专利名称：基于形状记忆聚合物的可充气展开机翼蒙皮的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可展开机翼蒙皮的制造方法。
背景技术：
美国于上世纪五十年代最先开始研究可充气飞机。目前，已经出现了充气滑翔机、 充气无人侦察机、后缘充气增升机等新式结构的飞机。充气飞机可用作单兵侦察系统，如榴 弹发射的无人侦察机，也可用于军用运输机大量投放的侦察机。充气飞机是一种新型飞行 器，与传统飞机相比，可充气飞机具有以下四大优点体积小、重量小、发射方便、隐身性能 好、防弹性能好。现有充气可展开机翼上的蒙皮在展开变形前后，蒙皮均为柔性材质，刚度 不变，在保证足够的强度和刚度的条件下，希望尽可能低地降低充气压力，以减小机翼破损 的风险，降低充气系统和结构的重量及气体的泄漏速率。然而，过分的降低气压又会减小机 翼的刚度，增大飞行过程中的风载变形，降低飞行稳定性。近几年来，智能材料的迅猛发展 为可变刚度机翼提供可广阔的发展空间。其中，形状记忆聚合物性能独特，当对其加热至材 料相变温度时，形状记忆聚合物模量大幅度下降，并开始展现形状记忆效应。基于此种材料 制成的可变刚度机翼，可在操作前后控制自身的模量。机翼充气变形前，机翼模量降低，利 于机翼的充气可展开变形。变形之后，机翼自身模量上升，机翼的强度与刚度增大，辅助机 翼承受飞行中产生的气动载荷，提高飞行的稳定性与可靠性。
发明内容
本发明的目的是为解决现有充气可展开机翼上的蒙皮在展开变形前后均为柔性 材质，机翼内部冲气压力太小，不能满足充气飞机飞行所需要的强度与刚度或者冲气压力 太大，机翼易于破损和漏气的问题，提供一种基于形状记忆聚合物的可充气展开机翼蒙皮 的制造方法。本发明的方法是通过以下步骤实现的一、设计模具按上蒙皮或下蒙皮的形状 设计模具；二、配制形状记忆聚合物材料将高分子聚合物和固化剂按28 (1 5)的质量 比配成形状记忆聚合物材料；三、涂敷纤维增强材料形状记忆聚合物材料与纤维增强材 料按(0.67 99) 1的质量比称取，将形状记忆聚合物材料涂敷在纤维增强材料的上、下 面上；四、灌模将上、下面涂敷有形状记忆聚合物材料的纤维增强材料置于模具内，再用 步骤三剩余的形状记忆聚合物材料将模具内的空隙灌满；五、固化将模具放置在加热箱 内加热，加热温度为70 80°C，加热时间为16 24小时；六、脱模从加热箱中取出模具， 脱模后即得到纤维增强形状记忆聚合物的上蒙皮或下蒙皮。本发明的优点一、本发明由形状记忆聚合物材料制成的蒙皮，用在充气可展开机 翼上，使得机翼在使用前为软体状态(即卷缩)，在使用时为硬体状态(即展开后的形状不 变)，使用后为软体状态(即卷缩)；由于机翼在使用时为硬体状态，因此，机翼能满足飞机 飞行所需要的强度与刚度，且不受内部冲压大小的限制，避免了机翼破损和漏气。二、本发 明具有强度高、模量高、重量轻、展开过程平缓、对飞机无冲击、展开控制能力强、结构简单、
3展开可靠性高等特点，从而减小了飞机飞行的质量负担，提高了飞机飞行的稳定性与可靠 性。三、本发明机翼的制作方法简单。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式是通过以下步骤实现的一、设计模具按上蒙皮 或下蒙皮的形状设计模具；二、配制形状记忆聚合物材料将高分子聚合物和固化剂按 28 (1 5)的质量比配成形状记忆聚合物材料；三、涂敷纤维增强材料形状记忆聚合物 材料与纤维增强材料按(0. 67 99) 1的质量比称取，将形状记忆聚合物材料涂敷在纤 维增强材料的上、下面上；四、灌模将上、下面涂敷有形状记忆聚合物材料的纤维增强材 料置于模具内，再用步骤三剩余的形状记忆聚合物材料将模具内的空隙灌满；五、固化将 模具放置在加热箱内加热，加热温度为70 80°C，加热时间为16 24小时；六、脱模从 加热箱中取出模具，脱模后即得到纤维增强形状记忆聚合物的上蒙皮或下蒙皮。上蒙皮与 下蒙皮的形状相同。上蒙皮和下蒙皮的外轮廓应符合国际机翼翼型NACA0020的标准。组 装机翼时，将上蒙皮或下蒙皮对称扣合，并将链接成的数个封闭气囊置于上蒙皮和下蒙皮 内后即成为充气可展开机翼；每个封闭气囊通过导气管与充气设备连接，用以向封闭气囊 中充气。对充气可展开机翼进行加热可采用电阻丝电加热或热蒸汽加热若采用电阻丝电 加热，可将上蒙皮和下蒙皮的内表面粘贴电阻加热膜；若采用热蒸汽加热，可在机翼变形时 气囊内部充以热蒸汽，靠热蒸汽的温度提高形状记忆聚合物的温度。采用形状记忆聚合物 制成的蒙皮可使机翼在使用前可以卷缩，即蒙皮为软体状态；在使用时，机翼蒙皮可以保持 展开后的形状不变，即蒙皮为硬体状态；使用后机翼蒙皮仍可恢复软体状态并卷缩为使用 前状态。当采用形状记忆聚合物制成的蒙皮温度高于其相变温度时，材料模量大幅度下降， 其显示出的形状记忆效应可以辅助机翼的迅速展开变形。当温度低于相变温度时，材料的 模量大幅度上升。与传统充气结构相比，形状记忆聚合物材料在常温下的高模量状态可以 增加机翼的刚度，减小风载作用下机翼的变形，提高飞行的稳定性与可靠性。
具体实施方式
二 本实施方式的步骤二中的高分子聚合物为苯乙烯、聚氨酯树脂、 异氰酸酯或环氧树脂。上述材料的粒径小于lOOnm，且粒径均勻，上述材料的粒子中含有适 当的亲水基团，在成膜过程中，随着水分的挥发，被少量固化剂融合，形成优质涂膜，涂膜的 分子结构非常紧密，结构中具有软链段，能保持材料的韧性，同时，较小的粒径可在较低的 温度条件下成膜。上述材料还具有很高的力学强度和很好的耐水性。其它步骤与具体实施 方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式的步骤三中的纤维增强材料为石墨纤维、碳纤维、玻 璃纤维、硼纤维、炭黑、石墨粉或碳纳米管。上述材料具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等 特点。其它步骤与具体实施方式
一相同。充气机翼的展开过程使用前，对机翼的上蒙皮和下蒙皮加热，上蒙皮和下蒙皮开 始变软，可将机翼压缩折弯，并卷在飞机机身的表面，停止加热后，机翼变硬保持形状；使用 时，对机翼的上蒙皮和下蒙皮再次加热，当形状记忆聚合物温度超过相变温度时，对上蒙皮 和下蒙皮内部的气囊进行充气，随着蒙皮内部气压的增大，机翼开始变形，机翼由卷曲形向 平直形变形的同时机翼的厚度方向也在变形(胀开)；当停止加热，温度降至形状记忆聚合 物相变温度以下时，蒙皮变硬，机翼保持展开后的形状不变；若要恢复机翼的初始形状只需重新给机翼加热，使机翼的温度升高至形状记忆聚合物转变温度以上，同时放出气囊内部 的气体,靠外力在平面内压缩机翼并将其卷在飞机机身的表面上；停止加热，温度降至形状 记忆聚合物转变温度以下时，机翼保持初始状态。
权利要求
一种基于形状记忆聚合物的可充气展开机翼蒙皮的制造方法，其特征在于所述方法通过以下步骤实现一、设计模具按上蒙皮或下蒙皮的形状设计模具；二、配制形状记忆聚合物材料∶将高分子聚合物和固化剂按28∶(1～5)的质量比配成形状记忆聚合物材料；三、涂敷纤维增强材料∶形状记忆聚合物材料与纤维增强材料按(0.67～99)∶1的质量比称取，将形状记忆聚合物材料涂敷在纤维增强材料的上、下面上；四、灌模将上、下面涂敷有形状记忆聚合物材料的纤维增强材料置于模具内，再用步骤三剩余的形状记忆聚合物材料将模具内的空隙灌满；五、固化将模具放置在加热箱内加热，加热温度为70～80℃，加热时间为16～24小时；六、脱模从加热箱中取出模具，脱模后即得到纤维增强形状记忆聚合物的上蒙皮或下蒙皮。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚合物的可充气展开机翼蒙皮的制造方法，其 特征在于所述步骤二中的高分子聚合物为苯乙烯、聚氨酯树脂、异氰酸酯或环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的基于形状记忆聚合物的可充气展开机翼蒙皮的制造方法，其 特征在于所述步骤三中的纤维增强材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、炭黑、石 墨粉或碳纳米管。
全文摘要
基于形状记忆聚合物的可充气展开机翼蒙皮的制造方法，本发明涉及一种可展开机翼蒙皮的制造方法。本发明是为解决现有充气可展开机翼上的蒙皮在展开变形前后均为柔性材质，机翼内部冲压小不能满足飞机飞行所需要的强度与刚度；冲压大机翼易于破损和漏气的问题。方法一、设计模具；二、配制形状记忆聚合物材料；三、将形状记忆聚合物材料涂敷在纤维增强材料的上、下面上；四、将涂敷有形状记忆聚合物材料的纤维增强材料置于模具内；五、将模具放置在加热箱内加热，加热温度为70～80℃，加热时间为16～24小时；六、脱模从加热箱中取出模具，脱模后即得到纤维增强形状记忆聚合物的上蒙皮或下蒙皮。本发明用于充气展开机翼蒙皮的制造。
文档编号B29C70/42GK101797805SQ20101030102
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者于凯, 冷劲松, 刘彦菊 申请人:哈尔滨工业大学