[发明专利]基于形状记忆聚合物的充气可展开机翼及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种充气可展开机翼及其制作方法。

背景技术

美国于上世纪五十年代最先开始研究可充气飞机。目前，已经出现了充气 滑翔机、充气无人侦察机、后缘充气增升机等新式结构的飞机。充气飞机可用 作单兵侦察系统，如榴弹发射的无人侦察机。也可用于军用运输机大量投放的 侦察机。充气飞机是一种极具特点，用途广泛的新型飞行器，对充气飞机进行相 关的研究与探索具有一定的意义。相比与传统飞机，可充气飞机具有以下四大 优点：体积小，重量小；发射方便；隐身性能好；防弹性能好。最近几年来， 由于复合材料的广泛应用，所设计的新型充气飞机结构和性能的不断完善，使 可展开飞机在未来的战场和火星探索中大显身手。然而，现有的可展开机翼仍 然具有诸多缺陷，其最主要的不足主要集中于材料的选择与结构的设计。可充 气机翼的设计中两个基本要求是保持翼型和承受一定的载荷。充气机翼的强度 和刚度由所使用材料的类型、机翼的横截面设计和内部充气压力决定。在保证 足够的强度和刚度的条件下，希望尽可能低地降低充气压力，以减小机翼破损 的风险，降低充气系统和结构的重量及气体的泄漏速率。然而，过分的降低气 压又会减小机翼的刚度，增大飞行过程中的风载变形，降低飞行稳定性。

发明内容

本发明为了解决现有充气可展开机翼无法满足飞机飞行所需要的强度与 刚度，而且冲压太大时，机翼易于破损漏气的问题，进而提供了一种基于形状 记忆聚合物的充气可展开机翼及其制作方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的基于形状记忆聚合物的充气可展开机翼由机翼骨架、封闭充 气气囊和柔性蒙皮构成，封闭充气气囊设置在骨架内，柔性蒙皮包覆在骨架的 外表面上，所述机翼骨架由形状记忆聚合物制成；所述机翼骨架由多个翼肋和 多个翼梁构成，多个翼肋是由几何形状由小逐渐变大的一组翼肋构成的，翼肋 是NACA翼形系列中的任意一种形状，多个翼梁和多个翼肋纵横交织固接在 一起构成轮廓呈筒形的网状骨架。

上述充气可展开机翼按照如下步骤实现：

步骤A、制作机翼骨架：

步骤A1、设计模具：按机翼骨架上的翼肋的数量和形状大小以及翼梁的 数量和形状制作一组模具；

步骤A2、将高分子聚合物和固化剂按质量比28∶(1～5)的比例均匀混 合配制成形状记忆聚合物材料(液态且呈黏稠状)；将形状记忆聚合物材料和 纤维增强材料均匀混合制成纤维增强形状记忆聚合物，纤维增强形状记忆聚合 物的密度小于2g/cm²，形状记忆聚合物占纤维增强形状记忆聚合物质量的40～ 99％；将纤维增强形状记忆聚合物置于相应模具内，再用形状记忆聚合物材料 将模具内的空隙灌满，即形成未固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯；

步骤A3、将未固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯放置在加热箱内加热， 加热温度为70～80℃，加热时间为16～24小时；

步骤A4、将加热后固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯脱模即可得到相 应的翼肋或翼梁；

步骤A5、将制作好的多个翼肋和多个翼梁进行连接固定即可得到机翼骨 架；

步骤B、将封闭充气气囊放在机翼骨架中的内腔中并固定，气囊大小形状 与二维翼型形状相称，并将气囊与充气结构相连；

步骤C、将蒙皮覆盖在机翼上下表面上并固定，即制成基于形状记忆聚合 物的充气可展开机翼。

上述充气可展开机翼也可按照如下步骤实现：

步骤A、制作机翼骨架：

步骤A1、设计模具：按机翼骨架上的翼肋的数量和形状大小以及翼梁的 数量和形状制作一组模具；

步骤A2、将高分子聚合物和固化剂按质量比28∶(1～5)的比例均匀混 合配制成形状记忆聚合物材料(液态且呈黏稠状)；将形状记忆聚合物材料和 纤维增强材料均匀混合制成纤维增强形状记忆聚合物，纤维增强形状记忆聚合 物的密度小于2g/cm²，形状记忆聚合物占纤维增强形状记忆聚合物质量的40～ 99％；将纤维增强形状记忆聚合物置于相应模具内，再用形状记忆聚合物材料 将模具内的空隙灌满，即形成未固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯；

步骤A3、将未固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯进行固化：先在75℃ 条件下保持60分钟，再提高到100℃条件下保温30分钟，然后在75℃条件下 保持24小时；