一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯的制作方法

本发明涉及一种重量轻、可展开和收缩的着陆梯，属于航天领域。

背景技术：

我国在2000年发表的“中国的航天”中指出要“发展以月球探测为主的深空探测的预先研究”和“在世界空间科学领域占有较重要的地位，开展有特色的空间探测研究”。并在2003年正式启动“中国探月工程”，在2016年正式立项“中国火星探测计划”。不论是探月工程还是火星探测计划，在探测器顺利着陆后，能否顺利释放探测车是实现探测计划的关键，而探测车着陆梯作为连接着陆器和星球表面的重要桥梁，因此设计一种结构简单、可靠、重量轻、强度高的着陆梯是实现探测车顺利着陆的关键。目前，着陆梯大多采用折叠式和弹出式两种释放机构类型，释放后的着陆梯一般具有跨度较长、着陆梯与地面的夹角较小等特点。且展开后的着陆梯要能够承载探测车的重量，着陆梯的变形越小，探测车的着陆过程越安全。传统的折叠式或弹出式着陆梯一般由电机带动钢索来提供驱动力和位移，着陆梯一般由金属做成的厚梁组成，通过钢索的收缩控制着陆梯的释放。此类结构的优点是结构简单、控制容易、安全性较好，但其缺点是重量大，发射成本高。所以，选择具有密度更小，同时满足结构强度和刚度的要求的材料是设计着陆梯的关键。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有的着陆梯结构复杂、重量大，导致发射时承载的重量大的问题。现提供一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯。

一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯，它包括复合材料着陆梯1和支撑杆2，

复合材料着陆梯1包括两个复合材料着陆梯梯腿，两个复合材料着陆梯梯腿通过支撑杆2连接，复合材料着陆梯1能够折叠或者卷曲在着陆器内，

每个复合材料着陆梯梯腿均包括两个ω型形状记忆复合材料梁3、形状记忆泡沫4和电阻式加热片5，

两个ω型形状记忆复合材料梁3对扣，所述的形状记忆泡沫4填充在两个ω型形状记忆复合材料梁3之间的空隙内，两个ω型形状记忆复合材料梁3的内表面各粘贴有一个电阻式加热片5，

电阻式加热片5，用于在通电状态下，使ω型形状记忆复合材料梁3的温度提升至其玻璃化转变温度以上，使ω型形状记忆复合材料梁3展开，

形状记忆泡沫4具有可压缩性，形状记忆泡沫4用于为ω型形状记忆复合材料梁3的展开提供额外的承载能力。

本发明的有益效果为：

将ω型形状记忆复合材料梁预浸料切割成不同纤维角度，通过铺层方式及层数设计着陆梯的弹性模量和刚度。电阻式加热片为着陆梯的展开提供热量，将ω型形状记忆复合材料梁的温度提升到其玻璃化转变温度以上，即可将着陆梯进行展开，探测车通过展开后的复合材料着陆梯行进至星球表面，形状记忆泡沫可随形状记忆复合材料展开，并提供额外的承载能力，且形状记忆泡沫具有很高的可压缩型，在折叠状态下的体积很小，同时具有质量轻的优点。

ω型形状记忆复合材料梁一般是由具有形状记忆效应的高分子材料作为基体，选取纤维型材料(如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维)等作为增强相，复合而成的材料兼具纤维复合材料的高模量、高强度、密度低的特点，同时具有形状记忆效应，结构本身既起到了承载作用，又具有自驱动的功能，不需要额外的驱动器，所以结构设计更为简单紧凑。

本申请在发射状态时，可在地面将复合材料着陆梯进行压缩折叠，降低着陆梯系统在发射过程中占用的空间，在着陆器顺利着陆之后，对电阻式加热片通电，将复合材料着陆梯的温度提升至其玻璃化转变温度以上，即可将着陆梯展开至设计的初始形状。展开结束后，停止电阻式加热片的供电，待结构的温度降下之后，探测车即可通过复合材料着陆梯行进至星球表面。折叠状态下的着陆梯系统具有更高的固有频率。

本发明具有结构紧凑、控制简单、质量轻等特点，与传统着陆梯装置比，结构的收缩方式更为灵活，可以将着陆梯系统进行折叠或者卷曲在着陆器内，降低结构占用的空间，同时可提高和调整在发射过程中的动力学特性。形状记忆复合材料着陆梯系统具有很好的形状记忆效应，其展开方式不需要额外的驱动器，结构自身就可以实现自展开，控制方式更为简单。

附图说明

图1为一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯展开的结构示意图，图中，l为复合材料着陆梯的长度，b为支撑杆的长度；

图2为图1中的一个复合材料着陆梯梯腿的横向剖视图；

图3为图2中ω型形状记忆复合材料梁和电阻式加热片的结构示意图；

图4为ω型形状记忆复合材料梁折叠在着陆器内的结构示意图；

图5为ω型形状记忆复合材料梁卷曲在着陆器内的结构示意图；

图6为折叠或卷曲状态下，ω型形状记忆复合材料梁和形状记忆泡沫的横截面示意图；

图7为折叠式单个复合材料着陆梯梯腿的结构示意图；

图8为卷曲式单个复合材料着陆梯梯腿的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图8具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯，它包括复合材料着陆梯1和支撑杆2，

复合材料着陆梯1包括两个复合材料着陆梯梯腿，两个复合材料着陆梯梯腿通过支撑杆2连接，复合材料着陆梯1能够折叠或者卷曲在着陆器内，

每个复合材料着陆梯梯腿均包括两个ω型形状记忆复合材料梁3、形状记忆泡沫4和电阻式加热片5，

两个ω型形状记忆复合材料梁3对扣，所述的形状记忆泡沫4填充在两个ω型形状记忆复合材料梁3之间的空隙内，两个ω型形状记忆复合材料梁3的内表面各粘贴有一个电阻式加热片5，

电阻式加热片5，用于在通电状态下，使ω型形状记忆复合材料梁3的温度提升至其玻璃化转变温度以上，使ω型形状记忆复合材料梁3展开，

形状记忆泡沫4具有可压缩性，形状记忆泡沫4用于为ω型形状记忆复合材料梁3的展开提供额外的承载能力。

本实施方式中，ω型形状记忆复合材料梁3作为结构承载的主体，其结构由碳纤维和形状记忆聚合物复合制成的预浸料通过真空热压法成型。电阻式加热片5供电为直流电。

形状记忆泡沫4可提供额外的承载能力，且形状记忆泡沫4的可压缩性极强，可随着ω型形状记忆复合材料梁3的收缩而压缩，随着ω型形状记忆复合材料梁3的展开而展开。将形状记忆泡沫4填充至ω型形状记忆复合材料梁3的空隙内，能够很好的利用空间，同时可将电阻式加热片5更好的固定，也方便固定电阻式加热片5的引线。

图2中，ω型形状记忆复合材料梁3展开后的宽度为b，内部填充物为形状记忆泡沫4，形状记忆泡沫4的玻璃化转变温度与ω型形状记忆复合材料梁3的玻璃化转变温度一致。在ω型形状记忆复合材料梁3的内表面粘贴有电阻式加热片5，并将通电的导线固定在形状记忆泡沫4里。ω型形状记忆复合材料梁3与形状记忆泡沫4分别单独成型，再用环氧树脂胶进行组装。

在地面发射之前将复合材料着陆梯1进行折叠或者卷曲，如图4和图5所示，将折叠或者卷曲后的复合材料着陆梯1收进着陆器主体，待发射完成，着陆器实施着陆后，将折叠的复合材料着陆梯1进行展开释放。折叠状态下的复合材料梁横截面示意图如图6。ω型形状记忆复合材料梁3在宽度方向上进行了拉伸，其宽度变为b′，厚度变为h′。形状记忆泡沫4压缩至小体积状态。或者将整个复合材料着陆梯1折叠成图7所示，在展开释放的过程中，ω型形状记忆复合材料梁3会在温度的作用下回复至图1的状态。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯作进一步说明，本实施方式中，ω型形状记忆复合材料梁3由碳纤维形状记忆聚合物复合材料制成。

本实施方式中，不同类型的形状记忆聚合物具有不同的玻璃化转变温度和力学性能。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯作进一步说明，本实施方式中，形状记忆泡沫4由环氧、氰酸酯或苯乙烯制成。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种具有形状记忆效应的可展开着陆梯作进一步说明，本实施方式中，碳纤维形状记忆聚合物复合材料按照四种铺层角度0°、±45°和90°铺设而成，且0°铺层至多连续出现三次，0°铺层不位于中间层。

本实施方式中，将ω型形状记忆复合材料梁3切割成不同纤维角度，通过铺层方式及层数设计着陆梯的弹性模量和刚度。ω型形状记忆复合材料梁3由碳纤维形状记忆聚合物复合材料预浸料通过真空热压方法进行成型，其铺层设计需满足：标准铺层包括0°、±45°、90°四种；采用对称铺层方式；0°、±45°、90°的四种铺层中每一种至少要占10％，其中0°铺层占20～40％之间，±45°占40～60％之间，90°铺层10～30％之间；避免连续出现三层相同的铺层角度；0度最多连续出现三次，中间用别的角度隔开，角度差别不宜过大，最好是拿±45°隔开；0°铺层要尽可能的多，同时将0°铺层的位置远离中性层，以提高结构的承载能力。例如铺层方式[0/±45/0/90/0/±45/0/90/0]s或[0/0/90/0/0/±45/0/0/90/0]s。