[發明專利]雙程彎曲的形狀記憶合金復合材料、制作方法及驅動方法

在審

• 申請號: 201811630256.5
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109760341A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 李杰鋒;沈星;潘榮華;盛思佳;宋國棟
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京長空科技有限公司;南京浦口高新技術產業開發區管理委員會
• 主分類號: B29C70/86
• 分類號: B29C70/86;B29C70/70;B64C3/26;B64C3/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱寶慶

本發明提供了一種雙程彎曲的形狀記憶合金復合材料，包括樹脂基復合材料基體和兩組形狀記憶合金；其中樹脂基復合材料基體包括20層含膠量為40％?50％的6511/平紋高強布預浸料；兩組形狀記憶合金分別設置于樹脂基復合材料基體內。

技術領域

本發明涉及一種變體機翼的蒙皮技術，特別是一種雙程彎曲的形狀記憶合金復合材料、制作方法及驅動方法。

背景技術

變體機翼作為單一的完整幾何體，可以根據飛行任務及外界條件變化自動調整機翼形狀，且這種外形的變化是光滑連續地，進而實現機翼面積、后掠角、展弦比等大尺寸范圍變化，從而大大提高了機翼任務執行效率。作為變體機翼的重要組成部分，要求蒙皮不僅能夠獲得大的變形，同時具有一定的剛度以承受氣動載荷，這種蒙皮稱為柔性蒙皮。目前柔性蒙皮的研究主要集中在柔性胞狀結構形式的蒙皮，通過對胞狀結構的拓撲優化實現面內大變形、面外高剛度的目標。該類蒙皮仍處于理論研究中，且在關鍵技術及難點包括：面內大變形與面外高剛度之間的矛盾、蒙皮變形表層皺褶的解決、制備技術等方面未獲得大的突破，成為制約了變體機翼發展的瓶頸。

隨著復合材料在航空領域的應用越來越廣及形狀記憶合金加工技術的發展，科研人員提出了將形狀記憶合金與復合材料集成制備出具有形狀記憶效應的復合材料，將其用于變體機翼以解決變體機翼蒙皮研究中面臨的問題。嵌入復合材料中的形狀記憶合金絲的直徑越細對復合材料結構的整體性能影響越小。目前加工直徑0.2mm的形狀記記憶合金絲的工藝已十分成熟，使得制備形狀記憶合金復合材料成為現實。將經過預應變的形狀記憶合金絲作為驅動元件，以偏離中性面的方式嵌入復合材料中制成形狀記憶合金復合材料。對形狀記憶合金絲加熱激勵，當溫度超過奧氏體相變點，產生形狀記憶效應伴隨有收縮變形及回復力。在回復應力作用下，材料基體沿中性面產生彎矩驅動整體結構彎曲變形。利用該材料制作機翼的蒙皮，可獲得沿弦線的彎曲變形，且解決了蒙皮大變形與承載能力之間的矛盾。其應用方向包括：機翼后緣、襟翼、副翼、翼尖小翼的彎曲等。

現有文獻中，雖然關于形狀記憶合金復合材料的研究較多，但將其用于變體機翼的文獻較少。李杰鋒等人在文獻:一種新型形狀記憶合金復合材料的制備及性能測試(兵器材料科學與工程，2014，37(1):57-60)中公開了一種以形狀記憶合金絲為驅動元件的可彎曲變形復合材料的制備方法，驗證了該類材料彎曲變形的可行性，為形狀記憶合金復合材料在變體機翼的應用提供了試驗基礎；但文獻中所制備的形狀記憶合金復合材料存在以下幾方面的不足：由于形狀記憶合金絲僅布置在中性面一側，該類復合材料只能實現單程彎曲變形，如要回復至初始形狀需要輔助其他結構；采用先鋪貼玻璃纖維布在涂膠制備工藝，涂膠量不容易控制，導致涂膠不均勻或者在邊界溢出，影響材料的性能；所用的形狀記憶合金絲直徑為0.5mm，在與基體材料結合時易產生氣泡等缺陷；另外0.5mm直徑的絲彈性相對較大，在制備時需要借助外力使其處于直線狀態。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙程彎曲的形狀記憶合金復合材料、制作方法及驅動方法，利用該形狀記憶合金復合材料結構制作機翼蒙皮可實現蒙皮的雙程彎曲變形。

實現本發明目的的技術方案為：一種雙程彎曲的形狀記憶合金復合材料，其特征在于，包括樹脂基復合材料基體和兩組形狀記憶合金；其中樹脂基復合材料基體包括20層含膠量為40％-50％的6511/平紋高強布預浸料；兩組形狀記憶合金分別設置于樹脂基復合材料基體內。

采用上述材料，樹脂基復合材料基體包括20層含膠量為40％-50％的6511/平紋高強布預浸料：其中上方3層為完整的6511/平紋高強布預浸料，中間14層為條狀6511/平紋高強布預浸料，下方3層為完整的6511/平紋高強布預浸料。

采用上述材料，形狀記憶合金絲為直徑為0.2mm的Ni-Ti合金，兩組形狀記憶合金絲的布置位置分布為：在上方3層完整的6511/平紋高強布預浸料的下方布置第一組形狀記憶合金絲；在下方3層完整的6511/平紋高強布預浸料的上方布置第二組形狀記憶合金絲(5)。