[发明专利]基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开机构及展开方法

说明书

本发明提供了一种基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开机构及展开方法，展开机构包括合金底座、45°铰链和杆件系统，杆件系统包括多个180°铰链和多根复合材料空心杆件，相邻的两根所述的复合材料空心杆件之间通过一个180°铰链连接，折叠状态下的空间展开机构的多根复合材料空心杆件从下到上平行设置，45°铰链和多个180°铰链均包括合金转换头和由形状记忆聚合物复合材料制成的片层，由形状记忆聚合物复合材料制成的所述片层的两端各通过一个合金转接头与相应位置处的结构连接。本发明改变了形状记忆聚合物复合材料在大型可展开结构中的实际应用较少的现状，能够实现负载的在轨任务。

技术领域

本发明创造属于空间展开技术领域，尤其是涉及一种基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开机构及展开方法。

背景技术

形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)是一类可感知外部激励、主动响应、具有形状记忆效应的聚合物材料，具有自感知、自诊断、自驱动等能力，是一种新型的智能材料。由形状记忆聚合物与碳纤维制备而成的复合材料具有高应变破坏率、高单位模量、低密度的特性，是应用于空间展开领域的理想材料。与传统的空间展开材料相比，形状记忆聚合物复合材料具有更加优异的力学性能和可设计性，仅仅通过热激励就能回复至初始状态，是可反复的变形与回复循环体系。

此外，形状记忆聚合物复合材料具有良好的阻尼性能，在其玻璃化温度时阻尼因子能够达到0.5，用于机械结构中能够起到缓冲、减振的作用。基于形状记忆聚合物复合材料的智能结构技术日益成熟，在航空航天领域的应用得到了广泛的重视和认可，国外已经进行了基于形状记忆聚合物的空间可展开结构的在轨实验展开和性能验证。

然而，目前形状记忆聚合物复合材料在航天领域的应用还存在以下几个方面的问题：

一、形状记忆聚合物复合材料在航空航天领域的应用尚处于理论和试验验证阶段，国外提出的一些智能空间可展开结构理念主要是利用复合材料的小应变、大角度弯曲特性实现结构更大的展开\压缩比，而国内则尚无形状记忆聚合物复合材料在大型可展开结构中的实际应用先例。

二、传统的空间展开结构虽然能达到展开的效果，但是其结构复杂，可靠性低，成本高，而且在展开过程中容易引起航天器较大的振动响应。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开机构及展开方法，改变了形状记忆聚合物复合材料在大型可展开结构中的实际应用较少的现状，能够实现负载的在轨任务。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开机构，包括一个与安装面连接的合金底座和一个用于连接合金底座与杆件系统的45°铰链，所述的杆件系统包括多个180°铰链和多根复合材料空心杆件，相邻的两根所述的复合材料空心杆件之间通过一个180°铰链连接，折叠状态下的所述空间展开机构的多根复合材料空心杆件从下到上平行设置，最下端的复合材料空心杆件的未连接180°铰链的一端与45°铰链连接，最上端的复合材料空心杆件的未连接180°铰链的一端与负载连接，所述的45°铰链和多个所述180°铰链均包括合金转换头和由形状记忆聚合物复合材料制成的片层，由形状记忆聚合物复合材料制成的所述片层的两端各通过一个合金转接头与相应位置处的结构连接。

进一步的，45°铰链的所述片层两端的所述的合金转换头为与合金底座连接的第一合金转接头和与复合材料空心杆件连接的第二合金转接头，所述的第一合金转接头与聚合物复合材料片层连接端为两侧面带弧度的实心结构，与合金底座连接端为中空夹持结构；

所述的第二合金转接头与聚合物复合材料片层连接端为两侧面带弧度的空心结构，与复合材料空心杆件连接端为中空的圆柱形结构。