[發(fā)明專利]基于形狀記憶聚合物復合材料的空間展開機構及展開方法

有效

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• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN111071484B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 劉彥菊;劉立武;曾成均;劉天珍;冷勁松
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明提供了一種基于形狀記憶聚合物復合材料的空間展開機構及展開方法，展開機構包括合金底座、45°鉸鏈和桿件系統(tǒng)，桿件系統(tǒng)包括多個180°鉸鏈和多根復合材料空心桿件，相鄰的兩根所述的復合材料空心桿件之間通過一個180°鉸鏈連接，折疊狀態(tài)下的空間展開機構的多根復合材料空心桿件從下到上平行設置，45°鉸鏈和多個180°鉸鏈均包括合金轉換頭和由形狀記憶聚合物復合材料制成的片層，由形狀記憶聚合物復合材料制成的所述片層的兩端各通過一個合金轉接頭與相應位置處的結構連接。本發(fā)明改變了形狀記憶聚合物復合材料在大型可展開結構中的實際應用較少的現(xiàn)狀，能夠實現(xiàn)負載的在軌任務。

技術領域

本發(fā)明創(chuàng)造屬于空間展開技術領域，尤其是涉及一種基于形狀記憶聚合物復合材料的空間展開機構及展開方法。

背景技術

形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)是一類可感知外部激勵、主動響應、具有形狀記憶效應的聚合物材料，具有自感知、自診斷、自驅動等能力，是一種新型的智能材料。由形狀記憶聚合物與碳纖維制備而成的復合材料具有高應變破壞率、高單位模量、低密度的特性，是應用于空間展開領域的理想材料。與傳統(tǒng)的空間展開材料相比，形狀記憶聚合物復合材料具有更加優(yōu)異的力學性能和可設計性，僅僅通過熱激勵就能回復至初始狀態(tài)，是可反復的變形與回復循環(huán)體系。

此外，形狀記憶聚合物復合材料具有良好的阻尼性能，在其玻璃化溫度時阻尼因子能夠達到0.5，用于機械結構中能夠起到緩沖、減振的作用。基于形狀記憶聚合物復合材料的智能結構技術日益成熟，在航空航天領域的應用得到了廣泛的重視和認可，國外已經進行了基于形狀記憶聚合物的空間可展開結構的在軌實驗展開和性能驗證。

然而，目前形狀記憶聚合物復合材料在航天領域的應用還存在以下幾個方面的問題：

一、形狀記憶聚合物復合材料在航空航天領域的應用尚處于理論和試驗驗證階段，國外提出的一些智能空間可展開結構理念主要是利用復合材料的小應變、大角度彎曲特性實現(xiàn)結構更大的展開\壓縮比，而國內則尚無形狀記憶聚合物復合材料在大型可展開結構中的實際應用先例。

二、傳統(tǒng)的空間展開結構雖然能達到展開的效果，但是其結構復雜，可靠性低，成本高，而且在展開過程中容易引起航天器較大的振動響應。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種基于形狀記憶聚合物復合材料的空間展開機構及展開方法，改變了形狀記憶聚合物復合材料在大型可展開結構中的實際應用較少的現(xiàn)狀，能夠實現(xiàn)負載的在軌任務。

為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于形狀記憶聚合物復合材料的空間展開機構，包括一個與安裝面連接的合金底座和一個用于連接合金底座與桿件系統(tǒng)的45°鉸鏈，所述的桿件系統(tǒng)包括多個180°鉸鏈和多根復合材料空心桿件，相鄰的兩根所述的復合材料空心桿件之間通過一個180°鉸鏈連接，折疊狀態(tài)下的所述空間展開機構的多根復合材料空心桿件從下到上平行設置，最下端的復合材料空心桿件的未連接180°鉸鏈的一端與45°鉸鏈連接，最上端的復合材料空心桿件的未連接180°鉸鏈的一端與負載連接，所述的45°鉸鏈和多個所述180°鉸鏈均包括合金轉換頭和由形狀記憶聚合物復合材料制成的片層，由形狀記憶聚合物復合材料制成的所述片層的兩端各通過一個合金轉接頭與相應位置處的結構連接。

進一步的，45°鉸鏈的所述片層兩端的所述的合金轉換頭為與合金底座連接的第一合金轉接頭和與復合材料空心桿件連接的第二合金轉接頭，所述的第一合金轉接頭與聚合物復合材料片層連接端為兩側面帶弧度的實心結構，與合金底座連接端為中空夾持結構；

所述的第二合金轉接頭與聚合物復合材料片層連接端為兩側面帶弧度的空心結構，與復合材料空心桿件連接端為中空的圓柱形結構。