一種形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物變形蒙皮的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于變形航空器的變形蒙皮材料。
【背景技術(shù)】
[0002]形狀記憶合金作為一種智能材料，近年來在世界范圍內(nèi)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)其進(jìn)行了廣泛的性能研宄和產(chǎn)品開發(fā)。形狀記憶合金的兩個(gè)重要特性是超彈性和形狀記憶特性。將形狀記憶合金用于設(shè)計(jì)制作為驅(qū)動(dòng)裝置是它的一個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)然由于形狀記憶合金的這兩個(gè)重要特性，使它在很多方面都展示出了廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]超彈體是一類具有超大變形能力的軟材料，在文獻(xiàn)的報(bào)道中有超過100%應(yīng)變變形的研宄。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310245511.5的專利中提供了一種多根形狀記憶聚合物變剛度管沿軸線方向并列排列并鑲嵌在柔性硅橡膠基體內(nèi)復(fù)合而成的變形蒙皮，通過改變環(huán)境溫度可以改變這類蒙皮的剛度。其發(fā)明的蒙皮改善了單純以橡膠為蒙皮材料帶來的機(jī)翼整體承載能力低的缺點(diǎn)，蒙皮變剛度前后保持了蒙皮表層的光滑性和連續(xù)性，變剛度過程中對(duì)驅(qū)動(dòng)能的要求低。此發(fā)明利用形狀記憶聚合物作為基體制作成復(fù)合材料管以實(shí)現(xiàn)蒙皮的變剛度特性，由于形狀記憶聚合物復(fù)合材料管結(jié)構(gòu)的限制，其功能相對(duì)單一。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310274350.2的專利中提供了一種承載性能好的抗皺褶可變形蒙皮，包括柔性蒙皮基體，還包括纖維增強(qiáng)體和多個(gè)柱狀承載結(jié)構(gòu)，纖維增強(qiáng)體和多個(gè)柱狀承載結(jié)構(gòu)固化于柔性蒙皮基體中，多個(gè)柱狀承載結(jié)構(gòu)相互平行。此發(fā)明的蒙皮由于采用的纖維增強(qiáng)體為復(fù)合材料圓棒和凱夫拉纖維，限制了此蒙皮的彎曲變形能力。
[0005]現(xiàn)有的變形蒙皮技術(shù)一方面要具有良好的蒙皮承載能力，這就要求蒙皮具備較強(qiáng)的剛度；另一方面要求蒙皮具備較好的變形能力。在這種矛盾需求下，已提出或者設(shè)計(jì)的蒙皮往往是功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前變形飛行器變形蒙皮領(lǐng)域亟待解決的正是一種可靠易行的多功能變形蒙皮，這樣變形飛行器才可以真正擁有像鳥類或者蝠類一樣的翅膀，變形翱翔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有變形蒙皮功能單一以及變形性能不足的問題，而提供一種形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物多功能變形蒙皮。
[0007]本發(fā)明形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物變形蒙皮由超彈體基體和形狀記憶合金纖維組成，形狀記憶合金纖維平行固化排列于超彈體基體中。
[0008]本發(fā)明所述的形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物變形蒙皮兼?zhèn)涿鎯?nèi)變形能力、面外變形能力和變剛度特性。這種多功能變形蒙皮系統(tǒng)在不同程度的熱能激勵(lì)下表現(xiàn)出可調(diào)節(jié)的特性，同時(shí)該多功能變形蒙皮能夠根據(jù)不同的應(yīng)用情況展現(xiàn)出不同的功能。
[0009]本發(fā)明中的多功能變形蒙皮不單是激發(fā)了形狀記憶合金纖維與超彈體這兩種材料性能的提升，更重要的是還展現(xiàn)出了有別于形狀記憶合金和超彈體材料自身性質(zhì)外新的特性。無論形狀記憶合金處于馬氏體相還是奧氏體相，此復(fù)合物多功能蒙皮系統(tǒng)都展示出良好的面內(nèi)變形性能，能夠?qū)崿F(xiàn)剪切角度為±20°的面內(nèi)變形而且蒙皮幾乎不產(chǎn)生較大的褶皺。當(dāng)形狀記憶合金處于馬氏體相時(shí)，此復(fù)合物多功能蒙皮系統(tǒng)展示出良好的面外變形性能，面外變形能由平面狀態(tài)(180° )變形到T型曲面(90° )狀態(tài)。同時(shí)通過熱能的激勵(lì)，形狀記憶合金在馬氏體相與奧氏體相相互轉(zhuǎn)變的過程中，此復(fù)合物多功能蒙皮系統(tǒng)能夠獲得變剛度特性。由此該復(fù)合物多功能蒙皮系統(tǒng)兼?zhèn)涿鎯?nèi)變形能力、面外變形能力和變剛度特性，在變形飛行器的變形蒙皮應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出寬闊的應(yīng)用前景，特別適合于類蝙蝠翼裝蒙皮裝備于變形飛行器中。
【附圖說明】
[0010]圖1為形狀記憶合金和超彈體楊氏模量隨溫度變化圖，其中I 一超彈體，2—形狀記憶合金；
[0011]圖2為形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物變形蒙皮的結(jié)構(gòu)示意圖，其中I一超彈體，2—形狀記憶合金；
[0012]圖3為形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物蒙皮面內(nèi)變形性能示意圖，其中左側(cè)虛線表示正角度面內(nèi)剪切循環(huán)變形，右側(cè)虛線表示負(fù)角度面內(nèi)剪切循環(huán)變形；
[0013]圖4為形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物蒙皮面外變形性能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式形狀記憶合金纖維與超彈體復(fù)合物變形蒙皮由超彈體基體I和形狀記憶合金纖維2組成，形狀記憶合金纖維2平行固化排列于超彈體基體I中。
[0015]本實(shí)施方式當(dāng)形狀記憶合金處于馬氏體相時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)器的作用驅(qū)動(dòng)此多功能變形蒙皮的面外變形。然后對(duì)形狀記憶合金進(jìn)行熱能激勵(lì)，此多功能變形蒙皮能夠快速回復(fù)到初始形狀。
[0016]本實(shí)施方式多功能變形蒙皮包含以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、此多功能變形蒙皮中無論形狀記憶合金纖維是處于馬氏體相還是奧氏體相，此復(fù)合物多功能蒙皮系統(tǒng)都展示出良好的面內(nèi)變形性能。
[0018]2、當(dāng)形狀記憶合金處于馬氏體相時(shí)，此復(fù)合物多功能蒙皮展示出良好的面外變形性能。
[0019]3、通過熱能的激勵(lì)，形狀記憶合金在馬氏體相與奧氏體相相互轉(zhuǎn)變的過程中，形狀記憶合金的模量在復(fù)合物蒙皮中起主導(dǎo)作用，形狀記憶合金具有天然變剛度特性，因此該多功能蒙皮能夠獲得變剛度特性。
[0020]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是所述的超彈體基體I為橡膠類超彈體、凝膠類超彈體或聚氨酯類超彈體。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是所述的形狀記憶合金纖維2的材質(zhì)為鎳鈦系形狀記憶合金、銅鎳系形狀記憶合金、銅鋁系形狀記憶合金、銅鋅系合金或鐵系形狀記憶合金。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是形狀記憶合金纖維2的直徑為0.25mm?10mm。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是形狀記憶合金纖維2在超彈體基體I中的體積分?jǐn)?shù)為5%?20%。其它