁(glint)，闪烁能够影响飞行器的可见度和/或外观美观。与典型的飞行器表面(例如，机翼表面、机身表面等)相比，肋条由于其自身的几何构型、形状和/或特征可以引起在不规则方向中的闪烁。
在一些情况中，高闪烁是优选的，而在其他情况中，高闪烁不是优选的。一些已知的减少闪烁的解决方案包括例如平坦黑涂料的低反射率光学涂层或多层膜涂层。然而，在几乎总是产生闪烁的高掠射角度(例如，离表面法线大约90度)下的这些解决方案一般不是有效的。其他已知的解决方案包括印花釉法(decal)，但是应用这些解决方案到例如肋条的空气动力表面能够对肋条的空气动力性能产生负面影响，并且因此降低了肋条有效性。
发明内容
一种示例装置包括在交通工具的外表面上的空气动力微观结构，以及被叠加在空气动力微观结构上的亚微观结构，其中所述亚微观结构被隔开以减少反射。
一种示例方法包括使用交通工具，其中亚微观结构被叠加在所述交通工具的空气动力微观结构上，以及其中所述亚微观结构被大约为可见光波长的距离隔开以减少反射。
另一示例方法包括在空气动力微观结构上提供亚微观结构，其中所述亚微观结构被隔开以减少反射。
另一示例方法包括经由工具将纹理外表面提供到与交通工具的外表面相关联的肋条上以减少闪烁。
另一示例装置包括在交通工具的外表面上的空气动力微观结构，其中所述空气动力微观结构具有主峰和所述主峰之间的基表面，以及在所述基表面上或靠近所述基表面的次峰，其中所述次峰的高度低于所述主峰高度的三分之一。
一个实施例涉及一种装置，所述装置包括在交通工具的外表面上的空气动力微观结构；以及叠加在所述空气动力微观结构上的亚微观结构，其中所述亚微观结构被隔开以减少反射。所述亚微观结构之间的间距可以大约为可见光的波长。空气动力微观结构可以包括飞行器肋条。所述肋条可以具有在所述肋条的尖端附近的相对较小的亚微观结构和在所述肋条的凹处附近的相对较大的亚微观结构。亚微观结构的表面可以被涂覆反射涂层。亚微观结构之间的间距可以小于约0.4微米。根据对优质反射的需求，亚微观结构之间的间距可以在约0.4和0.7微米之间。所述装置还可以包括邻近空气动力微观结构的色彩层。
本发明的实施例涉及使用交通工具的方法，其中亚微观结构被叠加在所述交通工具的空气动力微观结构上，并且其中亚微观结构被大约为可见光的波长的距离隔开以减少反射。在空气动力微观结构上提供亚微观结构，以及隔开所述亚微观结构以减少反射将增强本发明的性能以减少反射。亚微观结构可以从微观结构的基部到所述微观结构的尖端具有不同的几何构型。亚微观结构可以被机械加工到所述空气动力微观结构上。亚微观结构之间的距离可以小于约0.4微米。根据对优质反射的需求，亚微观结构之间的距离在约0.4和0.7微米之间。亚微观结构可以具有三角形形状、凹槽形状、正弦曲线形状、抛物线形状、锥形形状、圆柱形形状或多个缺口中的一个或多个。
另一实施例涉及一种方法，所述方法包括在空气动力微观结构上提供亚微观结构，其中所述亚微观结构被隔开以减少反射。所述亚微观结构之间的距离可以大约为可见光的波长。提供亚微观结构可以包括机械加工、铸造或挤压所述亚微观结构到所述空气动力微观结构上。提供亚微观结构可以包括压印所述亚微观结构到所述空气动力微观结构上。提供亚微观结构可以包括机械加工或压印所述微观结构。所述方法还可以包括对齐工具以提供所述亚微观结构到所述空气动力微观结构上，并且其中提供所述亚微观结构经由所述工具完成。所述工具可以是压印工具。亚微观结构之间的所述距离在约0.4和0.7微米之间。
一个实施例包括一种方法，所述方法涉及经由工具将纹理外表面提供到与交通工具的外表面相关联的肋条上以减少闪烁。所述纹理外表面可以包括亚微观结构，其中所述亚微观结构之间的距离大约为可见光的波长。亚微观结构可以具有三角形形状、凹槽形状、正弦曲线形状、锥形形状、圆柱形形状、抛物线形状或多个缺口中的一个或多个。亚微观结构之间的距离可以大约等于约0.4和0.7微米之间的范围。肋条的脊峰相对于所述肋条的凹处的高度可以大约为10-200微米。所述交通工具可以包括飞行器。
一个实施例可以涉及一种装置，所述装置包括在交通工具的外表面上的空气动力微观结构，所述空气动力微观结构具有主峰和所述主峰之间的基表面；以及在所述基表面上或靠近所述基表面的次峰，其中所述次峰的高度低于所述主峰高度的三分之一。主峰或次峰的一个或多个可以具有叠加到它们上的亚微观结构以改进性能。主峰或次峰的一个或多个可以是凸脊形的以增强特定条件期间的空气动力效率。主峰和次峰可以是凸脊形的，并且所述主峰和所述次峰的凸脊基本上彼此平行地共同延伸。次峰可以位于空气动力微观结构的基部部分和色彩层之间的界面上。
附图说明
图1说明了可以被用于实施本文公开的示例方法和装置的示例飞行器。
图2是来自图1的示例飞行器的外表面的示例肋条微观结构，本文公开的示例可以被实施在所述示例肋条微观结构上。
图3是具有根据本公开教导的叠加的亚微观结构的示例微观结构的截面图。
图4说明了具有叠加的亚微观结构的另一示例微观结构的示例表面部分，所述叠加的亚微观结构可以小于光的波长。
图5A-5F说明了可以被用于实施微观结构以及可以被叠加在微观结构上的亚微观结构的示例形状。
图6是具有叠加在示例微观结构的基表面上的亚微观结构的另一示例微观结构的视图。
图7是具有叠加在示例微观结构的基表面上的亚微观结构并且在界面处具有附加的亚微观结构的另一示例微观结构的视图。
图8说明了可以被用于实施本文公开的示例的示例性辊轧成形系统。
图9说明了可以被用于实施本文公开的示例的示例压印系统。
图10是图9的示例性压印系统的详细视图。
图11是可以被用于实施本文公开的示例的示例方法的流程图。
只要可能，相同的参考数字将贯穿(多个)附图和所附书面说明书被使用，以表示相同的或相似的部件。如本公开中使用的，陈述任何部件以任何方式设置(例如，设置、位于、布置或成形等)在另一部件上，意为提及的部件与另一部件接触，或提及的部件在另一部件上方，其中一个或多个中间部件位于它们之间。陈述任何部件与另一部件接触意为在两个部件之间没有中间部件。
具体实施方式
本文公开了具有亚微观结构的空气动力结构。例如，像肋条这样的微观结构通常被用在飞行器的空气动力表面上以改变和/或改进飞行特性以降低飞行器的整体阻力，例如，并且因此，可以导致整体的燃料节省和/或减少二氧化碳排放等。然而，这些肋条和其他空气动力微观结构也可以引起某些相关联的和/或非预期的光学/视觉作用，所述光学/视觉作用包括改变某些角度和/或观察角度处的反射率，由此潜在地引起闪烁和/或对飞行器的美观的其他潜在作用(例如，光泽、颜色作用、颜色失真等)。
飞行器和/或与飞行器相关联的例如肋条的外部微观结构可以具有精加工的、平滑的和/或抛光的表面，这些表面具有高反射率并且可以导致能够引起闪烁的菲涅耳反射(Fresnel reflection)。在大致与肋条对准的方向中导致的闪烁能够朝飞行其他飞行器的飞行员和/或所述飞行器的观察者反射大量光。闪烁也能够影响飞行器飞行员的可见度和/或观察能力(例如，飞行员视觉受损于从飞行员所飞行的飞行器的机头反射的太阳光)。在某些实施例中，有利的是具有低光泽和/或减少的反射(例如，军事应用等)。
本文公开的示例利用亚微观结构(例如，纳米结构)，所述亚微观结构可以是或可以不是纳米级的(例如，在(多个)尺寸中大约为10-9米级)，其被叠加在微观结构(例如，外部空气动力微观结构)之上或之下以减少可以由例如微观结构引起的闪烁和/或反射(例如，菲涅耳反射等)。在一些示例中，其中实施多个示例的微观结构被应用于交通工具(例如，飞行器、陆基交通工具、潜艇等)。这些肋条被用于减小交通工具的阻力系数。在一些示例中，所述亚微观结构被用于定制被提供示例微观结构的交通工具的表面或者特征的光学和/或美观属性。
对于具有低反射可以是有利的应用来说，本文公开的示例允许减少自交通工具的反射和/或闪烁的交通工具表面。本文公开的示例还允许交通工具的定制的光学效果。特别地，例如，一些示例通过限制或增加相对于交通工具的可见外表面的某些位置处和/或观察角度的反射率或透射率允许例如色彩层的某些美观特征从某些预定角度可被观察到。所述色彩层可以被机械地耦合到微观结构和/或与微观结构是一体的，所述微观结构用于不同的装饰和/或反射作用。在一些示例中，色彩层和/或微观结构可以具有在色彩层和微观结构之间的界面特征(例如，纹理表面)，用于不同的光学效果，例如光吸收或折射作用。
在一些示例中，亚微观结构通过机械加工或任何其它适合的工艺被提供到微观结构。特别地，例如，亚微观结构可以经由辊轧成形或压印加工被成形在微观结构上。在本文公开的一些示例中，在微观结构被挤压时(例如，内联二次加工)亚微观结构被成形在所述微观结构上。提供和/或生成亚微观结构可以经由直接表面修改或间接地经由创建辊轧成形或压印的工具而发生，或者通过挤压成形、铸造、喷涂、蚀刻等而发生。
如本文使用的，术语“微观结构”可以指几何构型特征，该几何构型特征的尺寸和/或几何构型特征之间的距离(例如，周期性距离，高度和/或宽度等)具有大约10-200微米的大小，但是通常是75-125微米。如本文使用的，术语“亚微观结构”可以指几何构型特征，该几何构型特征的尺寸和/或几何构型特征的距离(例如，周期性或非周期性距离、高度和/或宽度等)显著地小于微观结构。在这些示例中，亚微观结构可以具有大约0.1-10微米的大小。一些亚微观结构(它们有时被称为“纳米结构”)的大小和/或距离(例如，周期性距离)的范围可以大约等于或小于可见光的波长，其为约0.4-0.7微米。因此，术语“亚微观结构”也可以指小于约0.4微米的尺寸。因此，对于本文使用的术语“微观结构”和“亚微观结构”，短语“大约等于光的波长”意为尺寸可以从约0.1至10微米的范围内变化。
图1说明了示例飞行器100，其中本文公开的示例可以被实施在所述飞行器100中。示出示例的飞行器100包括尾部101、水平稳定器106、头部(例如，驾驶舱部)110和与机身114附连的机翼112，所述尾部101包括与背侧整流罩104相邻的垂直尾翼102。本文描述的示例可以被应用到尾部101、头部110、稳定器106、机翼112和/或机身114中的任意的表面和/或特征(例如，肋条)或任意其他外部或外侧结构(例如，机翼支柱、发动机支柱、鸭式稳定器等)和/或表面。
图2是来自图1的示例飞行器100的外表面的示例微观结构200，在所述微观结构上可以实施本文公开的示例。示出示例的微观结构200包括凸脊202和基表面(例如，凹处、飞行器表面等)204，所述凸脊202彼此间隔开，所述基表面204将凸脊202彼此隔开。在这个示例中，凸脊202的轮廓大致是三角形的，由此限定具有大致三角形横截面的凸脊。微观结构200的轮廓是被挤压出的，以限定微观结构200(例如，微观结构200的限定的体积)。虽然在这个示例中示例微观结构200是被挤压出的，但是示例性微观结构200可以通过压印、铸造、冲压、热成形、机械加工等被成形。在其他示例中，基表面204可以具有比凸脊202更小的凸脊(例如，小于凸脊202高度的三分之一)以控制闪烁。
在这个示例中，微观结构200是飞行器100的肋条，并且例如被用于通过减小飞行器100的整体阻力改变飞行器100的空气动力特性，并且可以位于飞行器100的任意外表面上。示出示例的微观结构200被用于通过控制湍流边界层和/或阻止与飞行器100外表面附近的空气中的湍流边界层相关联的交叉流动(cross-flows)来减小空气动力阻力。特别地，示例微观结构200具有凸脊202并且被安装在飞行器100的外表面上，并且与期望的气流方向对准。这种对准允许凸脊202作为扰乱和降低外表面附近的横向气流移动的小的栅栏或导向器以增强内联(in-line)湍流气流并且降低来自外表面的蒙皮摩擦，由此减小飞行器100的整体阻力。在一些示例中，微观结构200在飞行器100的制造过程中或制造之后不被附连或安装在外表面上，而是与外表面集成。例如，微观结构200可以预先成形到外表面内或外表面上(例如，机械加工或模制到蒙皮表面上、构建到复合固化部件中、自动铺设等)而不是被耦合(例如，机械地附着)到外表面。
微观结构200的整体几何构型通常可以引起定向(例如，前向散射或背散射)反射，和/或被称为闪烁的光学现象。当光以接近表面的某些角度(例如，入射角远离表面法线)撞击表面引起光射线从微观结构200的表面和/或刻面(facets)朝相对于微观结构200和飞行器100的某些观察角度和/或位置向前反射(例如，前向散射)时最常发生闪烁。来自直接照明或来自从另一表面的反射的入射光可以撞击所述表面。在一些示例中，这个反射可以在相对于微观结构200的某些观察角度和/或位置处引起闪烁。如图2中所示，入射光射线206可以几乎平行于凸脊表面地撞击一个凸脊202，并且因此反射208朝基表面204向前行进，其中被反射的光射线208可以被吸收、被传输或被反射。类似地，例如，光射线210可以导致从基表面204朝凸脊202中的一个的表面的反射212。所述反射208、212有时被称为掠射角光反射，因为它们是由于入射光射线扫略(以远离法线的角度撞击所述表面)所述表面而引起的反射并且可以引起包括强反射和/或闪烁的不期望的和/或非预计的光学效果。
图3是具有根据本公开的教导的叠加的亚微观结构(例如，纳米级凸脊、亚微观结构图案等)的微观结构(例如，肋条、挤压的肋条)300的截面视图。示出示例的微观结构300具有不同的部分，其包括具有尖端305的远端部分304、中间部分306和基部部分308。在这个示例中，远端部分304通过过渡部分310与中间部分306分离，在过渡部分310中，亚微观结构可以从一个大小过渡到另一大小(例如，逐渐过渡)。过渡部分310具有亚微观结构312，而中间部分306具有亚微观结构314。同样地，示出示例的基部部分308具有亚微观结构316。在一些示例中，尖端305可以太小以至于没有亚微观结构被叠加到尖端305上。然而，在一些示例中，靠近尖端305和/或在尖端305上可以叠加纳米级亚微观结构。
示出示例的亚微观结构312、314、316的每一个均具有特性特征。例如，亚微观结构314的特性特征包括基表面(例如，凹处)318、间距(例如，周期性的、非周期性的)320、脊峰高度322和倾斜角度(例如，相对于微观结构300的表面或刻面的角度)324。在这个示例中，光射线330被示出引导向中间部分306。在这个示例中，光射线330的波长类似于距离320并且当光射线330朝亚微观结构314行进时，一部分光射线330被传输到一个基表面318，并且光射线330的另一部分从亚微观结构314反射。由于光射线330的波长大约类似于间距320的大小，因此光射线330的很大一部分被亚微观结构314吸收，并且因此，从亚微观结构314反射的光射线330的所述部分被显著降低和/或被消除，由此降低由光射线330产生的反射和/或闪烁。此外，由于亚微观结构314具有凸脊和距离，所述凸脊具有朝基表面318相对平滑增加的凸脊宽度(例如，亚微观结构314在其基部处比其各自尖端更宽)，所述距离是可见光波长的数量级，所以它们在微观结构300的表面上生成了梯度折射率。可替换地，朝基表面318的微观结构314的整体宽度变化的形状利于从微观结构314的光分量反射(例如，菲涅尔反射)。
与亚微观结构314和/或亚微观结构316相比，过渡部分310的远端部分304的示例亚微观结构312具有相对较小的脊峰高度和间距(例如，周期性的距离)。因此，在适用于上述亚微观结构314的方法中，示出示例的亚微观结构312降低和/或最小化由入射光射线造成的反射或闪烁。在这个示例中，与亚微观结构314相比，亚微观结构312相对较小且更加密集地封装在一起，以保持微观结构300的某些空气动力平滑。特别地，过渡区域310中和/或尖端305附近的较大亚微观结构可以引起增加的阻力和/或湍流。在这个示例中，亚微观结构312不延伸到尖端305中，以防止微观结构300的耐久性问题、损坏和/或过早结构故障。另外，在一些示例中，位于微观结构远端附近或该远端附近的过渡区域的亚微观结构相对较小(例如，高度和/或(多个)周期性距离等)以便更容易地制造和/或基于制造约束。
在这个示例中，亚微观结构316的脊峰高度和距离类似于亚微观结构314。可替换地，与亚微观结构314和/或亚微观结构312相比，亚微观结构316的脊峰高度和/或距离可以变化。在一些示例中，在一些位置中，亚微观结构316可不同于亚微观结构314，但是亚微观结构316具有过渡梯度，其中邻近亚微观结构314的亚微观结构316的尺寸特性与亚微观结构314的尺寸特性类似，但是离亚微观结构314较远的则不同。同样地，亚微观结构314可以具有到亚微观结构312的过渡梯度，并且反之亦然。
虽然亚微观结构312、314、316被示出在一些位置大体垂直于微观结构300的表面突出，但是亚微观结构312、314、316中的任意一种均可以相对于它们从中延伸出的微观结构300的各自表面成角度和/或成形(例如，可以是倾斜的)。在一些示例中，亚微观结构312、314、316的这种角度调整增加了亚微观结构312、314、316的可制造性(例如，在机械加工、铸造或模制加工等等中移除工具)的容易度。另外，相对于微观结构300的表面调整亚微观结构312、314、316的角度可以允许光射线入射在微观结构300上的不同的视觉作用和/或反射角度。在一些示例中，这种角度调整和/或成形也可以允许反射只在相对于微观结构300的某些角度(例如，观察角度)处被观察到。
虽然示例性亚微观结构312、314、316在图3中也被示为在各/独立的亚微观结构中具有大致规则的图案(例如，各亚微观结构之间的距离是相对类似的)和/或相对一致的高度，但是亚微观结构312、314、316的特性可以在微观结构300的多个部分上变化。例如，亚微观结构314的距离(例如，周期性的距离)320可以从基部部分308变化到尖端305(例如，距离320的伸长或缩短和/或脊峰高度322的伸长或缩短)。在一些示例中，亚微观结构的整体形状、几何构型和/或(一个或多个)结构可以在微观结构300的不同部分上变化(例如，在微观结构的一个部分中是凸脊形亚微观结构而在另一部分中是锥形亚微观结构)。附加地或可替换地，亚微观结构312、314、316中的任意一个均可以具有随机分布的脊峰高度和/或各亚微观结构之间的间距。
虽然示出示例的微观结构300是凸脊形的，但是微观结构300可以是任意适合的形状或几何构型，包括下面结合图5A-5F描述的任意形状和/或任意形状的组合。同样地，虽然在图3中的亚微观结构312、314、316被示为具有大体三角凸脊形轮廓或横截面，但是它们可以是任意适合的形状，包括下面所示的与图5A-5F相关联的任意形状和/或所述形状或几何构型的任意组合。
在一些示例中，涂层可以被应用到微观结构300和/或任意亚微观结构312、314、316。例如，微观结构300和/或亚微观结构312、314、316可以被涂覆抗反射涂层、反射涂层和/或色彩涂层(例如，油漆、油墨或染料浸剂)，它们完全和/或部分涂覆在单侧或刻面上，以控制光在预定方向和/或(一个或多个)观察角度中的反射。在一些示例中，涂层只被应用到微观结构300的部分(例如，基部部分308、中间部分306和/或远端部分304)和/或亚微观结构312、314、316的部分(例如，亚微观结构314的面向上的表面等)。
图4示出了具有在表面404上的叠加的亚微观结构(例如，纳米结构)402的示例微观结构表面400。在这个示例中，微观结构400和叠加的亚微观结构402也是聚合物，并且因此，限定用于入射光射线的空气-聚合物界面406。与上面结合图3所描述的亚微观结构312、314、316不同，示出示例的亚微观结构402具有圆形的锥状突出物(有时被称为蛾眼几何构型(motheyegeometry))。大致垂直于表面404延伸的示例亚微观结构402具有类似于入射光的波长或入射光的波长的数量级的相关联的特性尺寸(例如，被距离隔开，具有相应的倾斜(pitch)距离)和/或被限定在叠加在微观结构上的亚微观结构的距离和高度之间的宽高比。
在这个示例中，箭头408表示朝亚微观结构402引导的入射光射线的大致方向。由于朝亚微观结构402定向，示例入射光射线被分割成由箭头410表示的较小的反射部分和由箭头412表示的且基于材料特性的被耦合到材料中的较大的传输和/或吸收部分。示出的示例的箭头408、410、412也分别由相对于表面404示出的箭头416、418、420表示。在这个示例中，箭头418被反射，而箭头420被传输和折射。然而，示出示例的亚微观结构402通过生成从空气到微观结构400的材料的折射率的逐渐变化而显著降低(一个或多个)菲涅尔反射的强度，并且因此减少了来自表面404的闪烁。
图5A-5G图示出可以被用于微观结构以及可以叠加到微观结构的亚微观结构(例如，纳米结构)的几何构型(例如，形状)的示例。图5A-5G的示例形状也可以被利用作为这些形状的任意组合和/或用于微观结构和亚微观结构两者的任意其他适合的形状。特别地，图5A-5G中示出的形状可以被彼此叠加(例如，随着亚微观结构被施加到微观结构上等)。例如，图5E的示例突出物540可以作为亚微观结构被叠加到图5G的示例突出物562或间隙564上，并且反之亦然。
图5A描绘了可以被用于实施本文描述的示例微观结构和/或亚微观结构的示例突出物(例如，从基表面的凸块、突出物等)形状500。示例性突出物形状500也具有对应的凸块轮廓(例如，截面形状)504，所述对应的凸块轮廓可以沿多个方向变化并且其可以是正弦曲线、抛物线、三角形或任何其它适合的几何构型。在具有抛物线形轮廓的示例微观结构中，亚微观结构可以被叠加到靠近与三角形微观结构相对的微观结构的抛物线形微观结构上。在一些示例中，三角形微观结构尖端附近放置的亚微观结构可导致结构弱化和/或由于制造约束而不可行(例如，工具可能不能从三角形微观结构移走而不损坏尖端附近的亚微观结构)。
图5B描绘了示例性几何构型，其作为独立形状被示出并且可以被应用到微观结构或亚微观结构。示例几何构型包括三角形形状510、圆柱形形状512、矩形形状514和正弦曲线和/或抛物线形状516。例如，三角形形状510可以是锥形、锥体形状或三角形凸脊。一般地，图5B的示例几何构型可以是具有对应深度的形状轮廓(例如，具有延伸出或挤压出的限定深度的二维形状)或例如锥形的三维形状。例如，抛物线形状516可以被挤压/延伸为截面或者可以围绕轴线被旋转以具有三维抛物线形状。
图5C描绘了具有不同高度的示例几何构型520，其可以被应用到微观结构或亚微观结构。示出的示例的几何构型520包括脊峰522和亚脊峰524，它们可以以相对规则图案(例如，交替图案)被布置或者可以不以规则图案(例如，随机分布)被布置。可替换地，预定数量的亚脊峰524可以位于脊峰522之间的跨距内(例如，在一个或多个方向上脊峰522之间的三个亚脊峰524，等等)。在这些示例的任意一个中，脊峰522和亚脊峰524相对于彼此的布置可以允许不同的光学效果和/或减少的闪烁。在一些示例中，亚脊峰524可以是微观结构或是亚微观结构。
图5D描绘了二维或三维示例性倾斜的几何构型530，其可以允许改进的和/或期望的光学效果和/或经由例如简化的工具释放而更易于制造。示出示例的倾斜的几何构型530可以被实施为微观结构或亚微观结构。例如，具有倾斜的几何构型的亚微观结构可以被叠加到具有倾斜的几何构型的微观结构上。
图5E描绘了具有从表面延伸出(例如，突出)的图案的三维突出物540。在这个示例中，突出物540具有类似锥形的形状。示出示例的突出物540可具有矩形刻面和/或为具有圆形截面的锥形。虽然图5E的示出示例显示了类似锥形的形状，但是任何适合的形状也可以被使用，包括本文公开的示例中所描述的那些形状。在一些示例中，三维抛物线函数(例如，旋转抛物线函数)可以被用来限定三维突出物。
图5F描绘了表面上的三维缺口550。示例性缺口550可以是任意适合的形状，包括本文描述的那些形状。例如，所述缺口可以是类似椭圆形的或圆形缺口(例如，凸块缺口(bump indentation))、孔、凸脊和/或凹槽等。在一些示例中，三维缺口550和例如图5E的类似锥形的几何构型540的类似锥形的突出物的组合可以被用于限定具有独特光学特性的微观结构或亚微观结构的形状。
图5G描绘了图案560，在图案560中，突出物(例如，三角形凸脊)562被间隙(例如，平面间隙)564隔开，图案560类似于图2的微观结构200。在这个示例中，突出物562以大体相似或相等的距离被彼此隔开。然而，在其他示例中，突出物562之间的间距可以变化(例如，可以是不规则的)以改进可制造性(例如，工具分离)和/或以便某些期望的光学效果。在一些示例中，间隙564是弯曲的，具有多个区段和/或是波状的。
图6是另一示例性微观结构600的视图，其在这个示例中是肋条。示例性微观结构600包括微观结构凸脊(例如，肋条凸脊)602，所述微观结构凸脊602具有大致三角形的尖端604和凸脊602的表面(例如，刻面)606。示例性微观结构600包括亚微观结构凸脊610，所述亚微观结构凸脊610延伸穿过肋条凸脊602和另一相邻肋条凸脊(例如，之间的跨距)之间的微观结构600的基部。在这个示例中，亚微观结构凸脊610是被提供在微观结构600的基部上的亚微观结构，并且还包括彼此相邻并且限定凸脊610的脊峰的凸脊表面(例如，刻面)612、614。在一些示例中，凸脊表面612、614具有自垂直线的相对于彼此不同的倾斜角度(例如，凸脊表面612、614处于相对于图6中所示的视图中的垂直线不同的角度)。示出示例的微观结构600和亚微观结构凸脊610与色彩层620相邻。
在这个示例中，肋条凸脊602和亚微观结构凸脊610在相对于彼此大致垂直的方向上延伸。在其他示例中，示例性亚微观结构凸脊610可以基本平行于肋条凸脊602或相对于肋条凸脊602成角度。在一些示例中，跨越凸脊602和相邻凸脊之间的表面具有轮廓线，所述轮廓线在肋条凸脊602和相邻的肋条边缘之间可以是相对平坦的、弯曲的和/或成角度的，并且因此，亚微观结构凸脊610可以遵从这种轮廓线。在一些示例中，亚微观结构凸脊610以相对于肋条凸脊602的不同角度被取向，以用于包括减少闪烁作用的不同的光学效果(例如，针对相对于示例微观结构600的观察角度的特定范围的闪烁减少)和/或可以由色彩(例如，之前被着色)材料制造。
示出示例的微观结构600被机械加工地耦合和/或附连到色彩层620。在一些示例中，色彩层620与微观结构600一体形成。在一些示例中，色彩层620可以是被着色的微观结构的一部分(例如被涂覆，等)和/或在二次加工(例如，分层加工等)期间被增加到所述微观结构600。
在图6的示出示例中，微观结构600是微透明(semi-translucent)的、完全半透明的(fully translucent)或透明的。特别地，示例性微观结构凸脊602和亚微观结构凸脊610可以允许至少一部分光传播通过其中，同时基于介质的光折射率和在光传播所通过的界面处的入射角度而反射另一部分光。在这个示例中，入射光射线630朝微观结构凸脊602的表面606引导。示出示例的入射光射线630具有产生的传输分量632，所述传输分量632在凸脊602中被吸收和/或传播通过凸脊602。入射光射线还具有被反射的分量634，所述被反射的分量634朝亚微观结构凸脊610引导。在一些示例中，经由叠加到表面606上的亚微观结构(例如，亚微观结构312、314、316、402)，入射射线630至少部分被吸收在微观结构凸脊602内。
示出示例的被反射的分量634是到亚微观结构凸脊610上的入射射线。入射射线634撞击亚微观结构刻面614，由此生成另一反射的射线635，所述另一反射的射线635被引导回微观结构表面606，在微观结构表面606上，所述另一反射的射线635可以被散射、被传输经过微观结构表面606和/或被吸收，由此减少闪烁。此外，产生的传输分量636被耦合到微观结构基部层中并且朝色彩层620引导，在色彩层620中，反射部分638可以然后被朝向表面612、614反射，并且另一部分640可以在微观结构600的基部内被吸收或散射。这类吸收和/或散射可以通过将所述部分640再次引导到多个方向中而进一步减少闪烁。在一些示例中，朝其他亚微观结构(例如，表面606上的亚微观结构)引导反射的部分也可以进一步减少闪烁(例如，朝亚微观结构传送被反射的光分量)。
如上所述，在一些示例中，例如，表面606上的亚微观结构减少了朝亚微观结构凸脊610反射的光的量。在一些示例中，凸脊610和/或表面612、614具有叠加在它们上面的亚微观结构。
附加地或可替换地，表面612、614中的任一者可以是可反射的(例如，镜面反射的)表面和/或具有反射部分，以控制被反射光的量级和方向。虽然在所述示例中凸脊610是亚微观结构，但是它们可以是微观结构(例如，具有的尺寸大于本文所描述的亚微观结构)，但是与微观结构600相比，凸脊610仍然相对较小。可以确定，被设置在主微观结构之间(例如，在主微观结构之间的基部表面处)并且约为主微观结构的大小和/或间距的三分之一的相对较小的次级微观结构也可以控制和/或减少闪烁。因此，在一些示例中，亚微观结构凸脊610可以改为是微观结构，所述微观结构可以具有或可以不具有叠加在其上的亚微观结构。此类微观结构可以具有如高度大约为微观结构凸脊602的高度或宽度的三分之一(或更小)的尺寸(例如高度)，以有效地控制闪烁。
图7是具有凸脊702和包括表面705、707的凸脊704的另一示例性微观结构700的视图。示出示例的微观结构700相似于图6的示例微观结构600，但是不同的是微观结构700具有带有亚微观结构708的纹理的色彩层706，所述亚微观结构708限定了色彩层706和其余微观结构700之间的纹理的界面，其取代如图6的示例微观结构600中所示的相对平坦的界面。在一些示例中，色彩层706具有延伸和/或部分延伸到肋条尖端702的部分(例如，扩展件、突出物等)709。在这个示例中，例如，传输的射线710是从凸脊702的表面被反射的并且然后传输通过亚微观结构表面705进入基部层，可以被亚微观结构708吸收和/或散射。特别地，亚微观结构708可以以类似于可见光波长的距离被间隔开。在这个示例中，延伸进入凸脊702的色彩层706的部分709可以影响被散射和/或被吸收的光的量，或者影响观察者观察色彩层706的方式。附加地或可替换地，以类似的方式，例如，色彩层706可以延伸到凸脊704中(例如，至少部分匹配凸脊704的轮廓线)。在一些示例中，色彩层706在色彩层706延伸到肋条尖端702和/或凸脊704中的界面处具有带纹理的界面。
在一些示例中，亚微观结构708和/或与亚微观结构708相关联的粗糙度被用于增强到微观结构基部色彩层706的耦合。特别地，亚微观结构708通过增加色彩层706和微观结构700之间的接触表面积来增强到微观结构700的光学和机械耦合。在一些示例中，表面705、707可以是可反射的(例如，镜面的)。附加地或可替换地，仅表面705可以是可反射的，而表面707可以是至少半透明的(例如，半透明、透明等)，并且反之亦然。仅使表面的一部分是可反射的允许从不同观察角度控制反射率和/或光吸收。在一些示例中，亚微观结构708可以不是亚微观结构并且可替代地可以是微观结构尺寸的数量级的更大的纹理特征。
图8示出使用辊轧成形的示例成形系统800，其可以被用于实施本文所公开的示例。示例性辊轧成形系统800包括具有亚微观结构成形凹槽804的辊802。在图8的示出示例中，辊轧成形系统800正在被用于成形(例如，压印)亚微观结构(例如，蛾眼亚微观结构、亚微观结构凸脊等)808到微观结构(例如，肋条)810的凸脊809上。
在辊轧成形系统800的操作中，微观结构810在大致由箭头812指示的方向上移动，而辊802在大致由箭头814指示的方向上旋转。在所述示例中，用于在凸脊809上成形亚微观结构808的蛾眼成形结构在凹槽804内(例如，用于成形亚微观结构808的工具加工形状和/或几何构型)，凹槽804也具有互补缺口以接收凸脊809。在凹槽804中的蛾眼成形结构的大小可以改变，例如以在所述微观结构凸脊809的尖端附近成形较小的亚微观结构的同时在微观结构凸脊809其他位置上成形较大的亚微观结构(见图3)。在一些示例中，经由辊802施加到微观结构810的力被调节以改变亚微观结构808被成形到微观结构810上的程度。附加地或可替换地，微观结构810相对于机械加工系统800移动的线速度和/或辊802的旋转速度被调节以控制在微观结构810上成形亚微观结构808的过程和/或在微观结构810上成形亚微观结构808的程度。在一些示例中，辊表面802可以具有结构816，以成形(例如，压印)亚微观结构(例如，凸脊)到多个微观结构凸脊809之间的微观结构基部区域818中。
图9示出了示例性成形系统900，其也可以被用于实施本文公开的示例。示例性成形系统900包括压印设备902，在压印设备902上安装有对准固定装置904。每个固定装置904具有成形辊(例如，渐缩的压印辊)906、908以将亚微观结构成形(例如，压印)到微观结构910上。
在操作中，示出示例的成形系统(例如，次级加工系统)900在微观结构910在由箭头912大致指示的方向上被挤压时将亚微观结构成形到微观结构910上。在这个示例中，微观结构910是被挤压的肋条(例如，肋条基体)。在压印设备902的操作过程中，压印设备902可以在由双箭头916大致指示的向上或向下方向上移动。为了成形和/或增加亚微观结构到微观结构910上，示出示例的辊906、908分别在由箭头902、922大致指示的方向上旋转。
图10是图9的示例性成形系统900的详细视图。如上所述，示例性辊906、908将亚微观结构成形到微观结构910上。在辊906、908的旋转过程中并且在微观结构910相对于辊906、908移动时，表面特征1006被用于在微观结构910上压印亚微观结构1008。特别地，表面特征1006可以包括蛾眼亚微观结构和/或蛾眼成形结构或任何其他适合的亚微观结构成形结构(例如，凸脊)以将亚微观结构1008压印到微观结构910上。在一些示例中，亚微观结构1008的高度可以通过当微观结构910相对于成形系统900移动时相对于微观结构910移动辊906、908(例如，向上或向下、侧向)或改变压力而沿微观结构910的挤压深度变化。在这个示例中，微观结构910的每个凸脊以大约50-100微米被隔开，如尺寸1010所示，每个凸脊高度大约为30-60微米，如尺寸1012所示，并且每个凸脊在基部处的宽度大约为5-30微米，如尺寸1014所示。在这个示例中，微观结构910的每个凸脊的脊峰之间的间距大约为75-100微米。前述尺寸和/或参数仅仅是示例的，并且可以通过应用、交通工具行进通过的流体的流体属性和/或预测的环境工况等等而改变。
图11是表示可以被用于实施本文公开示例的示例方法的流程图。所述示例性方法在方框1100处开始，在方框1100中，微观结构(例如，微观结构300、400、600、700、910)被成形(例如，挤压和/或机械加工)并且准备将亚微观结构容纳到微观结构的一个或多个表面上。在这个示例中，亚微观结构被添加到微观结构，以降低微观结构的可见度和/或闪烁。
工具与微观结构的表面对准(方框1104)。例如，例如圆柱802的轧辊成形圆柱与微观结构(例如，微观结构806)对准。示出示例的工具可以通过视觉装置和/或机械偏压(例如，当微观结构正在被挤压时，抵靠微观结构加载的弹簧)被对准。在一些示例中，微观结构被移动和/或被设置以相对于工具恰当对准。在其他示例中，当微观结构正在被挤压时(例如，内联的二次加工以成形亚微观结构)，如压印设备902的压印设备的机械加工辊(例如，辊906、908)经由视觉和/或机械装置与微观结构对准。
接下来，工具将亚微观结构提供到微观结构上(方框1106)。在这个示例中，亚微观结构通过压印成形在微观结构上。在一些示例中，置于压印工具上的力被改变，以调节微观结构被压印的程度。在一些示例中，微观结构的线速度和/或压印辊(例如，辊802)的旋转速度被改变，以控制亚微观结构被提供到微观结构的程度。
检验亚微观结构(方框1108)。在一些示例中，如基于摄像机系统的检查系统检验亚微观结构被恰好提供到微观结构(例如，通过视觉检验)。附加地或可替换地，亚微观结构已经被提供(例如，压印)到微观结构上的程度被确定和/或被检验(例如，覆盖的微观结构的表面积、亚微观结构的高度和/或深度、等等)。
接下来，确定是否添加附加的亚微观结构(方框1110)。所述确定可以通过例如确定有多少微观结构已经被挤压和/或有多少微观结构可以被挤压而进行。如果附加的亚微观结构被添加(方框1110)，则该过程重复(方框1110)。如果不添加附加的亚微观结构(方框1110)，则该过程结束(方框1112)。
虽然在本文中已经公开了某些示例方法、装置和制造物品，但是本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖完全落入本专利的权利要求书的范围内的所有方法、装置和制造物品。虽然描述的是飞行器，但是所述示例方法和装置可以被用于其他交通工具、船舶，空气动力结构等。

Claims (15)

1.一种装置，其包括：
在交通工具的外表面上的空气动力微观结构；以及
被叠加在所述空气动力微观结构上的亚微观结构，其中所述亚微观结构被间隔开以减少反射。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述亚微观结构之间的间距大约为可见光的波长。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述空气动力微观结构包括飞行器肋条。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述肋条具有在所述肋条的尖端附近的相对较小的亚微观结构和在所述肋条的凹处附近的相对较大的亚微观结构。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述亚微观结构的表面涂覆有反射涂层。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述亚微观结构之间的间距小于约0.4微米。
7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述亚微观结构之间的间距在大约0.4微米和0.7微米之间。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其还包括与所述空气动力微观结构相邻的色彩层。
9.一种方法，其包括：
在空气动力微观结构上提供亚微观结构；以及
间隔开所述亚微观结构以减少反射。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述亚微观结构之间的距离大约为可见光的波长。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中提供所述亚微观结构包括机械加工、铸造或挤压所述亚微观结构到所述空气动力微观结构上。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中提供所述亚微观结构包括将所述亚微观结构压印到所述空气动力微观结构上。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其中提供所述亚微观结构包括机械加工或压印所述微观结构。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其还包括对准工具以将所述亚微观结构提供到所述空气动力微观结构上，并且其中提供所述亚微观结构经由所述工具完成。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其中所述亚微观结构之间的所述距离在约0.4微米和0.7微米之间。
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