CN105299026B - 用于形状记忆合金心轴的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于形状记忆合金心轴的装置和方法，在本发明一个或多个方面中，公开了心轴(10)。心轴(10)具有形状记忆合金(SMA)壳体(103)，该壳体具有纵向轴线(L)，沿纵向轴线(L)延伸的内部和外部轮廓，SMA壳体(103)被配置为与待固化的结构(102)接合，和设置在内部内并连接到SMA壳体(103)的至少一个SMA驱动构件(104)，其中至少一个SMA驱动构件(104)配置为抵靠SMA壳体(103)施加压力，以在SMA壳体(103)的外部轮廓和待固化的结构(102)之间施加接合压力(P1、P2、P3)，其中外部轮廓具有预定的驱动形状，该驱动形状相应于待固化的结构(102)的预定的固化形状。

Description

用于形状记忆合金心轴的装置和方法
技术领域
示例性实施例的各方面总体上涉及用于成形固化结构的心轴，并且更具体地，涉及具有形状记忆合金驱动器的心轴。
背景技术
心轴通常在当需要塑形制造的产品时被利用。心轴可以被配置为形成固化的和成形的产品，例如，固化的编织复合材料结构、热塑性塑料、树脂结构或任何其他适合的或类似的材料。心轴通常可以通过在固化过程期间，抵靠刚性驱动壳体或成型在材料(例如，复合材料)上提供驱动而被配置为使材料的形状成为期望的形状或配置。由心轴抵靠复合材料和驱动壳体或成型施加的压力可以允许形成完成的复合材料的预定形状、几何结构或配置。当前，在复合材料的成形中应用的现有技术的心轴经常应用在心轴内的化学反应，以抵靠刚性驱动壳体在复合材料上提供驱动压力。该化学反应可以例如通过可溶可膨胀的心轴在驱动壳体或成型内使用硅而获得，或通过通过心轴产生驱动压力的任意其他适合的手段而获得。然而，该方法存在许多缺点。参考图1，由化学驱动的心轴形成的具有某形状的复合结构的几个示例被示出。驱动传统心轴的化学反应不能充分提供沿驱动壳体的内部一致的压力。不一致的压力会导致在由传统心轴形成的复合结构中产生均匀厚度存在困难。(例如，见图1A-C)。
驱动传统心轴的化学反应还可能存在一些问题，这些问题涉及由传统心轴施加的压力的精确控制。由于化学反应的本质，由传统心轴施加的压力可能是不均匀的并且难以控制。在传统心轴的形状复杂并且具有非均匀的横截面的情况下，可能通常难以随着化学反应引起心轴驱动而提供沿心轴的整个长度的恒定的压力(例如，见图1C)。
发明内容
因此，意图解决上面指出的问题的用于固化复合结构的具有形状记忆合金驱动器的心轴将被发现是实用的。
在本发明公开的一个或多个方面中，公开了心轴。该心轴具有：形状记忆合金(SMA)壳体，该壳体具有纵向轴线、沿纵向轴线延伸的内部、和外部轮廓，SMA壳体被配置为与待固化的结构接合；以及设置在内部内并且连接到SMA壳体的至少一个SMA驱动构件，其中至少一个SMA驱动构件被配置为抵靠SMA壳体施加压力，在SMA壳体的外部轮廓和待固化的结构之间产生接合压力，其中外部轮廓具有预定的驱动形状，该形状与待固化的结构的预定的固化形状相应。
在本发明的一个或多个方面中，公开了心轴。该心轴具有第一形状记忆合金(SMA)壳体，该壳体具有纵向轴线、外部轮廓并且形成内部空间，第一SMA壳体的外部轮廓被配置为与待固化的复合材料接合；以及设置在内部空间内的至少一个SMA驱动构件，并且该SMA驱动构件被配置为抵靠第一SMA壳体施加膨胀压力区域，并且使膨胀压力转移到待固化的复合材料。
在本发明的一个或多个方面中，公开了形成待固化的复合结构的方法。该方法包括在形状记忆合金(SMA)心轴周围放置待固化的复合结构，并且抵靠SMA心轴的SMA壳体施加压力，以便使用SMA心轴的至少一个SMA构件，通过SMA心轴的外部轮廓表面使该压力被转移到待固化的复合结构，其中外部轮廓具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状相应于复合结构的预定的固化形状。
在本发明的一个或多个方面中，公开了使用形状记忆合金(SMA)心轴修整结构上的压力的方法。该方法包括在固化过程期间限定待固化的复合结构的几何结构，确认用于该复合结构的固化过程的压力和温度，通过使SMA心轴与确认的压力和温度的匹配而设计SMA心轴，其中该SMA心轴被设计轮廓为复合结构的固化的几何结构，和装配SMA心轴，使装配的SMA心轴放置在待固化的复合结构内，以便SMA心轴的具有轮廓的外部表面与复合结构接触，和固化复合结构。
在本发明的一个或多个方面中，公开了用于形成复合结构的系统，该系统具有驱动壳体，该驱动壳体具有沿纵向轴线延伸的内部和对应于复合结构的预定的固化形状的内部轮廓，形状记忆合金(SMA)壳体具有纵向轴线、沿纵向轴线延伸的内部，和具有预定形状的外部轮廓，该SMA壳体被配置为与待固化的复合结构接合，以及设置在内部内并且连接到SMA壳体的至少一个SMA驱动构件，其中至少一个SMA驱动构件被配置为抵靠SMA壳体施加压力，以在SMA壳体的外部轮廓和驱动壳体的内部轮廓之间施加接合压力以压缩复合结构以便固化复合结构，并且实施复合结构的预定的固化形状，其中外部轮廓具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状对应于复合结构的预定的固化形状。
附图说明
已经以概括的术语描述了本发明的示例，现在将参考附图(其没有必要按比例绘图)，并且其中在所有的若干附图中，相同的参考标记指代相同的或相似的零件，并且其中：
图1A-C是使用传统心轴生成的现有技术的复合结构的示例性说明。
图2是根据本发明的各方面说明了形状记忆合金心轴的示例性截面图；
图2A-D是根据本发明的各方面的正弦曲线的形状记忆合金驱动构件的示例性截面图；
图3是根据本发明的各方面说明了另一种形状记忆合金心轴的示例性截面图；
图3A-B是根据本发明的各方面的形状记忆合金驱动构件的示例性截面图；
图4是根据本发明的各方面示出了形状记忆合金驱动构件的设计的示例性说明；
图4A是根据本发明的各方面示出了形状记忆合金驱动构件的示例性说明；
图4B是根据本发明的各方面的形状记忆合金驱动构件的示例性说明；
图4C-E是根据本发明的各方面的具有不同截面形状的形状记忆合金的示例性说明；
图5是根据本发明的各方面示出了复合固化过程的示例性流程图；
图6是根据本发明的各方面示出了形状记忆合金心轴的设计的示例性流程图；
图7是根据本发明的各方面的飞行器生成和维护方法的流程图；
图8是根据本发明的各方面的飞行器的示意图；
在上面提到的框图中，连接各种元件和/或组件的实线(如果存在的话)可表示机械的、电的、流体的、光学的、电磁的和其他耦合和/或其组合。如在此使用的，“耦合”意为直接和间接地关联。例如，构件A可以直接与构件B关联，或可以间接地例如经由另一个构件C与其关联。除这些在框图中描述的以外的耦合和连接也可以存在。连接各种元件和/或组件的虚线(如果存在的话)表示与由实线表示的这些耦合或连接在功能和目的上相似的耦合或连接；然而，由虚线表示的耦合或连接可以选择性地被提供或可以涉及本公开的可替换的或可选择的方面。同样的，由虚线表示的元件和/或组件(如果存在的话)指示本公开的可替换的或可选择的方面。环境元素(如果存在的话)采取虚线表示。
在上面提到的框图中，方框也可以表示操作和/或操作的部分。连接各个方框的线并不暗示任何特殊的顺序或操作或部分操作的依赖关系。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对公开的概念的深入理解，其中可以在不具有一些或所有这些特定细节的情况下实施公开的概念。在其他实例中，已知的设备或/或过程的细节已经被省略，以避免不必要的模糊本公开。虽然一些概念结合特定的示例被描述，但是应当了解这些示例不是意图作为限制。进一步注意，所有数字、温度等是“关于”并且被提供以仅用于示例性的目的。所有特定数字、温度和任意其他特定信息可以是或多或少或任意适合的数字或温度。
在此参考“一个示例”或“一个方面”意为结合该示例或方面描述的一个或多个特征、结构或特点包含在至少一个实施方式中。在说明书中各个位置的短语“一个示例”或“一个方面”可以是或者可以不是指代相同的示例或方面。
现参考图2，用于结构固化过程的压紧单元100(例如，用于固化复合结构的单元)的形状记忆合金心轴10被示出。形状记忆合金(另外被称为SMA、智能金属、记忆金属和记忆合金)是可以响应于某些变化而改变形状、位置、刚度和许多机械性能的材料的类别。例如，对于某些SMA，机械性能可以响应于温度的变化或暴露于电磁场而变化。SMA心轴可为固态，其取代化学反应心轴，这是由于SMA心轴当遇到某些情况时例如当SMA结构暴露于特定温度时返回“记忆”形状的特性。SMA可以被剪裁(tailor)以通过“修整/训练(train)”该SMA结构在不损失特定材料性能的情况下，在从马氏体到奥氏体状态的相变之间(并且再次返回)以可控的方式表现，从而在特定位置提供特定压力。当被适当的剪裁时，SMA结构可以在随着在马氏体和奥氏体状态之间转变的偏转期间施加高压力，并且偏转可以比传统的(即，基于化学反应的)心轴更快。例如，由SMA结构在相变期间的偏转给周围结构提供的压力可以高达约100Ksi(或更高)。而且，因为SMA结构机械地驱动(从内到外或从外到内)，所以驱动期间的偏转可以以可控的方式被执行，与依靠化学反应提供压力的传统心轴截然相反。
SMA可以包括，例如，镍钛合金，其在规定的情况下展现可逆的固态相变。在相变期间，合金形状在结构水平上可以经历显著的和可逆的变化，产生适于固化材料的可逆的特性和性能。镍钛合金的相变可以在大约20-30℃的温度范围内发生，并且该合金可以被预处理，以允许转变温度为相对较高(大约60-80℃)或相对较低(大约20-0℃)。然而，在本发明的可替换的方面中，任何适合的形状记忆合金或材料可以被配置作为SMA心轴，包括但不限于锌、铜、金和铁合金的SMA。在本发明的可替换的方面中，形状记忆聚合物也可以配置作为SMA心轴。
再次参考图2和2B，形状记忆合金心轴10具有轴向延伸的毂107，其被布置为基本沿形状记忆合金心轴10的纵向轴线L延伸。轴向延伸的毂107可以由任意适合的材料制成。在本公开的方面中，轴向延伸的毂107可以由金属或其他能够经受高温或高压状况的材料组成。在本公开的另一个方面中，轴向延伸的毂107也可以由SMA组成，其可以在固化过程期间提供驱动。
形状记忆合金心轴10也具有形状记忆合金翅片106，其与轴向延伸的毂107连通地接合、连接或另外附连，以便轴向延伸的毂107径向地支撑形状记忆合金翅片106，并且提供平台，形状记忆金属翅片106可以从该平台驱动(例如，公共基座)。在公开的实施例的一个方面中，形状记忆合金翅片106(下文中“SMA翅片106”)可以从轴向延伸的毂107径向地延伸。在公开的实施例中的其他方面中，SMA翅片106可以被连接到轴向延伸的毂107，用于在任何适合的方向上的扩展。SMA翅片106由形状记忆材料组成，例如，上面描述的任何形状记忆材料。因为SMA翅片106被连接到轴向延伸的毂107，所以在驱动期间，SMA翅片106可以随着SMA翅片106在马氏体和奥氏体状态之间的转变而从轴向延伸的毂107向外施加径向压力。在公开的实施例的一个方面中，SMA翅片106可以在驱动期间径向延伸，以在径向方向上提供基本一致的压力。在本公开的其他方面中，SMA翅片106可以在任何适合的方向上提供压力，包括沿径向、轴向、扭转方向中的一个或多个方向。在本实施例的其他方面中，每个SMA翅片106可以被剪裁或修整，以在固化或固结过程期间提供不同水平的径向压力，或不同水平的偏转。由每个SMA翅片106施加的不同的径向压力可以促进例如通过形状记忆合金心轴10形成复杂形状。在形状记忆合金心轴10可以形成具有复杂横截面几何结构的复杂形状的情况下，形状记忆合金翅片106的不同水平的偏转可以允许沿形状记忆合金心轴10的内周长的基本一致水平的压力，以形成基本均匀厚度的复合结构。在公开的实施例的其他方面中，由每个SMA翅片106施加的不同的径向压力和偏转也可以促进形状的形成，其中复合结构的不同点或区域可以由复合结构上的心轴施加的不同水平的径向压力形成。在本公开的其他方面中，SMA翅片106还可以沿驱动壳体101的内部周长提供不同压力区域(即非均匀的压力)，这在下面进一步描述。例如，参考图2C，该SMA心轴10在复合结构102上施加不同压力区域，诸如第一压力区域(P1)、第二压力区域(P2)和第三压力区域(P3)。在本发明的一个方面中，不同压力区域可以围绕纵轴轴向布置(即，围绕形状记忆合金心轴10的圆周)。然而，在本发明的其他发面中，不同压力区域可以沿周长布置(即，沿压紧单元100的周长的一个或多个部分)。这可以在图2D中看见，其中SMA心轴10可以在复合结构102的周长的不同部分上施加不同压力区域P4、P5和P6。在公开的实施例的另一个方面中，由每个SMA翅片106施加的不同径向压力和偏转也可以被修整或剪裁，以根据温度按顺序驱动，而不是同时驱动。例如，随着温度的改变，当每个SMA翅片106到达其各自的相变温度时，不同组的SMA翅片106可以独立地驱动(例如，在不同时间和/或不同方向上驱动)，从而提供SMA翅片106的驱动的更多的剪裁。
再次参考图2和2B，SMA翅片106被耦合到内部控制层或第二SMA壳体108，以便内部控制层/第二SMA壳体108被SMA翅片106支撑。内部控制层/第二SMA壳体108可以被配置为作为SMA翅片106和SMA驱动构件104之间的边界层。内部控制层/第二SMA壳体108可以是任意适合的材料(即，可以操控高温和高压情况的任意材料)，包括SMA材料。在本发明的一个方面中，内部控制层/第二SMA壳体108可以促进均匀地分布由SMA翅片106施加的径向压力。
形状记忆合金驱动构件104(下文中的“SMA驱动构件104”)是形状记忆合金心轴10的附加形状记忆合金驱动构件。SMA驱动构件104可以包括由SMA材料制成的附加的SMA元件，诸如，由上面描述的或任何其他适合的SMA材料制成。如图2和2A中所示，SMA驱动构件104可以以基本正弦曲线的配置被布置。该正弦曲线配置可以由SMA元件组成，该SMA元件以具有基本等间隔的正弦的正弦曲线形状配置(见图2B中的104A)。然而，在本发明的其他方面中，具有基本不规则间隔的正弦的基本正弦曲线配置也是可行的(见图4B中的104B)。基本正弦曲线配置可以允许剪裁地控制沿形状记忆合金心轴10的圆周横截面的径向、轴向和扭转压力中的一个或多个。该正弦曲线配置可以允许在形状记忆合金心轴10的横截面的特定点处的特定水平的径向压力和偏转的精确剪裁。该正弦曲线配置还可以允许应用经由SMA驱动构件104甚至穿过形状不一致(即，复杂的形状)的横截面的恒定压力。然而，在公开的实施例的其他方面中，SMA驱动构件104还可以以类似于上面关于SMA翅片106描述的方式提供沿驱动壳体101的内周长的不同压力区域(即，不一致的压力)。在本发明的一个方面中，不同压力区域也可以围绕纵向轴线(即，围绕形状记忆合金心轴10的圆周)被轴向地设置。然而，在本发明的其他方面中，不同压力区域可以沿周长(即，在圆周的一部分上)布置。应当注意，SMA驱动构件104可以被修整，以在与SMA翅片106相比不同的温度或情况下驱动。这可以允许更具体的驱动压力剪裁。例如，SMA翅片106和SMA驱动构件104可以在复合固化过程期间随着温度的改变而按顺序地(例如，一个在另一个之前，而不是同时)驱动。现在参考图4，示出了用于SMA驱动构件104的设计过程的图示。图4具体地示出了控制SMA驱动构件104的偏转程度和角度的水平，其可以通过剪裁基本正弦曲线的SMA构件104而获得，以获得在相变过程之间特定水平的偏转和位移。如图4中所示，示出了具有第一驱动状态401和第二驱动状态402的基本正弦曲线的SMA驱动构件104，以及各种驱动状态403的叠加。现在参考图4A，正弦曲线的SMA驱动构件104的驱动成型被示出。现在参考图4B，SMA驱动构件104可以具有半不规则正弦曲线配置405，其具有基本不等间距的正弦，该正弦可以沿形状记忆合金驱动构件104的表面具体剪裁偏转和压力。在图4、4A-B中示出的SMA驱动构件104可以允许简单、迅速和高效的制造技术，该制造技术当制造复杂复合部件几何结构时将在形状记忆合金心轴内提供受控的压紧压力，并且产生均匀的厚度。请注意，SMA心轴10的所有SMA元件，包括SMA翅片106和SMA驱动构件104，以及下面进一步讨论的附加的SMA驱动构件109和在此公开的任何其他SMA元件，可以共同被称为“SMA驱动器”。如之前所述，SMA驱动器在SMA心轴10的外部轮廓和待固化的结构之间施加接合压力，并且具有与待固化的结构的预定的固化形状相应的预定的驱动形状。
再次参考图2和2B，SMA驱动构件104基本围绕驱动壳体101的内表面101a设置。驱动壳体101可以是与SMA心轴10共享纵向轴线L的基本刚性的护罩或成型，并且内表面101a沿纵向轴线L延伸。驱动壳体101可以由金属或其他适合的刚性材料制成。在本发明的一个方面中，形成驱动壳体101的材料可以是刚性的，即使在复合结构的固化过程中的高温情况下。形成驱动壳体101的材料也可以是任何适合的刚性足够在复合结构的固化过程期间经受压力的任何材料。然而，在本发明的其他方面中，驱动壳体101也可以由SMA材料组成，其可以在复合固化过程期间提供额外的压力。内表面101a可以与待固化的复合结构102接合(例如，充分接触)。驱动壳体101可以具有内表面101a，其提供复合结构102在固化过程期间具有的预定的成型或形状。形状记忆合金驱动构件104和SMA翅片106抵靠复合结构102提供径向向外的压力，以便复合结构102在固化过程期间按压驱动壳体101的内周长101a，其中，复合结构102在固化后具有驱动壳体101的预定形状。由SMA驱动构件104和SMA翅片106产生的压力可以促进复合结构102抵靠驱动壳体101的固化。在本发明的一个方面中，驱动壳体101可以具有基本圆形的横截面，如图2中所示。然而，在本发明的其他方面中，驱动壳体101可以采取基本上任意适合的成型或形状(例如，见图4C-E的驱动壳体101的额外的示例性横截面)。
如上所述，待固化的复合结构102在固化过程期间可以被定位在形状记忆合金驱动构件104和驱动壳体101之间。在本发明的方面中，形状记忆合金心轴10具有在SMA驱动构件104和复合结构102之间的任意适合材料(例如，SMA材料)的外部边界层或第一SMA壳体103(图3中所示)，以在固化过程期间提供由SMA驱动构件104施加的压力的均匀分布。在公开的实施例的一个方面中，SMA驱动构件104被设置在第一SMA壳体103和第二SMA壳体108之间并且连接到第一SMA壳体103和第二SMA壳体108。外部边界层/第一SMA壳体103具有形成内部空间的内部。外部边界层/第一SMA壳体103可以在相对于纵向轴线的径向和纵向方向中的一个或多个方向中具有基本不一致的横截面，以便形成多个内部区域，例如第一内部区域(R1)和第二内部区域(R2)(例如，见图5的框504)。然而，在其他方面中，外部边界层/第一SMA壳体103可以采取任何适合的横截面。外部边界层/第一SMA壳体103可以具有任何适合的配置，以允许从外部边界层/第一SMA壳体103释放复合结构102，并且因此从SMA心轴10释放复合结构102。外部边界层/第一SMA壳体103与SMA心轴10共享纵向轴线L。复合结构102可以是可被心轴固化或形成的任意适合的结构。例如，复合结构102可以是可被心轴固化和成形的编织的复合结构。在本发明的可替换的方面中，复合结构102可以是任意适合的材料，例如，热塑性塑料、树脂结构、金属或可以被心轴成形、形成或固化的任意其他材料。在固化过程期间，压紧压力可以沿径向或轴向方向通过SMA翅片106和SMA驱动构件104施加在复合结构102上。当SMA心轴10在固化过程期间被驱动时，SMA心轴10的外部轮廓可以具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状与复合结构102的预定的固化形状对应。
现在参考图3，压紧单元100A的SMA心轴10A的另一个方面被描述。图3的结构可以基本对应于图2所示的结构。在公开的实施例的一个方面，SMA驱动器心轴10除了SMA翅片106和SMA驱动构件104以外，还具有多个纵向的SMA驱动构件109。纵向SMA驱动构件109基本上沿纵向轴线L延伸并且经由外部边界层/第一SMA壳体103与SMA驱动构件104接合，并且经由第二边界层/边界SMA壳体110与复合结构102接合。外部边界层/第一SMA壳体103和边界层/边界SMA壳体110可以在固化过程期间SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109的偏转期间允许径向和/或轴向压力的均匀分布。如之前所提到的，SMA驱动器在第二边界层/边界SMA壳体110的外部轮廓和待固化的复合结构102之间施加接合压力，并且具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状相应于待固化的复合结构102的预定的固化形状。在本发明的一个方面中，纵向SMA驱动构件109可以附连或固定到边界层103和第二边界层110，以在固化过程期间阻止纵向SMA驱动构件109的移动，并且更好地实现驱动压力的转移。纵向SMA驱动构件109也可以以等间距并且均匀分布的方式布置到边界层103和边界层/边界SMA壳体110内。在本发明的一个方面，纵向SMA驱动构件109可以具有多个SMA杆的形式(例如，见SMA驱动构件109’)，在固化过程期间，除了SMA翅片106和SMA驱动构件104之外，该SMA杆也可以在形状和位置上偏转。与图2的单独的SMA心轴10比较，纵向SMA驱动构件109可以在固化过程期间允许更大的径向和/或轴向膨胀或偏转。纵向SMA驱动构件109还可以提供扭转力，其扭曲至少部分复合结构102。纵向SMA驱动构件109还可以允许更大的传送压力在固化驱动期间被置于复合结构102上。
纵向SMA驱动构件109也可以使用与SMA翅片106和SMA驱动构件104不同的参数被修整。纵向SMA驱动构件109可以对不同的情况作出反应，例如，与来自SMA翅片106和SMA驱动构件104的温度不同的温度。这可以允许在固化过程的不同点处以不同温度顺序驱动SMA翅片106(例如，一个在另一个之前，而不是同时)、SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109。SMA驱动器心轴10A的各种SMA组件的顺序的驱动可以允许在固化过程期间更精确的剪裁驱动压力。而且，各个纵向SMA驱动构件109可以被剪裁，以在不同温度下提供不同的驱动，从而进一步允许更强地控制固化和驱动过程。纵向SMA驱动构件109可以抵靠驱动壳体101的内部周长表面101a提供轴向、纵向和扭转方向中的一个或多个方向上的基本一致的压力。在本发明的其他方面中，纵向SMA驱动构件109也可以沿驱动壳体101的内周长以类似于上述的方式提供不同压力区域(即，不一致的压力)。在本发明的一个方面中，不同压力区域可以围绕纵向轴线轴向地布置(即，围绕形状记忆合金心轴10A的圆周)。然而，在本发明的其他方面中，不同压力区域可以以类似于上面描述的方式沿周长布置。
纵向SMA驱动构件109可以具有例如SMA管或杆的形式，如图3和3A中所示。在可替换的方面，纵向SMA驱动构件109也可以采用任何适合的配置或形状。纵向SMA驱动构件109可以抵靠复合结构102施加压力，并且沿相对于SMA心轴10A的纵向轴线L的任何适合的方向驱动。现在参考图3和3A，纵向SMA驱动构件109可以具有基本圆形的横截面，如纵向SMA驱动构件109’中所示。然而，现在参考图3B，纵向SMA驱动构件109”可以具有基本拱形(例如，U形)的横截面。纵向SMA驱动构件109”的基本拱形的横截面可以允许沿着拱形横截面的顶表面109a”和底表面109b”的压力的施加，以进一步剪裁施加压力到复合结构102上的点或区域。在本发明的其他方面中，纵向SMA驱动构件109”可以具有任意适合的配置。
现在参考图4C-E，SMA心轴10、10A可以具有任意适合的形状或成型，并且SMA驱动构件104、SMA翅片106和纵向SMA驱动构件109也可以具有任意适合的形状。例如，在图4C中，SMA心轴可以包括十一边形的驱动壳体101A和五边形的心轴10B。在其他方面，SMA心轴可以具有基本矩形的驱动壳体101B和基本矩形的心轴10C(见图4D)，或正方形心轴10D和正方形驱动壳体101C(见图4E)。心轴10B-D和驱动壳体101A-C可以基本类似于心轴10、10A和驱动壳体101中的一个或多个。在其他方面，心轴10B-D和驱动壳体101A-C可以具有任意适合的形状。心轴10B-D可以具有不同于驱动壳体101A-C的形状。例如，十一边形的驱动壳体101A可以利用五边形心轴10B，如图4C中所示。驱动壳体101A和心轴10B之间的不同形状可以促进施加到位于心轴10B和驱动壳体101A之间的复合结构102的每个部分或区域上的压力的进一步的剪裁。现在参考图5，固化复合结构的方法的示例性流程图被示出。虽然该方法关于图2中所示的SMA心轴10被描述，但是该方法可以使用SMA心轴10A和图4C-E中所示的SMA心轴被类似地实施。在框501中，编织的管或其他复合结构102被提供为未固化的状态。复合结构102被放置在驱动壳体101内，并且SMA心轴10可以被放置在待形成的复合结构102内。在其他方面中，复合结构102可以被放置在SMA心轴10上，然后作为一个整体插入到驱动壳体101内。SMA心轴10可以基本类似于SMA心轴10、10A，如上所述。在框503中，作为固化过程的一部分，热量被施加到SMA心轴10。在框504处，在固化过程中的热量引起SMA驱动器的一个或多个(即，SMA翅片106、SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109)被驱动。SMA翅片106和SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109中的一个或多个驱动以产生轴向、纵向和扭转压力中的一个或多个。SMA心轴10的SMA驱动器的驱动可以在复合结构102上产生基本受控的大体向外的径向压力。当SMA翅片106和SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109中的一个或多个在固化过程期间被驱动时，SMA心轴10的外部轮廓可以具有预定的驱动形状，该形状相应于复合结构102的预定的固化形状。如可以在框504中看出的，SMA翅片106、SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109被剪裁以便即使沿着驱动壳体101、101A-C的不同的不一致的点或区域也能产生基本一致的压力，从而进一步制定复合结构的固化。
现在参考图6，示出了用于在固化过程中通过SMA心轴10、10A-D剪裁复合结构102上的压紧压力的示例性流程图。在框601中，由SMA心轴制成的复合结构表面的结构性几何构型被限定。一旦复合结构的结构性几何构型被限定，则在框602处，复合结构的几何构型就被分析，以确认固化过程所需的压力(和其方向)和温度，以形成复合结构。在框603处，根据针对复合结构固化过程的确认的压力和温度，适合的SMA心轴材料和SMA心轴的配置可以被选择。这可以包括，诸如驱动壳体101、101A-C的几何构型的配置以及SMA心轴10、10A的形状和配置(例如，SMA翅片106、SMA驱动构件104和纵向SMA驱动构件109)，以提供预定的压力，用于实施复合结构102的固化。驱动壳体101、101A-C可以具有内部轮廓，其相应于复合结构的限定的结构性几何构型。当被驱动时，SMA心轴10、10A也可以具有外部轮廓，其具有相应于复合结构的结构性几何构型的预定形状。如上所述，SMA驱动器可以在固化过程期间在不同的时间被驱动。在框604中，SMA驱动器的驱动修整过程被限定。随着SMA驱动器心轴的修整过程被执行，因为SMA驱动器心轴在修整过程期间被迭代地改进，所以SMA驱动器心轴的测试可以允许返回到框602，以进一步确认用于固化过程的压力和温度。
在此阐述的描述方法操作的说明和示图不应该被解释为必然地确定操作执行的顺序。而是，虽然一个说明性的顺序被指出，但是应当明白，该操作顺序可以在适当的时候被修改。因此，某些操作可以以不同的顺序或同时执行。此外，在一些公开的方面中，并非需要执行在此描述的所有操作。
本公开的示例可以在如图7所示的飞行器制造和维护方法1100和如图8所示的飞行器1102的背景中被描述。具体地，在此描述的SMA驱动器心轴可以在例如飞行器制造的任何阶段被应用，并且由SMA驱动器心轴形成的复合结构可以形成飞行器的任何适合的部分或用于飞行器设计和制造的组件。在预生产期间，说明性方法1100可以包含飞行器1102的规格及设计1104以及材料购买1106。在生产过程中，进行飞行器1102的组件和子配件制造1108以及系统集成1110。在此描述的SMA驱动器心轴可以作为组件和子配件制造过程1108的一部分被应用。在其他方面中，SMA驱动器心轴也可以作为用于SMA驱动器心轴设计过程的规格及设计1104的一部分被应用。此后，飞行器1102可以经历认证和交付1112以便投入使用1114。在由顾客使用时，飞行器1102定期进行日常维修和维护1116(其还可以包含改进、重新配置、翻新等等)。
说明性方法1100的每一个处理均可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，顾客)来执行或完成。为了本说明书的目的，系统集成商可以包含但不限于任意数量的飞机制造商和主系统承包商；第三方可以包含但不限于任意数量的销售商、转包商和供应商；并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等等。
如图8所示，由说明性方法1100生产的飞机1102可以包含机身1118，其具有多个高级系统和内部1122。高级系统的示例包含推进系统1124、电气系统1126、液压系统和环境系统1130中的一个或更多。可以包括由SMA心轴形成的复合组件的系统的示例可以包括推进系统1124、电气系统1126、液压系统和环境系统1130。虽然显示的是航空示例，但本发明的原理还可以应用于其它行业，例如船舶工业和汽车工业。
本文显示或说明的装置和方法可在制造和维护方法1100中的任何一个或更多的阶段中使用。例如，对应于组件和子配件制造1108的组件或子配件可以与飞机1102在使用时生产的组件或子配件类似的方式被生产或制造。并且，设备、方法或其组合的一个或多个方面可以在生产阶段1108和1110期间被利用，例如，通过充分加快飞机1102的组装或降低飞机1102的成本。同样的，设备或方法实现的一个或多个方面或其组合例如但不限制于可以在飞机1102投入使用时被利用，例如，在维修和维护1116中使用。
在本发明的一个或多个方面中，心轴被公开。该心轴具有形状记忆合金(SMA)壳体，该壳体具有纵向轴线，沿纵向轴线延伸的内部和外部轮廓，SMA壳体被配置为与待固化的结构接合，以及设置在内部并且连接到SMA壳体的至少一个SMA驱动构件，其中所述至少一个SMA驱动构件被配置为抵靠SMA壳体施加压力，从而在SMA壳体的外部轮廓和待固化的结构之间施加接合压力。
在本发明的一个或多个方面中，其中所述至少一个SMA驱动构件进一步包括以基本正弦曲线配置布置的至少一个SMA元件。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA元件可以以具有不等间隔正弦的基本正弦曲线配置被布置。
在本发明的一个或多个方面中，进一步包括第二SMA壳体，所述至少一个SMA驱动构件被设置在SMA壳体和第二SMA壳体之间，并且连接到SMA壳体和第二SMA壳体。
在本发明的一个或多个方面中，进一步包括连接到第二SMA壳体的SMA驱动翅片，并且被配置为在待固化的结构和SMA壳体的外部轮廓之间沿纵向轴线施加轴向压力。
在本发明的一个或多个方面中，进一步包括轴向延伸的毂，其被连接到SMA驱动翅片并且被配置为使SMA驱动翅片沿纵向轴线稳定。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA驱动翅片和至少一个SMA驱动构件被配置为抵抗SMA壳体施加不同压力区域。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA驱动构件在SMA壳体上施加径向向外的压力。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA驱动构件围绕SMA壳体的周长设置。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA驱动构件被配置为施加至少第一压力区域和第二压力区域，其中在第一压力区域内抵靠SMA壳体施加的压力与在第二压力区域内抵靠SMA壳体施加的压力不同。
在本发明的一个或多个方面中，其中第一和第二压力区域沿纵向轴线被轴向布置。
在本发明的一个或多个方面中，其中第一和第二压力区域围绕纵向轴线沿周长布置。
在本发明的一个或多个方面中，其中SMA壳体相对于纵向轴线在径向和纵向方向中的一个或多个方向上具有基本不一致的横截面，从而形成至少第一内部区域和第二内部区域。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA驱动构件被配置为在第一内部区域和第二内部区域中抵靠SMA壳体施加基本相同的压力。
在本发明的一个或多个方面中，进一步包括连接到SMA壳体的纵向延伸的SMA构件，该纵向延伸的SMA构件被配置为实施心轴围绕纵向轴线的纵向弯曲或扭转中的一个或多个。
在本发明的一个或多个方面中，心轴被公开。该心轴具有第一形状记忆合金(SMA)壳体，该壳体具有纵向轴线，外部轮廓并且形成内部空间，第一SMA壳体的外部轮廓被配置为与待固化的复合材料接合，和设置在内部空间内的至少一个SMA驱动构件，该SMA驱动构件被配置为抵靠第一SMA壳体施加膨胀压力区域，并且实施转移膨胀压力至待固化的复合材料。
在本发明的一个或多个方面中，其中所述区域包括至少第一压力区域和第二压力区域，其中在第一压力区域内抵抗第一SMA壳体施加的压力与在第二压力区域内抵靠第一SMA壳体施加的压力不同。
在本发明的一个或多个方面中，其中所述至少一个SMA驱动构件被配置为相对于纵向轴线提供至少径向和轴向的膨胀压力。
在本发明的一个或多个方面中，进一步包括设置在第一SMA壳体外部的边界SMA壳体，和设置在所述第一SMA壳体和所述边界SMA壳体之间并且连接所述第一SMA壳体和所述边界SMA壳体的至少一个纵向延伸的SMA构件，从而从至少一个SMA驱动构件转移膨胀压力到复合材料。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个纵向延伸的SMA构件包括多个纵向延伸的SMA杆，这些杆围绕第一SMA壳体的圆周间隔开。
在本发明的一个或多个方面中，其中所述至少一个纵向延伸的SMA构件被配置为沿纵向轴线施加一个或多个扭转和弯曲力到复合材料。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个纵向延伸的SMA构件被配置为具有基本杆状的形状。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个纵向延伸的SMA构件被配置为具有基本拱形的形状。
在本发明的一个或多个方面中，其中至少一个SMA驱动构件包括圆周布置的SMA和径向布置的SMA元件中的一个或多个。
在本发明的一个或多个方面中，公开了形成待固化的复合结构的方法。所述方法包括围绕形状记忆合金(SMA)心轴放置待固化的复合结构，和抵靠SMA心轴的SMA壳体施加压力，以便所述压力使用SMA心轴的至少一个SMA构件通过SMA心轴的外部轮廓表面转移到待固化的复合结构。
在本发明的一个或多个方面中，其中压力在相对于SMA心轴的纵向轴线的多个方向上被施加。
在本发明的一个或多个方面中，进一步包括在待固化的复合结构上放置驱动壳体，其中SMA心轴抵靠驱动壳体实施待固化的复合结构的压缩。
在本发明的一个或多个方面中，公开了使用形状记忆合金(SMA)心轴剪裁结构上的压力的方法。该方法包括在固化过程期间限定待固化的复合结构的几何构型，确认用于复合结构的固化过程的压力和温度，通过使SMA心轴与确认的压力和温度匹配来设计SMA心轴，其中SMA心轴的轮廓被设计成复合结构的固化的几何构型，并且装配SMA心轴，将装配好的SMA模型放置到待固化的复合结构内，以便SMA心轴的轮廓外部表面与复合结构接触，并且固化该复合结构。
在本发明的一个或多个方面中，公开了用于形成复合结构的系统，该系统具有驱动壳体，该壳体具有沿纵向轴线延伸的内部、以及内部轮廓，具有纵向轴线的形状记忆合金(SMA)壳体，沿该纵向轴线延伸的内部、以及外部轮廓，该SMA壳体被配置为与待固化的复合结构接合，和设置在内部内的并且与SMA壳体连接的至少一个SMA驱动构件，其中所述至少一个SMA驱动构件被配置为抵靠SMA壳体施加压力，以便在SMA壳体的外部轮廓和驱动壳体的内部轮廓之间施加接合压力，以压缩复合结构，从而固化复合结构，并且实施复合结构的预定的固化形状。
在此公开的装置和方法的不同的示例和方面包括各种组件、特征和功能。应当明白，在此公开的装置和方法的各种示例和方面可以包括在此公开的设备和方法的任何其他示例和方面的任何组合的任何组件、特征和功能，并且所有这些可能性均意图落入本发明的精神和范围内。
本发明所属领域的技术人员在获得了在以上说明书和相关附图中给出的教导的益处后，将想到本文提出的发明的许多修改和其它示例。
本公开进一步包括依据以下条款的实施例：
条款1.一种心轴，其包括：
具有纵向轴线的形状记忆合金(SMA)壳体、外部轮廓和沿所述纵向轴线延伸的内部，所述SMA壳体被配置为与待固化的结构接合；和
至少一个SMA驱动构件，其被设置在所述内部内并且被连接到所述SMA壳体，其中所述至少一个SMA驱动构件被配置为抵靠所述SMA壳体施加压力，从而在所述SMA壳体的所述外部轮廓和所述待固化的结构之间施加接合压力，其中所述外部轮廓具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状相应于所述待固化的结构的预定的固化形状。
条款2.根据条款1所述的心轴，其中所述至少一个SMA驱动构件进一步包括以基本正弦曲线配置布置的至少一个SMA元件。
条款3.根据条款2所述的心轴，其中所述至少一个SMA元件可以被布置为具有不等间隔正弦的基本正弦曲线配置。
条款4.根据条款1所述的心轴，进一步包括第二SMA壳体，所述至少一个SMA驱动构件被设置在所述SMA壳体和所述第二SMA壳体之间并且被连接到所述SMA壳体和所述第二SMA壳体。
条款5.根据条款4所述的心轴，进一步包括连接到所述第二SMA壳体的SMA驱动翅片，并且该SMA驱动翅片被配置为沿所述纵向轴线在所述待固化的结构和所述SMA壳体的所述外部轮廓之间施加轴向压力。
条款6.根据条款5所述的心轴，进一步包括轴向延伸的毂，其被连接到所述SMA驱动翅片并且被配置为使所述SMA驱动翅片沿所述纵向轴线稳定。
条款7.根据条款5所述的心轴，其中至少一个所述SMA驱动翅片和所述至少一个SMA驱动构件被配置为抵靠所述SMA壳体施加不同的压力区域。
条款8.根据条款1所述的心轴，其中所述至少一个SMA驱动构件在所述SMA壳体上施加径向向外的压力。
条款9.根据条款1所述的心轴，其中所述SMA壳体在相对于所述纵向轴线的径向和纵向方向中的一个或多个方向上具有基本不一致的横截面，以便形成至少第一内部区域和第二内部区域。
条款10.根据条款9所述的心轴，其中所述至少一个SMA驱动构件被配置为在所述第一内部区域和所述第二内部区域内抵靠所述SMA壳体施加基本相同的压力。
条款11.根据条款1所述的心轴，进一步包括连接到所述SMA壳体的纵向延伸的SMA构件，所述纵向延伸的SMA构件被配置为围绕所述纵向轴线实施心轴的一个或多个纵向弯曲或扭转。
条款12.一种心轴，其包括：
具有纵向轴线的第一形状记忆合金(SMA)壳体、外部轮廓并且形成内部空间，所述第一SMA壳体的所述外部轮廓被配置为与待固化的复合材料接合；和
至少一个SMA驱动构件，其被设置在所述内部空间内并且被配置为抵靠所述第一SMA壳体施加膨胀压力区域，并且施加转移膨胀压力到所述待固化的复合材料。
条款13.根据条款12所述的心轴，其中所述区域包括至少第一压力区域和第二压力区域，其中在所述第一压力区域内抵靠所述第一SMA壳体施加的压力与在所述第二压力区域内抵靠所述第一SMA壳体施加的压力不同。
条款14.根据条款12所述的心轴，其中所述至少一个SMA驱动构件被配置为提供至少相对于所述纵向轴线的径向和轴向膨胀压力。
条款15.根据条款12所述的心轴，进一步包括设置在所述第一SMA壳体外部的边界SMA壳体，和设置在所述第一SMA壳体和所述边界SMA壳体之间并连接所述第一SMA壳体和所述边界SMA壳体的至少一个纵向延伸的SMA构件，以便从所述至少一个SMA驱动构件转移膨胀压力到所述复合材料。
条款16.根据条款15所述的心轴，其中所述至少一个纵向延伸的SMA构件包括多个纵向延伸的SMA杆，该SMA杆围绕所述第一SMA壳体的圆周间隔开。
条款17.根据条款15所述的心轴，其中所述至少一个SMA驱动构件包括沿圆周布置的SMA和径向布置的SMA元件中的一个或多个。
条款18.一种形成复合结构的方法，其包括：
围绕形状记忆合金(SMA)心轴放置所述待固化的复合结构；
抵靠所述SMA心轴的SMA壳体施加压力，以便使用SMA心轴的至少一个SMA构件，通过所述SMA心轴的外部轮廓表面使压力转移到所述待固化的复合结构，其中所述外部轮廓具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状相应于所述复合结构的预定的固化形状。
条款19.根据条款18所述的方法，其中在相对于所述SMA心轴的纵向轴线的多个方向上施加所述压力。
条款20.根据条款18所述的方法，进一步包括在所述待固化的复合结构上放置驱动壳体，其中所述SMA心轴抵靠所述驱动壳体实施所述待固化的复合结构的压缩。
因此，应当明白，本公开不限于公开的特定实施例，并且修改和其他实施例意图被包含在所附权利要求的范围内。而且，虽然之前的说明书和相关的附图在某些说明性的元件和/或功能的组合的背景中描述了示例性实施例，但是应当明白，元件和/或功能的不同组合可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下通过可替换的实施被提供。

Claims (12)

1.一种心轴(10)，其包括：
形状记忆合金壳体即SMA壳体(103)，其具有纵向轴线(L)、沿所述纵向轴线(L)延伸的内部和外部轮廓，所述SMA壳体(103)被配置为与待固化的结构(102)接合；
至少一个SMA驱动构件(104)，其被设置在所述内部内并被连接到所述SMA壳体(103)，其中所述至少一个SMA驱动构件(104)被配置为抵靠所述SMA壳体(103)施加压力，从而在所述SMA壳体(103)的所述外部轮廓和所述待固化的结构(102)之间施加接合压力，其中所述外部轮廓具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状相应于所述待固化的结构(102)的预定的固化形状；和
第二SMA壳体(108)，所述至少一个SMA驱动构件(104)设置在所述SMA壳体(103)和所述第二SMA壳体(108)之间并且连接到所述SMA壳体(103)和所述第二SMA壳体(108)。
2.根据权利要求1所述的心轴(10)，其中所述至少一个SMA驱动构件(104)进一步包括以基本正弦曲线配置布置的至少一个SMA元件。
3.根据权利要求2所述的心轴(10)，其中所述至少一个SMA元件以具有不等间隔的正弦的基本正弦曲线配置布置。
4.根据权利要求1所述的心轴(10)，进一步包括SMA翅片(106)，其被连接到所述第二SMA壳体(108)并且被配置为沿所述纵向轴线(L)在所述待固化的结构(102)和所述SMA壳体(103)的所述外部轮廓之间施加轴向压力。
5.根据权利要求4所述的心轴(10)，进一步包括轴向延伸的毂(107)，其连接到所述SMA翅片(106)并且被配置为使所述SMA翅片(106)沿所述纵向轴线(L)稳定。
6.根据权利要求4所述的心轴(10)，其中至少一个所述SMA翅片(106)和所述至少一个SMA驱动构件(104)被配置为抵靠所述SMA壳体(103)施加不同压力的区域(P4,P5,P6)。
7.根据权利要求1所述的心轴(10)，其中所述至少一个SMA驱动构件(104)在所述SMA壳体(103)上施加径向向外的压力。
8.根据权利要求1所述的心轴(10)，其中所述SMA壳体(103)在垂直于和平行于所述纵向轴线(L)的方向中的一个或多个方向上具有不一致的横截面，以便形成至少第一内部区域和第二内部区域，其中所述至少一个SMA驱动构件(104)被配置为在所述第一内部区域和所述第二内部区域中抵靠所述SMA壳体(103)施加基本相同的压力。
9.根据权利要求1所述的心轴(10)，进一步包括连接到所述SMA壳体(103)的纵向SMA驱动构件(109)，所述纵向SMA驱动构件(109)被配置为围绕所述纵向轴线(L)实施所述心轴(10)的纵向弯曲或扭转中的一个或多个。
10.一种形成复合结构(102)的方法，其包括：
围绕形状记忆合金即SMA心轴(10)放置待固化的复合结构(102)；
抵靠所述SMA心轴(10)的SMA壳体(103)施加压力，以便使用所述SMA心轴(10)的至少一个SMA驱动构件(104)使所述压力通过所述SMA心轴(10)的外部轮廓表面转移到所述待固化的复合结构(102)，其中所述外部轮廓具有预定的驱动形状，该预定的驱动形状相应于所述复合结构(102)的预定的固化形状；和
其中所述至少一个SMA驱动构件设置在所述SMA壳体(103)和第二SMA壳体(108)之间并且连接到所述SMA壳体(103)和所述第二SMA壳体(108)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述压力在相对于所述SMA心轴(10)的纵向轴线(L)的多个方向上被施加。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在所述待固化的复合结构(102)上放置驱动壳体(101)，其中所述SMA心轴(10)抵靠所述驱动壳体(101)实施所述待固化的复合结构(102)的压缩。
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