Металлические листы и пластины с текстурированными поверхностями, уменьшающими трение, и способы их изготовления

Металлические листы и пластины с текстурированными поверхностями, уменьшающими трение, и способы их изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Сопротивление представляет собой механическую силу, создаваемую твердым объектом, движущимся в текучей среде (жидкости или газе). Если текучая среда представляет собой газ, например воздух, она называется аэродинамическим сопротивлением (или сопротивлением воздуха). Если текучая среда представляет собой жидкость, например воду, она называется гидродинамическим сопротивлением. В качестве примера, источником аэродинамического сопротивления является приповерхностное трение между молекулами воздуха и твердой поверхностью крыла или фюзеляжа (имеющихся у воздушного судна). В качестве другого примера, источником аэродинамического сопротивления является приповерхностное трение между молекулами воздуха и твердой поверхностью лопаток ротора (имеющихся у ветровой турбины). Так как приповерхностное трение представляет собой взаимодействие между твердым телом и газом, его величина зависит от свойств как твердого тела, так и газа. Что касается твердого тела, гладкая, вощеная поверхность создает меньшее приповерхностное трение, чем шероховатая поверхность. Что касается газа, величина зависит от вязкости воздуха и относительной величины сил вязкого сопротивления движению потока, выраженных в виде числа Рейнольдса. Вдоль поверхности твердого тела возникает граничный слой потока с низкой энергией, и величина приповерхностного трения зависит от условий в этом граничном слое.

Сущность изобретения

Здесь описаны металлические листы и пластины с текстурированными поверхностями, уменьшающими трение, и способы их изготовления.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, описано транспортное судно, включающее, по меньшей мере, одно металлическое изделие, по меньшей мере, одна поверхность которого выполнена, по существу, рифленой, причем упомянутая, по существу, рифленая поверхность создает ребристый рельеф, включающий множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер, проходящих вдоль, по меньшей мере, части поверхности, и ребристый рельеф покрыт, по меньшей мере, одним покрытием, адекватным образом разработанным и нанесенным, чтобы сохранить этот рельеф. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, упомянутое множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер приводит к получению текстурированной поверхности, уменьшающей трение. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлическое изделие используют при изготовлении, по меньшей мере, части воздушного судна. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлическое изделие используют при изготовлении, по меньшей мере, части лопатки ротора. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлическое изделие представляет собой лист или пластину из алюминиевого сплава. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлическое изделие представляет собой лист или пластину из титана. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлическое изделие представляет собой лист или пластину из стали.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, описан способ изготовления металлического изделия, который включает получение, по существу, плоского металлического листа или пластины; пропускание упомянутого, по существу, плоского металлического листа или пластины через прокатный стан, причем прокатный стан включает: по меньшей мере, один валок, на внешней поверхности которого выгравирован ребристый рельеф, включающий множество соседних продольных ребер, и, по меньшей мере, один валок с неизмененной, по существу, плоской внешней поверхностью; создание, по существу, рифленого металлического листа или пластины, содержащих множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер, проходящих вдоль, по меньшей мере, части поверхности; нанесение на упомянутый, по существу, рифленый металлический лист или пластину, по меньшей мере, одного покрытия, адекватным образом разработанного и нанесенного, чтобы сохранить упомянутое множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер; и получение металлического изделия.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, упомянутое, по меньшей мере, одно покрытие выбирают из группы, состоящей из грунтового покрытия, финишного покрытия и покрытия, обеспечивающего легкое/самостоятельное очищение. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, покрытие, обеспечивающее легкое/самостоятельное очищение, представляет собой супергидрофильное покрытие. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, супергидрофильное покрытие представляет собой активируемую светом систему, содержащую диоксид титана анатазной модификации. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, к финишному покрытию добавляют гидрофобную химическую добавку. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, гидрофобная химическая добавка представляет собой функционализированную силоксановую систему.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлическое изделие, соответствующее настоящему изобретению, используют при изготовлении транспортного судна, включая (но не ограничиваясь) воздушное судно или воздушное транспортное средство (такое как самолет, вертолет, ракета, планер, воздушный шар и дирижабль), наземное транспортное средство (такое как автомобиль и поезд), морское транспортное средство (такое как подводная лодка, яхта, автоматическое надводное транспортное средство, автономное подводное транспортное средство и т.д.), а также стенку трубопровода.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет рассмотрено со ссылкой на приложенные чертежи, на которых аналогичные элементы на нескольких видах обозначены аналогичными ссылочными номерами. Приведенные чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого акцент, в основном, сделан на иллюстрирование принципов этого изобретения.

На фиг.1А-D изображены два варианта разных валков, которые могут использоваться при изготовлении металлических листов и пластин с текстурированными поверхностями, уменьшающими трение, которые соответствуют настоящему изобретению. Фиг.1А и 1В иллюстрируют валок, на котором выгравирован рельеф в виде V-образных ребер с высотой приблизительно 125 мкм. Фиг.1С и 1D иллюстрируют валок, на котором выгравирован рельеф в виде V-образных ребер с высотой приблизительно 50 мкм.

На фиг.2А-D приведены несколько примеров различной геометрии ребер, которые могут быть выгравированы на внешней окружной поверхности валка. На фиг.2А показаны V-образные ребра. На фиг.2В показаны прямоугольные ребра. На фиг.2С показаны ребра в форме акульих зубов. На фиг.2D показаны ребра в форме видоизмененных акульих зубов.

На фиг.3 приведена таблица с различными параметрами (интервал, высота, радиус R, радиус r и угол) геометрии ребер, показанных на фиг.2А-D.

На фиг.4А-Н приведены полученные путем оптической металлографии изображения в поперечном сечении для ребристых рельефов, созданных в качестве одного из вариантов на содержащих алюминиевый сплав листах из материала Alclad толщиной 0,270" при пропускании листа из алюминиевого сплава через прокатный стан с разной степенью уковки, где А представляет наивысшую степень уковки, и Н - наименьшую степень уковки, причем прокатный стан включает, по меньшей мере, один валок, на внешней поверхности которого выгравирован рельеф в виде V-образных ребер, и этот ребристый рельеф валка включает множество соседних продольных ребер, имеющих высоту приблизительно 250 мкм и интервал приблизительно 500 мкм.

Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между зазором валков (дюймы) в прокатном стане, высотой (мкм) ребер на листе из алюминиевого сплава после прокатки, остающимся после прокатки плакированием (дюймы) на листе из алюминиевого сплава и уковкой (%) по толщине листа из алюминиевого сплава после прокатки, на основе образцов, показанных на фиг.4А-Н.

На фиг.6А-F приведены полученные путем оптической металлографии изображения в поперечном сечении для ребристых рельефов, созданных в качестве одного из вариантов на содержащих алюминиевый сплав листах из материала Alclad толщиной 0,270" при пропускании листа из алюминиевого сплава через прокатный стан с разной степенью уковки, где А представляет наивысшую степень уковки, и F - наименьшую степень уковки, причем прокатный стан включает, по меньшей мере, один валок, на внешней поверхности которого выгравирован ребристый рельеф в виде акульих зубов, и этот ребристый рельеф валка включает множество соседних продольных ребер, имеющих высоту приблизительно 260 мкм и интервал приблизительно 500 мкм.

Фиг.7 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между зазором валков (дюймы) в прокатном стане, высотой (мкм) ребер на листе из алюминиевого сплава после прокатки, остающимся после прокатки плакированием (дюймы) на листе из алюминиевого сплава и уковкой (%) по толщине листа из алюминиевого сплава после прокатки, на основе образцов, показанных на фиг.6А-F.

На фиг.8 приведен один из вариантов схемы технологического процесса при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.9 схематично показан один из вариантов зависимости температуры от времени при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.10 приведен один из вариантов схемы технологического процесса при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.11 схематично показан один из вариантов зависимости температуры от времени при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению. Ребра были прокатаны после этапа отжига, но перед этапом термической обработки с получением твердого раствора (Solution Heat Treatment).

На фиг.12 схематично показан один из вариантов зависимости температуры от времени при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению. Ребра были прокатаны после этапа отжига, но перед этапом термической обработки с получением твердого раствора.

На фиг.13 приведен один из вариантов схемы технологического процесса при изготовлении листа или пластины обшивки из алюминиевого сплава, имеющих, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.14 схематично показан один из вариантов зависимости температуры от времени при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.15 приведен один из вариантов схемы технологического процесса при изготовлении листа или пластины обшивки из алюминиевого сплава, имеющих, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.16 схематично показан один из вариантов зависимости температуры от времени при изготовлении листа обшивки фюзеляжа из алюминиевого сплава, имеющего, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.17 приведен один из вариантов схемы технологического процесса при изготовлении листа или пластины обшивки крыла из алюминиевого сплава, имеющих, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг.18А и В приведены полученные путем оптической металлографии изображения в поперечном сечении для двух различных ребристых рельефов, полученных путем непрерывной прокатки на содержащих алюминиевый сплав листах из материала Alclad с использованием способов, соответствующих настоящему изобретению.

На фиг.19 приведен один из вариантов схемы технологического процесса при подготовке поверхности и окрашивании листа или пластины из алюминиевого сплава, имеющих ребристый рельеф, чтобы получить изделие из алюминиевого сплава, соответствующее настоящему изобретению.

На фиг.20А приведен один из вариантов установки для нанесения комбинации "грунтовое покрытие/финишное покрытие" с использованием ручной емкости для подачи за счет всасывания при нанесении как грунтового, так и финишного покрытия на лист или пластину из алюминиевого сплава, имеющие ребристый рельеф, чтобы получить изделие из алюминиевого сплава, соответствующее настоящему изобретению. На фиг.20В приведено полученное путем оптической металлографии изображение в поперечном сечении для изделия из алюминиевого сплава, имеющего V-образные ребра, покрытые комбинацией "грунтовое покрытие/финишное покрытие" согласно таблице, что иллюстрирует один из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг.21А приведен один из вариантов установки для нанесения комбинации "грунтовое покрытие/финишное покрытие" с использованием ручной емкости для подачи за счет всасывания при нанесении как грунтового, так и финишного покрытия на лист или пластину из алюминиевого сплава, имеющие ребристый рельеф, чтобы получить изделие из алюминиевого сплава, соответствующее настоящему изобретению. На фиг.21В приведено полученное путем оптической металлографии изображение в поперечном сечении для изделия из алюминиевого сплава, имеющего V-образные ребра, покрытые комбинацией "грунтовое покрытие/финишное покрытие" согласно таблице, что иллюстрирует один из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг.22А приведен один из вариантов установки для нанесения комбинации "грунтовое покрытие/финишное покрытие" с использованием ручной емкости для подачи за счет всасывания при нанесении грунтового покрытия и роботизированного вращающегося устройства для электростатического распыления при нанесении финишного покрытия на лист или пластину из алюминиевого сплава, имеющие ребристый рельеф, чтобы получить изделие из алюминиевого сплава, соответствующее настоящему изобретению. На фиг.22В приведено полученное путем оптической металлографии изображение в поперечном сечении для изделия из алюминиевого сплава, имеющего V-образные ребра, покрытые комбинацией "грунтовое покрытие/финишное покрытие" согласно таблице, что иллюстрирует один из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг.23А приведен один из вариантов установки для нанесения комбинации "грунтовое покрытие/финишное покрытие" с использованием ручного устройства для электростатического распыления с нагнетательным баком при нанесении как грунтового, так и финишного покрытия на лист или пластину из алюминиевого сплава, имеющие ребристый рельеф, чтобы получить изделие из алюминиевого сплава, соответствующее настоящему изобретению. На фиг.23В приведено полученное путем оптической металлографии изображение в поперечном сечении для изделия из алюминиевого сплава, имеющего видоизмененные ребра в форме синусоиды, покрытые комбинацией "грунтовое покрытие/финишное покрытие" согласно таблице, что иллюстрирует один из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг.24А приведен один из вариантов установки для нанесения комбинации "грунтовое покрытие/финишное покрытие" с использованием устройства для электроокраски (E-coat) методом электроосаждения с погружением при нанесении грунтового покрытия и с использованием ручной емкости для подачи за счет всасывания при нанесении финишного покрытия на лист или пластину из алюминиевого сплава, имеющие ребристый рельеф, чтобы получить изделие из алюминиевого сплава, соответствующее настоящему изобретению. На фиг.24В приведено полученное путем оптической металлографии изображение в поперечном сечении для изделия из алюминиевого сплава, имеющего V-образные ребра, покрытые комбинацией "грунтовое покрытие/финишное покрытие" согласно таблице, что иллюстрирует один из вариантов реализации настоящего изобретения.

На фиг.25А и В показаны два разных варианта способа предотвращения загрязнения изделия из алюминиевого сплава, имеющего непрерывно прокатанный ребристый рельеф, соответствующий настоящему изобретению.

Фиг.26А-С демонстрируют, что изделие из алюминиевого сплава с текстурированными поверхностями, уменьшающими трение, которое соответствует одному из вариантов реализации настоящего изобретения, дополненное компонентом, обеспечивающим легкое/самостоятельное очищение, может быть более чистым по сравнению с окрашенным рельефом без компонента, обеспечивающего легкое/самостоятельное очищение.

Фиг.27 - таблица, в которой приведены условия окрашивания и нанесения вещества, обеспечивающего легкое/самостоятельное очищение, для изделий из алюминиевого сплава с текстурированными поверхностями, уменьшающими трение, которые показаны на фиг.26А-С.

Фиг.28А и В схематично иллюстрируют один из вариантов прокатанного ребристого профиля с поверхностной обработкой с целью пропитки герметизирующими соединениями, позволяющей использовать анодирование в борной/серной кислотах или серной кислоте.

Фиг.29А и В схематично иллюстрируют один из вариантов прокатанного ребристого профиля с поверхностной обработкой, полученной с использованием ручного устройства для электростатического распыления. Ребристый профиль включает рельеф в виде глубоких V-образных ребер и в форме синусоиды.

На фиг.30А-D приведены результаты эксперимента, в котором пропитывающие герметизирующие соединения, вместе с системой легкого/самостоятельного очищения, продемонстрировали лучшую способность к очистке, чем стандартная окраска с использованием системы легкого/самостоятельного очищения или без нее, что иллюстрирует один из вариантов реализации настоящего изобретения. На фиг.30А показано изделие из алюминиевого сплава, соответствующее одному из вариантов реализации настоящего изобретения, которое имеет стандартное грунтовое покрытие, анодированное в борной/серной кислотах и герметизированное, и стандартное финишное покрытие (без компонента, обеспечивающего легкое/самостоятельное очищение). На фиг.30В показано изделие из алюминиевого сплава, соответствующее одному из вариантов реализации настоящего изобретения, которое имеет стандартное грунтовое покрытие, анодированное в борной/серной кислотах и герметизированное, и стандартное финишное покрытие с двумя слоями активируемой светом системы супергидрофильного покрытия, содержащей диоксид титана анатазной модификации (ТОТО). На фиг.30С показано изделие из алюминиевого сплава, соответствующее одному из вариантов реализации настоящего изобретения, которое имеет стандартное грунтовое покрытие, анодированное в борной/серной кислотах (без герметизации), покрытое полисилоксаном SDC MP101 c 2% примешанного ТОТО. На фиг.30D показано изделие из алюминиевого сплава, соответствующее одному из вариантов реализации настоящего изобретения, которое имеет стандартное грунтовое покрытие, анодированное в борной/серной кислотах (без герметизации), покрытое полисилазаном Kion 1067А с 2% примешанного ТОТО.

Хотя указанные выше чертежи иллюстрируют рассматриваемые в настоящее время варианты реализации настоящего изобретения, как отмечено в описании, возможны также и другие его варианты. Представленные в этом описании варианты являются иллюстративными и не накладывают ограничений. Специалистам в данной области техники будут очевидны и другие многочисленные модификации и варианты реализации, которые не выходят за пределы объема и сущности принципов рассматриваемого изобретения.

Подробное описание

В одном из вариантов его реализации настоящим изобретением предлагаются металлические листы (как правило, с толщиной более приблизительно 0,001 дюйма и менее приблизительно 0,30 дюйма) и пластины (как правило, с толщиной более приблизительно 0,30 дюйма), которые имеют непрерывно прокатанную и, по существу, рифленую поверхность, полученную за счет ребристого рельефа (текстуры, в отличие от гладкой поверхности), а также способы их изготовления. Ребристый рельеф включает множество соседних продольных ребер, проходящих вдоль, по меньшей мере, части поверхности, что приводит к созданию текстурированной поверхности, уменьшающей трение. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, текстурированная поверхность, уменьшающая трение, обеспечивает уменьшение сопротивления в диапазоне от приблизительно пяти процентов вплоть до приблизительно пятнадцати процентов. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлические листы и пластины покрывают, по меньшей мере, одним покрытием, адекватным образом, разработанным и нанесенным для сохранения ребристого рельефа, что приводит к получению металлического изделия, соответствующего настоящему изобретению. В одном из вариантов металлическое изделие, соответствующее настоящему изобретению, используют при производстве транспортного судна, включая (но не ограничиваясь) воздушное судно или воздушное транспортное средство (такое как самолет, вертолет, ракета, планер, воздушный шар и дирижабль), наземное транспортное средство (такое как автомобиль и поезд), морское транспортное средство (такое как подводная лодка, яхта, автоматическое надводное транспортное средство, автономное подводное транспортное средство и т.д.), а также стенку трубопровода.

В одном из вариантов металлическое изделие, соответствующее настоящему изобретению, используют при изготовлении, по меньшей мере, части воздушного судна, например, крыла, хвостового обтекателя или хвостового оперения фюзеляжа и стабилизаторов. В одном из вариантов металлическое изделие, соответствующее настоящему изобретению, используют при изготовлении, по меньшей мере, одной лопатки ротора ветровой турбины. В одном из вариантов металлическое изделие, соответствующее настоящему изобретению, используют при изготовлении, по меньшей мере, стенки трубопровода. Воздушное судно должно обеспечивать значительную экономию топлива, а лопатки ротора ветровой турбины должны иметь высокие окружные скорости, чтобы работать эффективно. Эти требования подтверждают тот факт, что как крылья воздушного судна, так и лопатки роторов должны иметь низкое аэродинамическое сопротивление.

Так как уменьшение сопротивления непосредственно связано с повышением эффективности использования топлива, уменьшение сопротивления на пять процентов может привести к повышению эффективности использования топлива приблизительно на одиннадцать процентов, а более высокое снижение сопротивления может привести к еще большему повышению эффективности использования топлива. Измеряя один или более следующих параметров, включая (но не ограничиваясь) среднее приповерхностное трение, коэффициент сопротивления из-за приповерхностного трения (Cdf), касательные напряжения для поверхности или стенки, давления Престона, давления позади и перед кромкой граничного слоя, распределение скоростей в направлении потока ниже ребристого рельефа либо величину турбулентности у стенки, количественно определяют уменьшение трения (сопротивления), которое может обеспечить текстурированная поверхность, соответствующая изобретению. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, уменьшение трения представляет собой уменьшение сопротивления из-за приповерхностного трения. Чтобы определить уменьшение сопротивления, обеспечиваемое металлическими листами и пластинами, соответствующими настоящему изобретению, можно провести эксперименты с использованием одного или более следующих способов, включая (но не ограничиваясь) испытания в гидродинамической трубе, испытания в аэродинамической трубе и испытания в направленном потоке (например, масла или воды). Уменьшение сопротивления можно сравнить с уменьшением сопротивления для металлического листа или пластины с гладкой плоской поверхностью. Металлические листы или пластины, имеющие гладкие поверхности, можно испытывать одновременно с металлическими листами и пластинами, соответствующими настоящему изобретению, чтобы сделать возможным сравнение "один к одному".

В том виде, как он здесь используется, термин "алюминиевый сплав" относится к материалу, содержащему алюминий и другой металл, сплавленный вместе с ним, и включает один или более сплавов серий 1ХХХ, 2ХХХ, 3ХХХ, 5ХХХ, 6ХХХ, 7ХХХ и 8ХХХ, стандартизированных Ассоциацией алюминиевой промышленности (The Aluminum Association, Inc.), и их модификации. В одном из вариантов алюминиевый сплав, соответствующий настоящему изобретению, представляет собой "Alclad" или "плакированный сплав", определенный как литой алюминиевый сплав, одна или обе поверхности которого покрыты металлургически связанным, тонким слоем чистого алюминия или алюминиевого сплава, где комбинацию сердцевины и плакирующих сплавов выбирают таким образом, чтобы это плакирование служило анодом по отношению к сердцевине.

В том виде как он здесь используется, термин "изделие из алюминиевого сплава" в соответствии с настоящим изобретением относится к листу или пластине из алюминиевого сплава, по меньшей мере, одна поверхность которых выполнена, по существу, рифленой, где, по существу, рифленая поверхность получена за счет ребристого рельефа, и ребристый рельеф включает множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер, проходящих вдоль, по меньшей мере, части поверхности.

Хотя для удобства описания делается ссылка на использование алюминия и особенно предпочтительных сплавов для металлических листов и пластин с непрерывно прокатанным ребристым рельефом, изобретение этим не ограничивается. С выгодой также могут использоваться и другие алюминиевые сплавы, а также другие металлы. Например, могли бы использоваться сталь, медь, чугун, титан и их комбинации.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, металлические листы и пластины, имеющие непрерывно прокатанный, ребристый рельеф, производят из материала на основе алюминиевого сплава. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, материал на основе алюминиевого сплава представляет собой алюминиевый сплав с плакированием, например, материал Alclad на основе алюминиевого сплава. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, материал Alclad на основе алюминиевого сплава представляет собой лист из Alclad 2524. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, материал на основе алюминиевого сплава не имеет плакирования или является незащищенным. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, незащищенный материал на основе алюминиевого сплава представляет собой лист из Al-Li. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, незащищенный материал на основе алюминиевого сплава представляет собой сплав серии 5ХХХ. Материал на основе алюминиевого сплава может представлять собой термически обрабатываемый алюминиевый сплав или термически необрабатываемый алюминиевый сплав. Термически необрабатываемые сплавы образуют группу сплавов, для улучшения прочностных свойств которых используется обработка в холодном состоянии и упрочнение в твердом растворе. Они отличаются от термически обрабатываемых сплавов тем, что для повышения их прочности не используется выделение второй фазы.

Материал на основе алюминиевого сплава может быть любым подходящим алюминиевым сплавом, но в некоторых случаях - это ковкий алюминиевый сплав, например, как любой из сплавов серий 1ХХХ, 2ХХХ, 3ХХХ, 5ХХХ, 6ХХХ, 7ХХХ и 8ХХХ, которые стандартизованы Ассоциацией алюминиевой промышленности, и их модификации. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, материал на основе алюминиевого сплава представляет собой сплав серии 2ХХХ. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, сплав серии 2ХХХ представляет собой сплав серии 2524. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, материал на основе алюминиевого сплава представляет собой сплав серии 5ХХХ. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, материал на основе алюминиевого сплава представляет собой сплав алюминия с литием.

В том виде, как он здесь используется, термин "сопротивление из-за приповерхностного трения" относится к сопротивлению, которое возникает на основе вязкого взаимодействия текучей среды (жидкости или газа) с поверхностью. Например, сопротивление из-за приповерхностного трения может быть вызвано реальным контактом частиц воздуха с поверхностью воздушного судна. Так как сопротивление из-за приповерхностного трения обусловлено взаимодействием твердого тела (например, поверхности самолета) и текучей среды (например, воздуха), величина этого сопротивления зависит от свойств, как твердого тела, так и текучей среды. Что касается самолета как твердого тела, сопротивление из-за приповерхностного трения может быть уменьшено, а скорость полета может быть в определенной степени увеличена за счет поддержания поверхности воздушного судна в высшей степени, отполированной и чистой. Что касается текучей среды, величина сопротивления зависит от вязкости воздуха или жидкости, контактирующих с поверхностью твердого тела. Вдоль твердой поверхности самолета возникает граничный слой потока с низкой энергией.

В том виде, как он здесь используется, термин "ребристый рельеф" относится к уменьшающей трение текстуре, которая создана путем непрерывной прокатки на материале на основе алюминиевого сплава, например, листе или пластине. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, ребристый рельеф включает множество соседних продольных ребер, которые созданы путем непрерывной прокатки на материале на основе алюминиевого сплава, что приводит к получению металлического листа или пластины с текстурированной поверхностью, уменьшающей трение. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, текстурированная поверхность, уменьшающая трение, представляет собой поверхность, которая уменьшает сопротивление из-за приповерхностного трения у объекта, в состав которого входит металлический лист или пластина, соответствующие настоящему изобретению. В одном из вариантов металлические листы и пластины, соответствующие настоящему изобретению, используют при изготовлении воздушных судов, неважно каких - коммерческих, военных или воздушно-космических. В одном из вариантов металлические листы и пластины, соответствующие настоящему изобретению, используют при изготовлении морских судов, неважно каких - надводных или тех, которые предназначены для работы в погруженном состоянии. В одном из вариантов металлические листы и пластины, соответствующие настоящему изобретению, используют при изготовлении поездов, например скорых поездов или "высокоскоростных" поездов. В одном из вариантов металлические листы и пластины, соответствующие настоящему изобретению, используют при изготовлении лопастей или лопаток роторов, например, имеющихся в вертолете или в ветровой турбине. В одном из вариантов металлические листы и пластины, соответствующие настоящему изобретению, используют при изготовлении стенки трубопровода.

В одном из вариантов способ изготовления металлического изделия, соответствующего настоящему изобретению, включает получение, по существу, плоского металлического листа или пластины; пропускание упомянутого, по существу, плоского металлического листа или пластины через прокатный стан, причем прокатный стан включает, по меньшей мере, один валок, на внешней поверхности которого выгравирован ребристый рельеф, включающий множество соседних продольных ребер, и, по меньшей мере, один валок с неизмененной, по существу, плоской внешней поверхностью; создание, по существу, рифленого металлического листа или пластины, содержащих множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер, проходящих вдоль, по меньшей мере, части поверхности; нанесение на упомянутый, по существу, рифленый металлический лист или пластину, по меньшей мере, одного покрытия, адекватным образом разработанного и нанесенного, чтобы сохранить упомянутое множество соседних, непрерывно прокатанных продольных ребер; и получение металлического изделия.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, каждое ребро в ребристом рельефе имеет одну и ту же или одинаковую высоту. По геометрии ребра в ребристом рельефе могут иметь множество форм, включая (но не ограничиваясь) V-образные ребра, прямоугольные ребра, ребра в форме акульих зубов (SS, Shark Scale) и видоизмененные ребра в форме акульих зубов. Ребра различной формы, например, V-образные ребра и ребра в форме акульих зубов, как правило, представляют собой согласованные последовательности из возвышений и углублений, напоминающих рифление. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, каждое ребро в ребристом рельефе отличается по высоте или имеет свою высоту. Высота может находиться в диапазоне от 0,001 дюйма (приблизительно 25 мкм) до приблизительно 0,20 дюйма (приблизительно 5,0 мм). Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, ребра в ребристом рельефе расположены с одинаковым интервалом между ними. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, ребра в ребристом рельефе расположены с разным, неодинаковым интервалом между ними. Интервал может находиться в диапазоне от 0,001 дюйма (приблизительно 25 мкм) до приблизительно 0,20 дюйма (приблизительно 5 мм). Типичные значения высоты и интервала ребер находятся в диапазоне от приблизительно 25 мкм до приблизительно 2 мм.

Лист или пластину из алюминиевого сплава пропускают через пару валков, которые расположены на расстоянии друг от друга. В том виде, как он здесь используется, термин "зазор между валками" относится к расстоянию от валка с неизмененной, по существу, плоской внешней поверхностью до вершины ребра на валке с гравировкой. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, зазор между валками может находиться в диапазоне от приблизительно 0,22 дюйма до приблизительно 0,27 дюйма. Зазор между валками влияет на коэффициент уковки листа или пластины из алюминиевого сплава, а также на снижение каждого из ребер в ребристом рельефе изделия из алюминиевого сплава, как подробно будет описано ниже со ссылкой на фиг.4, 5, 6 и 7. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, коэффициент уковки при прокатке может составлять вплоть до приблизительно 10% для листа обшивки из Alclad. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, коэффициент уковки при прокатке может составлять вплоть до приблизительно 70% для незащищенного (или без плакирования) листа или пластины из алюминия.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, на внешней окружной поверхности валка, например стального валка, выгравировано множество соседних продольных ребер. Это может быть сделано с использованием различных способов, включая (но не ограничиваясь) прецизионную механическую обработку, лазерную гравировку, накатывание, текстурирование посредством электрического разряда (EDT), дробеструйную обработку, трехмерную рентгеновскую литографию и литографию с использованием пленочного материала. Например, при лазерной гравировке созданные компьютером конфигурации передаются в лазерный модулятор, и соответствующая последовательность импульсов лазерного луча проецируется на поверхность валка, чтобы создать требуемые выступы и впадины ребристого рельефа.