[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料驅(qū)動器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710601563.X
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107512401B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧華;高軍鵬;安學(xué)鋒;閆麗;包建文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司基礎(chǔ)技術(shù)研究院
• 主分類號: B64F5/10
• 分類號: B64F5/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料驅(qū)動器的制備方法。本發(fā)明中的復(fù)合材料驅(qū)動器為圓管狀，采用高性能纖維作為增強體、熱塑性彈性體或交聯(lián)橡膠為樹脂基體，可在壓力的激勵下實現(xiàn)伸長和縮短的功能，應(yīng)用于變體飛行器的智能機翼等結(jié)構(gòu)。采用復(fù)合材料驅(qū)動器驅(qū)動的智能結(jié)構(gòu)一體化程度高，與純機械鉸接相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與重量降低、驅(qū)動效率提高，與智能材料相比技術(shù)成熟度較高、驅(qū)動功率與應(yīng)變大、響應(yīng)快。復(fù)合材料驅(qū)動器的力學(xué)性能及驅(qū)動功率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)人工肌肉驅(qū)動器，綜合優(yōu)勢明顯，是研制智能飛行器變形結(jié)構(gòu)的理想候選結(jié)構(gòu)單元。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料驅(qū)動器的制備方法。

背景技術(shù)

在航空領(lǐng)域，智能變形飛行器是一種多用途、多形態(tài)飛行器，能夠根據(jù)飛行環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)等的需要進行自適應(yīng)變形，發(fā)揮飛行器最優(yōu)的飛行性能。智能變形飛行器技術(shù)的關(guān)鍵部分是智能機翼技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，所制造的智能機翼無鉸鏈、無前后緣縫隙，機翼表面保持連續(xù)和光滑變化，能夠降低機構(gòu)復(fù)雜性，減小氣流損失、顯著提高升阻比，降低飛行器的重量和飛行成本，提升飛行器的綜合效能。

從國外已經(jīng)進行的較成功的智能變形飛行器設(shè)計案例可以看出，機翼的智能變形無一例外都是通過常規(guī)材料結(jié)構(gòu)/機構(gòu)形式或是智能材料及結(jié)構(gòu)這兩種途徑來實現(xiàn)的，要求驅(qū)動變形大、響應(yīng)迅速、控制簡單、穩(wěn)定性高且重量輕。采用常規(guī)材料結(jié)構(gòu)/機構(gòu)的智能機翼結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般重量較大，需要非常新穎的設(shè)計理念和構(gòu)思。采用智能材料的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，以應(yīng)用于直升機智能旋翼上的壓電陶瓷和應(yīng)用于發(fā)動機壓氣機葉片的形狀記憶合金為例，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，一體化程度高，可以大大降低結(jié)構(gòu)重量，但不足之處是其所產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)變通常不夠大，功率小且行程短，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提出一種變形量大，比功率高的復(fù)合材料驅(qū)動器的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

復(fù)合材料驅(qū)動器由金屬管接頭和復(fù)合材料管組成，其中復(fù)合材料管為三維編織纖維增強復(fù)合材料，其橫截面為圓形，復(fù)合材料管分為縮短型和伸長型，以復(fù)合材料管的軸向作為0°，縮短型纖維編織角度為±5°至±45°之間任意角度，伸長型纖維編織角度為±45°至88°之間任意角度，其制備步驟如下：

步驟一、采用三維編織機將纖維按預(yù)定的角度、設(shè)計厚度和長度編織到圓柱形芯模上，制備得到纖維預(yù)成型體；

步驟二、根據(jù)樹脂基體的流變特性，選用樹脂傳遞模塑成型、樹脂真空吸注成型或樹脂膜熔滲工藝，將樹脂與纖維預(yù)成型體復(fù)合并完成固化；

步驟三、將固化后的復(fù)合材料管脫模、修理后兩端安裝金屬管接頭即可得到復(fù)合材料驅(qū)動器。

所述纖維的種類包括下列任意一種或多種纖維的組合：碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維或超高分子量聚乙烯纖維。

所述的樹脂為熱塑性彈性體或交聯(lián)硫化橡膠：其中，熱塑性彈性體為苯乙烯類、烯烴類、雙烯類、氯乙烯類、氨酯類、酯類、酰胺類、有機氟類和有機硅類中任意一種；交聯(lián)硫化橡膠為天然橡膠、異戊橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠和聚硫橡膠中任意一種。

所述的金屬管接頭為可拆卸式管接頭或不可拆卸式管接頭，金屬管接頭與復(fù)合材料管連接并充入壓力介質(zhì)后，在使用壓力下接頭部位不發(fā)生泄漏或損壞。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果：本發(fā)明的復(fù)合材料驅(qū)動器在內(nèi)部流體介質(zhì)壓力的作用下可發(fā)生伸長或縮短，采用高性能纖維作為增強體，通過對彈性基體復(fù)合材料驅(qū)動器的尺寸、纖維種類、纖維角度、厚度、樹脂基體等進行選擇和設(shè)計，可實現(xiàn)復(fù)合材料力學(xué)性能的高度各向異性且可剪裁，例如驅(qū)動器沿軸向方向和其垂直方向的楊氏模量比值能從102變化到104，滿足不同智能結(jié)構(gòu)的驅(qū)動要求。