CN109018438B - 一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置，包括展开杆(1)与连杆(4)和基板(5)分别通过第一转动轴(2)和第二转动轴(3)相连。连杆(4)一端通过第一转动轴(2)与展开杆(1)连接，另一端与滑块(7)连接。滑块(7)沿基板(5)长度方向滑动。高驱动力形状记忆合金丝(6)卡入滑块(7)的半圆形凹槽内，其两端使用螺钉压紧垫片固定在基板(5)两侧，同时将两个固定端连接电源。本发明的展开装置驱动方式简洁，占用飞行器内部空间较小，可应用于飞行器上各类展开机构的驱动，通过该装置实现飞行器的变构型，改变飞行器的气动外形特性。
Description
技术领域
本发明属于航天器结构与机构设计领域，涉及一种简洁驱动方式的展开装置。
技术背景
近几年，国内外提出了很多变构型飞行器的概念，由于在不同飞行速度情况下可以改变飞行器的外形，从而达到良好的气动特性的特点，越来越受到相关研制单位的重视。对于常规航天器，如神舟飞船等飞行器，其传统外形不可进行变构型，不能根据不同速度改变气动外形。
目前多液压驱动方式、电机驱动方式等进行机构的展开，此类驱动方式结构相对复杂，占用飞行器内部空间较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置，驱动方式简洁，占用飞行器内部空间较小，可应用于飞行器上各类展开机构的驱动，通过该装置实现飞行器的变构型，改变飞行器的气动外形特性。
本发明的技术解决方案是：一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置，包括：展开杆、第一转动轴、第二转动轴、连杆、基板、高驱动力形状记忆合金丝、滑块；基板一端通过第二转动轴与展开杆端部转动连接，基板另一端设置导轨，滑块安装在导轨上；连杆一端通过第一转动轴安装在展开杆上，另一端与滑块旋转连接；高驱动力形状记忆合金丝对折后，套在滑块上，两端端部固定在基板表面并连接电源；高驱动力形状记忆合金丝通电加热后收缩，拉动滑块沿基板的导轨向第二转动轴方向移动，使连杆推动展开杆绕第二转动轴展开。
所述高驱动力形状记忆合金丝的制作方法为：
对记忆合金丝实施70％的冷拔变形处理工艺，然后对冷拔丝进行450℃的20分钟晶化退火处理，获得平均晶粒尺寸为50纳米，驱动应力达到740MPa的高驱动力形状记忆合金丝。
所述滑块上设置有半圆形凹槽和导向槽，基板端部的导轨安装在滑块的导向槽内，实现滑动；高驱动力形状记忆合金丝环绕滑块，卡入半圆形凹槽内。
通过设置基板上的导轨的末端位置，使得滑块到达导轨末端时，展开杆展开到指定角度，实现展开杆在指定角度的展开和锁定。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过对高驱动力形状记忆合金丝进行通电加热，获得高于商业形状记忆合金丝的驱动力，实现各类飞行器变构型结构机构的展开驱动，为飞行器的变构型设计打下基础。
(2)本发明的驱动方式采用研制的高驱动应力形状记忆合金丝，不需要液压装置、电机装置，结构形式简单可靠。
(3)本发明通过简化驱动装置的结构形式，收拢体积小，驱动装置体积小，能够满足飞行器内部空间布局紧张的问题。
(4)本发明的展开装置安装于飞行器所需变构型结构内部，利用高驱动力形状记忆合金在一定温度情况下可以发生变形并产生作用力的特点，对高驱动力形状记忆合金丝进行加热，驱动变构型结构展开，使得飞行器改变构型。本发明可应用于飞行器外形的改变驱动方式，适用于机翼展开、阻力板展开等。
附图说明
图1为本发明的展开装置的展开原理示意图。
图2为本发明的展开装置的收拢状态示意图。
图3为本发明的展开装置的展开状态示意图。
图4为本发明的高驱动力形状记忆合金的纳米晶形状尺寸图。
图5为本发明的高驱动力形状记忆合金丝与商业形状记忆合金丝驱动应力的测试对比图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明作进一步说明。
飞行器在飞行过程中，需要根据不同飞行速度改变气动外形，以获得优化的气动特性，从而实现飞行器飞行性能的提升。本发明的展开装置采用简洁的结构机构设计，利用高驱动力形状记忆合金在温度变化条件下的几何和力学特性变化，实现了结构机构的展开驱动。
图1为本发明一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置的展开原理示意图，图中所示通过滑块在高驱动力形状记忆合金丝的作用下推动展开杆运动。
图2为本发明一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置的收拢状态示意图。该装置包括展开杆1、第一转动轴2、第二转动轴3、连杆4、基板5、高驱动力形状记忆合金丝6、滑块7。
其中，展开杆1与连杆4通过第一转动轴2相连；展开杆1与基板5通过第二转动轴3相连。连杆4一端通过第一转动轴2与展开杆1连接，另一端与滑块7连接。滑块7上设计有导向槽，套在基板5端部的导轨上，可以实现滑块7沿基板5长度方向的滑动。滑块7上设置有半圆形凹槽，高驱动力形状记忆合金丝6绕过滑块7，卡入滑块7的半圆形凹槽内，其两端使用螺钉压紧垫片固定在基板5表面，同时将两个固定端连接电源。
图3为本发明一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置的展开状态示意图。图中所示为滑块7在高驱动力形状记忆合金丝6收缩作用下运动到基板5导向槽的端部，展开杆1在连杆4的推动下展开到位。
整个利用高驱动力形状记忆合金进行驱动的展开装置的工作过程：
展开装置的工作状态为展开状态(图3所示状态)，未工作时为收拢状态(图2所示状态)。通过对高驱动力形状记忆合金丝6的通电加热，高驱动力形状记忆合金丝6收缩后，可以拉动滑块7沿基板5的导轨向第二转动轴3方向移动，从而使连杆4推动展开杆1绕第二转动轴3展开。同时，通过设计基板5上的导轨末端的位置，使得滑块7到达导轨末端时，展开杆1刚好展开到指定角度，以实现展开和锁定的动作。基板5的导轨末端指导轨靠近第二转动轴3的一端。
本发明将商业购买的记忆合金丝，实施70％的冷拔变形处理工艺，随后对冷拔丝进行450℃的20分钟晶化退火处理，获得平均晶粒尺寸为50纳米的高驱动力形状记忆合金丝6，其纳米晶形状尺寸如图4所示。图5为本发明研制的高驱动力形状记忆合金丝与商业形状记忆合金丝驱动应力的测试对比，本发明的高驱动力形状记忆合金丝6驱动应力达到740MPa，明显高于商业购买的形状记忆合金丝的驱动应力360MPa。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (3)
1.一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置，其特征在于，包括：展开杆(1)、第一转动轴(2)、第二转动轴(3)、连杆(4)、基板(5)、高驱动力形状记忆合金丝(6)、滑块(7)；基板(5)一端通过第二转动轴(3)与展开杆(1)端部转动连接，基板(5)另一端设置导轨，滑块(7)安装在导轨上；连杆(4)一端通过第一转动轴(2)安装在展开杆(1)上，另一端与滑块(7)旋转连接；高驱动力形状记忆合金丝(6)对折后，套在滑块(7)上，两端端部固定在基板(5)表面并连接电源；高驱动力形状记忆合金丝(6)通电加热后收缩，拉动滑块(7)沿基板(5)的导轨向第二转动轴(3)方向移动，使连杆(4)推动展开杆(1)绕第二转动轴(3)展开；
所述高驱动力形状记忆合金丝(6)的制作方法为：
对记忆合金丝实施70％的冷拔变形处理工艺，然后对冷拔丝进行450℃的20分钟晶化退火处理，获得平均晶粒尺寸为50纳米，驱动应力达到740MPa的高驱动力形状记忆合金丝(6)。
2.根据权利要求1所述的一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置，其特征在于：所述滑块(7)上设置有半圆形凹槽和导向槽，基板(5)端部的导轨安装在滑块(7)的导向槽内，实现滑动；高驱动力形状记忆合金丝(6)环绕滑块(7)，卡入半圆形凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种利用高驱动力形状记忆合金驱动的展开装置，其特征在于：通过设置基板(5)上的导轨的末端位置，使得滑块(7)到达导轨末端时，展开杆(1)展开到指定角度，实现展开杆(1)在指定角度的展开和锁定。
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