[发明专利]一种用于进气道鼓包调节的SMA弯曲驱动器

说明书

本发明提供一种用于进气道鼓包调节的SMA弯曲驱动器，主要包括弹性钢板、前固定板、后固定板、SMA丝、绝缘导轨、铰链等，SMA丝以多组V形并列的方式悬空布置在弹性钢板的内侧面，其直线部分穿过绝缘导轨上的横向通孔从而与弹性钢板保持恒定间距。需要进行鼓包调节时，对SMA丝通电使其受热收缩产生驱动力，由于驱动力的作用方向相对于前固定板、后固定板是偏心的，因此可驱动前固定板、后固定板绕铰链旋转，使后固定板向前固定板一侧移动，进而使弹性钢板产生弯曲变形，从而实现进气道鼓包的调节。该驱动器结构简单紧凑，响应速度快、驱动频率高，驱动性能可调节，可自行回复、抗气动载荷能力强，设计精度高、推广适应性强。

技术领域

本发明涉及SMA(形状记忆合金)驱动器领域，具体而言，涉及一种应用于飞行器进气道鼓包调节的SMA弯曲驱动器。

背景技术

传统的几何可调进气道多采用机械调节的方式驱动结构的变形，如液压驱动、电机驱动等，这种方式传动准确、驱动稳定，但调节系统的存在，大大增加了进气道结构的重量与复杂性。为了解决上述问题，基于SMA驱动器的鼓包调节技术应用到了几何可调进气道中，由于SMA驱动应力大的特性，因此利用小重量的SMA即可驱动鼓包的变形，另外鼓包调节的进气道中鼓包变形的部分采用了柔性材料，允许鼓包能够向进气道流道中鼓出产生柔性变形，从而改变进气道的截面面积。

SMA材料作为一种智能材料，具有耐磨、耐腐蚀、无毒性的特点，且其几何形状紧凑、能量密度大，已广泛应用于智能驱动器领域，将SMA材料用于飞行器进气道鼓包调节驱动成为一种新的趋势。现有的基于SMA的进气道调节驱动器主要有两种类型。

一种是采用SMA丝直线驱动的方式，该方法将SMA丝一端固定在进气道壁中，一端拉动进气道中的作动机构从而直接或者间接地驱动进气道的变形，但由于SMA丝的应变非常有限，因此要让驱动器达到足够的变形就不得不使用相当长度的SMA丝，由此必须考虑额外的空间或者机构来安放过长的SMA丝；另外驱动器的形状回复还需要额外的回复机构，如额外的SMA丝来驱动驱动器的回复，这就使得驱动器的结构较为复杂。

另一种是基于SMA丝的柔性复合材料驱动器，该方法将SMA丝、形状支撑材料以及其它一些材料通过柔性材料集成为一体，该方法能一定程度上解决SMA丝直线驱动的缺点，但仍然存在很多问题。(1)此类驱动器需要布置多根SMA丝共同工作，而SMA丝的固定接头处发生滑脱是最常见的SMA丝失效方式，多根SMA丝的设置，势必导致整个驱动器的可靠性降低、结构复杂性增大；(2)SMA丝与柔性基体之间摩擦阻力大，这在一定程度上削弱了SMA丝的驱动能力，且由于SMA丝的收缩会引起两者之间的错动，尤其对于进气道这种大尺寸的场合，错动甚至会导致柔性基体的局部破坏；(3)柔性基体具有较大弹性，用柔性基体难以精确控制SMA丝与弹性钢板等支撑结构之间的偏心距，导致SMA丝的驱动位移由于偏心距的扩大而被消耗，使得SMA丝的有效驱动位移减小；(4)由于柔性复合材料驱动器采用一次成型，无法调整SMA丝与弹性钢板之间的间距，且在多次驱动循环后SMA丝会产生塑性应变，一体化的结构也无法更换或调整SMA丝，这些都会导致驱动器的驱动性能不可调节；(5)SMA丝完全包裹于柔性基体中，使得SMA丝无法及时散热冷却，驱动器的驱动频率低；(6)SMA丝与柔性基体大面积接触，二者之间存在很强的热传导，降低了SMA丝的受热速率，导致驱动变形的速度降低。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种用于进气道鼓包调节的SMA弯曲驱动器。该驱动器采用单根SMA丝驱动、结构简单、几何尺寸小、驱动性能可调节、驱动频率高、响应速度快、具有自回复能力和较强的气动承载能力。

本发明采用的技术方案为：一种用于进气道鼓包调节的SMA弯曲驱动器，包括弹性钢板、前固定板、后固定板、SMA丝、绝缘导轨、绝缘环、绝缘块、铰链、滑块、轨道。