[发明专利]具有蜂窝结构的自驱动重复锁紧释放机构及其4D打印制备方法和锁紧释放方法

说明书

具有蜂窝结构的自驱动重复锁紧释放机构及其4D打印制备方法和锁紧释放方法，涉及一种自驱动重复锁紧释放机构及其制备方法和锁紧释放方法。目的是解决传统的爆炸螺栓在释放机构时爆炸产生巨大的冲击、爆炸碎片或气体等损伤附近装置和爆炸螺栓质量大的问题。锁紧释放机构由锁紧件和连接件构成；锁紧件由锁紧件底座和形变杆构成；连接件由连接杆和连接杆固定块构成；形变杆主体材质为形状记忆聚合物。使用时首先赋形，将赋形后的形变杆套设在连接杆上实现锁紧；驱动形变杆形状回复，即完成释放。锁紧释放机构在形状回复过程中完成释放，不会瞬间产生过高的冲撞力，形变杆能降低卫星在发射过程中所占的空间。本发明适用于天线或太阳翼的锁紧释放。

技术领域

本发明涉及一种自驱动重复锁紧释放机构及其制备方法和锁紧释放方法。

背景技术

人造卫星的天线和太阳翼等结构在工作过程中需要占用较大的面积达到需要的工作条件，因此在发射过程需要折叠收拢起来，以减小空间占用，到达指定位置后进行解锁展开工作，因此锁紧释放机构是必不可少的。传统的火工品如爆炸螺栓等是航空航天和武器装备等领域广泛应用的一种分离装置，能够实现人造卫星的天线和太阳翼等结构的锁紧释放，但爆炸螺栓的爆炸对周围结构会产生较大冲击，爆炸产生碎片和气体等会损伤附近装置，对设备产生污染，并且爆炸螺栓材质一般是合金钢，其密度一般为7～8g/cm³，结构质量较大。现有的蜂窝结构主要分为两种，一种是胶粘蜂窝板，蜂窝芯之间、以及蜂窝芯与面板之间均采用胶粘方式结合，这种结合方式的力学强度、使用寿命等指标均受限于粘胶剂；另一种是钎焊蜂窝板，通过钎焊方式形成的金属连接与胶粘蜂窝板的性能相比具有显著提高，但钎焊不适用于聚合物及复合材料。

发明内容

本发明为解决传统的爆炸螺栓在释放机构时由于爆炸产生巨大的冲击、爆炸碎片或气体等损伤附近装置和爆炸螺栓质量大的问题，提出了一种具有蜂窝结构的自驱动重复锁紧释放机构及其4D打印制备方法和锁紧释放方法。

本发明具有蜂窝结构的自驱动重复锁紧释放机构由锁紧件和连接件构成；锁紧件由锁紧件底座和形变杆构成；连接件由连接杆和连接杆固定块构成；

所述形变杆一端与锁紧件底座固接，锁紧件底座上设置有数个通孔；形变杆的主体为数个平面层和数个蜂窝层构成，蜂窝层设置于相邻的平面层之间；所述蜂窝层中蜂窝单元为六棱柱，六棱柱的截面六边形，六边形的边长为0.25～0.35mm；

所述形变杆的平面层和蜂窝层的主体材质为形状记忆聚合物，形状记忆聚合物内设置有纤维增强相，形变杆的上设置有两根导线；导线的一端设置于形变杆主体内部，导线的另一端引出至形变杆外部；其中，形变杆的上设置的两根导线一端设置于形变杆主体内部并与形变杆的导电纤维如碳纤维、石墨烯纤维、碳纳米管纤维接触，导线与形变杆内的长纤维或相互搭接的短切纤维构成导通电路，将两根导线连接电源后，形变杆的导电纤维产热，驱动形变杆形状回复；

所述形变杆的其中一个表面上设置有产热电路，产热电路两端设置有引出导线；所述产热电路通过激光刻蚀或丝网印刷方式加工；将引出导线连接电源后，形变杆的产热电路产热，驱动形变杆形状回复；

所述锁紧件底座的主体材质为形状记忆聚合物；

所述形状记忆聚合物为苯乙烯系形状记忆聚合物、聚酰亚胺聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物或氰酸酯系形状记忆聚合物；

所述纤维增强相为长纤维或短切纤维；所述纤维为玻璃纤维、氨纶纤维、凯夫拉纤维、芳纶纤维中的一种或多种；

所述纤维为碳纤维、石墨烯纤维、碳纳米管纤维中的一种或多种；

所述形变杆的主体中纤维增强相的体积分数为5～60％；其中，纤维增强相所占体积分数可以根据锁紧力的需求进行调整，锁紧力较小时可以选用形状记忆聚合物材料或纤维体积分数较小的复合材料；锁紧力较大时选用纤维体积分数较大的复合材料；