[發明專利]一種基于4D打印的仿生折疊翼及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910573723.3
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110304246B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 文世峰;陳道兵;周燕;劉洋;陳柯宇;王沖;胡輝;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02;B64C33/00;B22F3/00;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明屬于飛行器領域，并具體公開了一種基于4D打印的仿生折疊翼及其制備方法和應用。該仿生折疊翼的折疊翼鞘與仿生撲翼骨架連接，用于保護和貯存呈折疊狀態的仿生折疊翼，仿生撲翼骨架仿蠼螋撲翼的形狀，其內部設置有水循環流道，該仿生撲翼骨架可根據水循環流道中水的溫度進行伸展和折疊，水循環控制系統與水循環流道連接，用于控制該水循環流道中的水的溫度，撲翼覆膜覆蓋在仿生撲翼骨架的表面。本發明提供的基于4D打印的仿生折疊翼能夠保證該仿生折疊翼具有極大折疊率，同時僅需要水循環控制系統調整水循環流道中水的溫度，便可實現仿生折疊翼的展開和折疊，能夠避免使用繁瑣的機械結構，具有簡潔、高效、高機動性、智能化等優點。

技術領域

本發明屬于飛行器領域，更具體地，涉及一種基于4D打印的仿生折疊翼及其制備方法和應用。

背景技術

小型撲翼飛行器不管是在軍事領域還是在民用領域均將占有舉足輕重的位置。以軍事領域為例，利用小型撲翼飛行器快速、隱秘潛入敵方陣地，實施情報竊取，快速機動出擊破壞敵人重要設施(如武器庫、重要戰略電子設備等)，均可給敵人造成致命打擊。

對于小型撲翼飛行器的設計制造，撲翼是其重點結構。然而目前的小型撲翼飛行器的撲翼，結構繁瑣，折疊比率低，制造方法復雜。如何設計高效、簡潔、高機動性、隱蔽性好、智能化的小型撲翼飛行器撲翼是目前亟待克服的技術難題。

在自然界中，絕大部分生物的飛行方式均為撲翼飛行，因此，從自然界撲翼飛行生物中獲取靈感能夠為撲翼飛行器撲翼提供設計藍本。而小型昆蟲蠼螋的撲翼具有極大的折疊比率，其折疊比率超過10，能夠很好的將撲翼完全折疊隱藏，從而極大地減少整個身體的暴露面積。因此根據蠼螋的撲翼折疊原理制備仿生折疊翼，具有極大的應用前景。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于4D打印的仿生折疊翼及其制備方法和應用，其中利用仿蠼螋撲翼形狀的仿生撲翼骨架，并通過水循環流道中的水溫控制其自動折疊和展開，具有高效、簡潔、高機動性、折疊比率高的優勢，因而尤其適用于小型撲翼飛行器的應用場合。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種基于4D打印的仿生折疊翼，該仿生折疊翼包括折疊翼鞘、仿生撲翼骨架、水循環流道、水循環控制系統和撲翼覆膜，其中：所述折疊翼鞘與所述仿生撲翼骨架連接，用于保護和貯存呈折疊狀態的所述仿生折疊骨架，所述仿生撲翼骨架仿蠼螋撲翼的形狀，伸展時呈扇形展開，其內部設置有所述水循環流道，該仿生撲翼骨架可根據所述水循環流道中水的溫度進行伸展和折疊，所述水循環控制系統與水循環流道連接，用于控制該水循環流道中水的溫度，所述撲翼覆膜覆蓋在所述仿生撲翼骨架的表面，從而在所述仿生撲翼骨架伸展的時候形成翼面。

作為進一步優選地，所述仿生撲翼骨架與其內部的水循環流道的長度之比為3:1～5:1。

作為進一步優選地，所述仿生撲翼骨架和水循環流道由NiTi形狀記憶合金制成。

作為進一步優選地，所述仿生撲翼骨架進行折疊時首先進行褶皺式折疊，然后進行彎轉折疊，最終收縮到所述折疊翼鞘中。

作為進一步優選地，當水的溫度為-10℃～10℃時，所述仿生折疊翼進行折疊，當水的溫度為50℃～80℃時，所述仿生折疊翼進行伸展。

作為進一步優選地，所述基于4D打印的仿生折疊翼的折疊比率為1/10～1/5。

按照本發明的另一方面，提出了一種基于4D打印的仿生折疊翼的制備方法，該方法包括如下步驟：

(a)利用3D打印技術，對形狀記憶合金進行三維成形，制得仿蠼螋撲翼形狀的仿生撲翼骨架和其內部的水循環流道；

(b)在預設溫度下，利用機械壓力使得所述仿生撲翼骨架展開，從而對其進行溫度定型；

(c)將撲翼覆膜覆蓋在所述仿生撲翼骨架的表面，并將所述水循環流道與水循環控制系統連接，進而制得所述仿生折疊翼。