[发明专利]一种基于4D打印的仿生折叠翼及其制备方法和应用

说明书

本发明属于飞行器领域，并具体公开了一种基于4D打印的仿生折叠翼及其制备方法和应用。该仿生折叠翼的折叠翼鞘与仿生扑翼骨架连接，用于保护和贮存呈折叠状态的仿生折叠翼，仿生扑翼骨架仿蠼螋扑翼的形状，其内部设置有水循环流道，该仿生扑翼骨架可根据水循环流道中水的温度进行伸展和折叠，水循环控制系统与水循环流道连接，用于控制该水循环流道中的水的温度，扑翼覆膜覆盖在仿生扑翼骨架的表面。本发明提供的基于4D打印的仿生折叠翼能够保证该仿生折叠翼具有极大折叠率，同时仅需要水循环控制系统调整水循环流道中水的温度，便可实现仿生折叠翼的展开和折叠，能够避免使用繁琐的机械结构，具有简洁、高效、高机动性、智能化等优点。

技术领域

本发明属于飞行器领域，更具体地，涉及一种基于4D打印的仿生折叠翼及其制备方法和应用。

背景技术

小型扑翼飞行器不管是在军事领域还是在民用领域均将占有举足轻重的位置。以军事领域为例，利用小型扑翼飞行器快速、隐秘潜入敌方阵地，实施情报窃取，快速机动出击破坏敌人重要设施(如武器库、重要战略电子设备等)，均可给敌人造成致命打击。

对于小型扑翼飞行器的设计制造，扑翼是其重点结构。然而目前的小型扑翼飞行器的扑翼，结构繁琐，折叠比率低，制造方法复杂。如何设计高效、简洁、高机动性、隐蔽性好、智能化的小型扑翼飞行器扑翼是目前亟待克服的技术难题。

在自然界中，绝大部分生物的飞行方式均为扑翼飞行，因此，从自然界扑翼飞行生物中获取灵感能够为扑翼飞行器扑翼提供设计蓝本。而小型昆虫蠼螋的扑翼具有极大的折叠比率，其折叠比率超过10，能够很好的将扑翼完全折叠隐藏，从而极大地减少整个身体的暴露面积。因此根据蠼螋的扑翼折叠原理制备仿生折叠翼，具有极大的应用前景。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于4D打印的仿生折叠翼及其制备方法和应用，其中利用仿蠼螋扑翼形状的仿生扑翼骨架，并通过水循环流道中的水温控制其自动折叠和展开，具有高效、简洁、高机动性、折叠比率高的优势，因而尤其适用于小型扑翼飞行器的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于4D打印的仿生折叠翼，该仿生折叠翼包括折叠翼鞘、仿生扑翼骨架、水循环流道、水循环控制系统和扑翼覆膜，其中：所述折叠翼鞘与所述仿生扑翼骨架连接，用于保护和贮存呈折叠状态的所述仿生折叠骨架，所述仿生扑翼骨架仿蠼螋扑翼的形状，伸展时呈扇形展开，其内部设置有所述水循环流道，该仿生扑翼骨架可根据所述水循环流道中水的温度进行伸展和折叠，所述水循环控制系统与水循环流道连接，用于控制该水循环流道中水的温度，所述扑翼覆膜覆盖在所述仿生扑翼骨架的表面，从而在所述仿生扑翼骨架伸展的时候形成翼面。

作为进一步优选地，所述仿生扑翼骨架与其内部的水循环流道的长度之比为3:1～5:1。

作为进一步优选地，所述仿生扑翼骨架和水循环流道由NiTi形状记忆合金制成。

作为进一步优选地，所述仿生扑翼骨架进行折叠时首先进行褶皱式折叠，然后进行弯转折叠，最终收缩到所述折叠翼鞘中。

作为进一步优选地，当水的温度为-10℃～10℃时，所述仿生折叠翼进行折叠，当水的温度为50℃～80℃时，所述仿生折叠翼进行伸展。

作为进一步优选地，所述基于4D打印的仿生折叠翼的折叠比率为1/10～1/5。

按照本发明的另一方面，提出了一种基于4D打印的仿生折叠翼的制备方法，该方法包括如下步骤：

(a)利用3D打印技术，对形状记忆合金进行三维成形，制得仿蠼螋扑翼形状的仿生扑翼骨架和其内部的水循环流道；

(b)在预设温度下，利用机械压力使得所述仿生扑翼骨架展开，从而对其进行温度定型；

(c)将扑翼覆膜覆盖在所述仿生扑翼骨架的表面，并将所述水循环流道与水循环控制系统连接，进而制得所述仿生折叠翼。