一种基于含贯穿孔的可变折叠壁面阻力调节结构的制作方法

本发明属于现代空间结构形态设计领域，尤其是一种基于含贯穿孔的可变折叠壁面阻力调节结构。

背景技术：

折叠结构是近年来发展起来的新型空间结构形式,近年来可折叠结构在航空航天工程和建筑设计中的应用越来越广泛。折叠结构的空间可展性使得结构在需要使用时,可以展开至工作状态,工作完毕后可以收回到折叠状态便于运输。折叠结构因其现场安装及拆除速度快,在使用时不需要很多人力和机械就可以方便地在现场展开成形,因而适用范围很广,已逐渐在军事、医学、土木工程、航天工程等诸多领域得到应用。

折叠单元具有形状可变性，在折叠展开过程中，不同的状态具有不同的刚度，此时对风流、热流等的增减阻性能也不同。在折叠结构的适当部位开挖孔洞能够实现增减阻，从而对阻力进行调节，开挖较小孔洞可实现增阻，对降落伞、减速器、缓降、滞空等方面有重要意义，开挖较大孔洞可实现减阻，对火箭头、飞艇、机翼等方面有重要意义。然而，目前可变折叠技术缺少含有孔洞的折叠结构的增减阻特性的设计经验。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于含贯穿孔的可变折叠壁面阻力调节结构，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于含贯穿孔的可变折叠壁面阻力调节结构，包括折叠壁面，所述折叠壁面阵列折叠成多个折叠单元并可自动进行展开，每个所述折叠单元为矩形片状并先后以两条中心线为界进行二次对称折叠，将折叠单元按田字形等分为四个小矩形片，折叠壁面的每相邻两个所述小矩形片之间的折痕通过塑性铰连接，每个小矩形片中心开挖有阻力调节孔洞，通过所述阻力调节孔洞的开孔大小控制增阻或减阻。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的折叠壁面能够自动进行展开，通过不同大小的阻力调节孔洞的设置可以改变其增阻或减阻的性能，对折叠结构的阻力调节具有现实意义。

附图说明

图1是本发明的折叠单元开挖阻力调节孔洞前的示意图；

图2是本发明的折叠单元开挖阻力调节孔洞后的示意图；

图3是本发明的折叠单元的展开初期示意图，其中阻力调节孔洞未表示；

图4是本发明的折叠单元的展开中期示意图，其中阻力调节孔洞未表示；

图5是本发明的折叠单元的展开后期示意图，其中阻力调节孔洞未表示；

图6是在风载作用下本发明的折叠壁面的示意图一，折叠壁面含4个折叠单元，阻力调节孔洞控制增阻；

图7是在风载作用下本发明的折叠壁面的示意图二，折叠壁面含3个折叠单元，阻力调节孔洞控制减阻；

图8是本发明在降落伞进行应用时的示意图；

图9是本发明在火箭头进行应用时的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1～图7所示，本发明公开了一种基于含贯穿孔的可变折叠壁面阻力调节结构，包括折叠壁面，所述折叠壁面阵列折叠成多个折叠单元1并可自动进行展开，每个所述折叠单元1为矩形片状并先后以两条中心线为界进行二次对称折叠，将折叠单元1按田字形等分为四个小矩形片2，折叠壁面的每相邻两个所述小矩形片2之间的折痕通过塑性铰连接，每个小矩形片2中心开挖有阻力调节孔洞3，通过所述阻力调节孔洞3的开孔大小控制增阻或减阻。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述折叠壁面采用形状记忆高分子聚合物材料，在其处于展开状态并在低于该材料的玻璃化转变温度(此时材料模量为长期松弛模量，相对较小，如0.0146MPa)的情况下，在外载驱动下进行折叠，产生弯曲变形进行塑造(此时材料模量为瞬态松弛模量,相对较大，如14.6MPa)，形状塑造完成后不卸载(此时材料模量为瞬态松弛模量,相对较大，如14.6MPa)，对结构进行降温冷却至低于其材料玻璃化转变温度后，塑造的形状得以固定然后卸载外力，形状固定完毕，再次进行升温至高于其玻璃化转变温度(此时材料模量为长期松弛模量，相对较小，如0.0146MPa)时折叠壁面释放预应力逐渐自动进行展开,回复至初始状态。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述折叠壁面上安装有温度控制器，通过温度控制器对折叠壁面进行温度调控，从而控制其自动进行展开。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述折叠壁面采用可变形复合材料层合板，其内层为纯弹性体，其外层采用形状记忆长纤维增强，在形状记忆编程结束后形状记忆长纤维被拉长，折叠壁面发生折叠弯曲，折叠壁面采用一种新型电驱动可变形双稳定复合材料层合板，通过在正交铺设层合板中加入金属电热膜对层合板局部区域进行加热,驱动双稳定层合板发生跳变，可变形双稳定层合板在电驱动下能够自动的从一种构型转变成另一种构型，实现对折叠展开的控制。

具体实施方式五：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式二或具体实施方式四作出的进一步说明，所述阻力调节孔洞3的开孔面积比大于0.0004小于0.1296时折叠壁面为增阻，阻力调节孔洞3的开孔面积比大于0.1296小于0.8100时折叠壁面为减阻。

参照图1～7所示，折叠壁面也可在折叠单元1表面根据工程的实际需要开挖阻力调节孔洞3，并通过风载4进行实际测量以找出折叠单元1的最优顶角尺寸、边长以及阻力调节孔洞3的大小、位置、形状，满足需求后进行生产制造，将其应用于工程中。参照图8所示，本发明在降落伞5进行应用时，利用折叠壁面作为降落伞5的伞面，阻力调节孔洞3的开孔面积比大于0.0004小于0.1296时对降落伞5实现增阻，参照图9所示，本发明在火箭头6进行应用时，利用折叠壁面作为火箭头6的蒙皮，阻力调节孔洞3的开孔面积比大于0.1296小于0.8100时对火箭头6实现减阻。

当阻力调节孔洞3的开孔面积比大于0.0004小于0.1296时，孔洞相对较小，在孔洞附近的后侧，产生了较大的风吸力，导致风压系数增大，使得阻力增加。当阻力调节孔洞3的开孔面积比大于0.1296小于0.8100时，孔洞相对较大，部分风可以直接穿过孔洞，使得风压系数整体偏小，阻力减小。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。