[发明专利]一种形状记忆聚合物变刚度蒙皮

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆聚合物变刚度蒙皮。

背景技术

形状记忆聚合物由于可用于医学、航天、智能控制等领域，因此受到了越来越多的重视。形状记忆聚合物材料在一定条件作用下能够主动产生高达100％的大回复变形，因此在智能主动变形结构研究领域显示出巨大的应用潜力。形状记忆聚合物按激励形式的不同可分为热致、电致、光致和溶液驱动等类型。其中，热致型形状记忆聚合物具有激励形式简单、可回复形变量大和响应速度快等优点，是研究最为广泛和深入的。热致形状记忆聚合物的热-机械变形过程：在玻璃化转变温度Tg以上，对形状记忆聚合物(起始态)施加外力使其变形；在保持外界约束的前提下，使其降温至Tg以下一定温度，撤去外界约束，所赋变形能被长期保持下来(变形态)；当再次加热至玻璃化转变温度以上时，形状记忆聚合物能自动发生形状回复(回复态)。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的变形循环。

由形状记忆聚合物及特殊纤维缠绕而成的变刚度管不仅具有形状记忆聚合物的记忆性能而且比纯形状记忆聚合物做成的管刚度更大，韧性更好，是非常好的工程材料。变刚度管是利用纤维缠绕机通过数字电脑控制，采用湿法纤维缠绕方式进行加工得到的。其特性是在玻璃化转变温度之下时可以保持一个较大的刚度，当对管子加热达到玻璃化转变温度后，管子刚度急剧缩小，在外力的作用下可以实现非常大的变形，当撤去外力后持续加热则管子可以回复到原来的形态，从而通过加热实现了刚度的变化，由这种管子制成的复合材料可应用于各种需要改变刚度和变形能力的领域。

机翼要实现其弦长、展长、后掠角和面积等的大幅度变化，蒙皮必须能够承受足够大的变形，且在变形过程中要有足够的面外刚度来维持机翼的气动外形，同时在变形过程中蒙皮材料的面内刚度要尽可能的小以减少驱动器对能量的要求。由形状记忆复合材料变刚度管及柔性基体材料组成的复合材料柔性蒙皮不仅可以满足蒙皮的承载能力，而且可以根据外界条件的变化改变自身刚度，从而可以应用于变体飞行器机翼等其他需要改变自身刚度的装置的设计中，应用前景十分巨大。

发明内容

本发明的目的在于公开一种形状记忆聚合物变刚度蒙皮，属于一种复合材料蒙皮，主要用于航空领域，可在外界条件刺激下改变自身刚度的复合材料蒙皮。

本发明所采用的技术如下：

一种形状记忆聚合物变刚度蒙皮，包括多根形状记忆聚合物变刚度管，多根形状记忆聚合物变刚度管沿轴线方向并列排列并镶嵌在柔性硅橡胶基体内；所述的形状记忆聚合物变刚度管由增强纤维材料编织缠绕成管状，增强纤维材料外包裹有形状记忆聚合物。

本发明还具有如下特征：

1、所述的形状记忆聚合物为苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯中的一种。

2、所述的增强纤维材料为玻璃纤维增强相材料、碳纤维增强相材料、Kevlar纤维或形状记忆合金丝中的一种或几种混合。

3、所述的柔性硅橡胶基体材料为有机硅胶、无机硅胶、硅橡胶或橡胶材料中的一种或几种混合。

4、所述的柔性硅橡胶基体为多层，每层都包括多根形状记忆聚合物变刚度管矩阵排列并镶嵌在柔性硅橡胶基体内。

5、如上所述的一种形状记忆聚合物变刚度蒙皮，柔性硅橡胶基体为3层，第一层都包括多根形状记忆聚合物变刚度管沿-60°排列，第二层都包括多根形状记忆聚合物变刚度管沿0°排列，第三层都包括多根形状记忆聚合物变刚度管沿60°排列。

本发明得到的一种形状记忆聚合物变刚度蒙皮具有在外界刺激条件下改变自身刚度的能力，主要应用于航空领域，也可应用于航天、机械、导弹及其他需要改变刚度和变形能力的领域。

本发明有以下有益效果：本发明的蒙皮结构改善了传统机翼结构复杂、功能受限、效率较低，难以适应较广范围飞行条件变化的劣势，改善了单纯以橡胶为蒙皮材料带来的机翼整体承载能力低的缺点，本发明蒙皮变刚度前后保持了蒙皮表层的光滑性和连续性，变刚度过程中对驱动能的要求低。本发明可根据外界载荷的变化，蒙皮结构局部或整体地改变其本身的刚度，使机翼快速有效地达到最佳飞行状态。

附图说明

图1为形状记忆聚合物变刚度管的结构示意图；

图2为形状记忆聚合物变刚度蒙皮结构示意图；

图3为3层柔性硅橡胶基体为的形状记忆聚合物变刚度蒙皮结构示意图；