[发明专利]一种双程变形的形状记忆合金鼓包及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于材料弯曲变形技术领域，具体指代一种可用于飞行器发动机进气道的流场调节的双程变形的形状记忆合金及其制作方法。

背景技术

高速飞行器需要推进系统具有突破性的发展，固定几何形状的进气道是目前发动机进气道最直接有效的设计方案，在设计点处性能达到最优，偏离设计点性能急剧下降。变几何形状进气道通过变换自身形状，向飞行状况变化较大的发动机提供稳定流场，确保燃烧室正常工作，提高发动机性能和适应性，实现发动机多任务功能的目标。目前世界发达国家均在该领域进行了大量的研究，通常变几何进气道是通过改变进气道内部形状调节横截面积，进而改变收缩比、流量捕获和边界层，使发动机能够在更宽马赫数下工作，并具有优良性能。但由于现有的调节机构多为机械结构，导致进气道重量增大，结构复杂，可靠性较差。快速发展的形状记忆合金智能材料因其具有体积小、结构简单、驱动力大等优点，克服了机械调节机构的不足，成为变几何进气道最佳选择。

从现有的文献看，利用形状记忆合金实现变几何进气道研究的报道较少。文献Design and Test of a SMA Powered Adaptive Aircraft Inlet Internal Wall（AIAA 2002-1356，43rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Con. 22-25 April 2002, Denver, Colorado）公开了一种以形状记忆合金丝为驱动元件的智能鼓包方法，该鼓包由波音公司2001年提出并在发动机进气道中进行了试验，称为柔性智能蒙皮，其构成为：弹性基体材料（橡胶），及嵌入其中的弹性金属杆和形状记忆合金丝。嵌入弹性金属杆是为了提高弹性基体材料的刚度，以承受横向气动载荷。形状记忆合金丝为驱动元件，在热激励作用下产生收缩力，驱动蒙皮屈曲变形形成所需鼓包。其不足之处在于：由于基体为橡胶类弹性材料，虽然嵌入金属杆提高了其刚度，但鼓包鼓起后的型面精度依然较低，影响流场的稳定性；在制备方面，工艺较为复杂，包括：金属杆、形状记忆合金表面的均匀化粗糙处理，橡胶原液的调配，成型，硫化等；另外形状记忆合金丝采用热激励，多次循环激励后容易引起形状记忆合金与橡胶基体的脱离，且加速橡胶老化，导致其使用寿命降低。

文献Development and Test of an HTSMA Supersonic Inlet Ramp Actuator（Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies, Proc. of SPIE, 2008, 6930:1-11 ）于2008年公开了一种针对超音速商用飞机的智能斜面鼓包，该斜面为铝合金板，驱动机构由四边形机械臂、形状记忆合金丝作动元件、弹簧回复元件组成。通过驱动机构的平移带动斜面鼓包前后运动实现对流场调节。其不足之处：鼓包为斜直面，无法满足流场调节对型面变化需求，应用范围小；驱动机构采用形状记忆合金丝与机械臂组成，机构复杂，且占用空间大；对形状记忆合金丝的激励采用电阻热，变形响应慢。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双程变形的形状记忆合金鼓包及其制作方法，以解决现有技术中鼓包鼓起后的型面精度低，或鼓包为斜面，驱动机构复杂，占用空间大，加工工艺复杂等问题。

为达到上述目的，本发明的一种双程变形的形状记忆合金鼓包，包括：形状记忆合金板与弹簧钢板，二者相互叠加，且之间设有加热膜，该加热膜贴在形状记忆合金板鼓起面的反面，加热膜的下方放置弹簧钢板；三者通过螺钉固定。

优选地，所述的形状记忆合金板为采用模具热成型为所需型面经过多次冷热循环训练压制的平板状。

优选地，所述的形状记忆合金板在上方，中间为加热膜，下方为相同面积的弹簧钢板。

优选地，所述的螺钉为沉头螺钉。

本发明的一种双程变形的形状记忆合金鼓包的制作方法，包括步骤如下：

形状记忆合金板的加工、成型及训练，包含如下：

1）利用线切割机将形状记忆合金板切割至所需尺寸，钻沉头螺钉的沉头孔；

2）将形状记忆合金板装入上、下成型模具之间，并用螺栓及螺母压紧固定，保证形状记忆合金板与上、下成型模具型面贴合；

3）将装夹有形状记忆合金板的模具放入加热炉中，升温至800℃后，保温1小时后，关闭加热炉电源，随炉冷却至室温；