一种可折叠-展开双向变形的柔性天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可折叠

【技术实现步骤摘要】
一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线及其制备方法


[0001]本专利技术涉及航天技术、天线
，尤其涉及空间柔性天线可展开机构领域，具体的说是一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着世界各国对太空的探索不断深入，各种新材料、新工艺、新技术层出不穷，作为与地球联络通信的重要设施，空间可展开天线的需求也变得日趋迫切。同时，我国也在稳步开展太空探索：包括探月工程、火星探测工程、中国空间站建设等一系列太空探索。
[0003]由于航天发射器的有效空间和运载荷载能力有限，在发射阶段，空间可展开天线通常处于折叠状态，待到指定轨道后，再驱动展开进行工作。一方面，传统的刚性天线自重大，结构组成复杂，展开过程涉及传动机构繁琐，若操作不当，会产生传动机构卡位，无法正常展开工作风险；另一方面，基于先进智能复合材料的空间可展开天线虽然可以有效降低结构自重，减少结构复杂度，自驱动稳定展开。
[0004]然而，上述两种空间可展开天线仅可以实现折叠状态到展开状态的单程变形，无法实现展开状态到折叠状态的变化。若突遇太空垃圾，会有撞击风险，为尽可能降低碰撞风险，本专利技术提出一种由形状记忆合金复合材料制成，具有折叠
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展开双向变形的柔性天线。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线及其制备方法，该天线由形状记忆合金复合材料制成，具有折叠
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展开双向变形的功能，其利用形状记忆合金材料优异的形状记忆效应和形状驱动性能，结合橡胶材料的高弹性特性制备而成，有效降低了空间展开天线在太空中遭遇太空垃圾时的碰撞风险。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，包括天线骨架和与所述天线骨架固定的薄膜，所述天线骨架在工作温度激励下实现自折叠
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展开变形过程，所述自折叠
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展开变形过程如下：当工作温度高于形状记忆合金奥氏结束温度时，天线骨架中的形状记忆合金材料SMA回复热变形处理的曲线型和花型状态，引起天线骨架带动薄膜向中心折叠；当工作温度降低至形状记忆合金马氏开始温度时，天线骨架中的橡胶基体的橡胶弹性回复力促使天线骨架带动薄膜向外展开，直至水平圆形状态。
[0007]本柔性天线的进一步改进在于：所述天线骨架由橡胶基形状记忆合金复合材料制成，所述天线骨架包括圆形设置的天线口径和直线形设置的径向骨架，所述形状记忆合金材料SMA丝分别置于矩形径向骨架的阴模、圆形天线口径的阴模，分别倒入橡胶材料室温固化24小时，固化成型橡胶基形状记忆合金复合材料。
[0008]本柔性天线的进一步改进在于：所述形状记忆合金材料的极限拉伸变形率>5%；奥氏相转变温度>0℃，初始形状为直线。
[0009]本柔性天线的进一步改进在于：所述天线骨架内设有弹性材料或/和导电材料。
[0010]本柔性天线的进一步改进在于：所述径向骨架的一端与天线口径固定，另一端嵌入基座内，所述径向骨架为两个以上，所述两个以上的径向骨架均匀分布在天线口径内。
[0011]本柔性天线的进一步改进在于：所述径向骨架的热处理弯曲变形位置至少为1个,所述径向骨架的热处理弯曲变形角度≥0且≤180。
[0012]本柔性天线的进一步改进在于：所述薄膜由聚酰亚胺材料制成。
[0013]本专利技术还提一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线的制备方法，包括以下步骤：（i）形状记忆合金材料的选择：调整形状记忆合金材料SMA的组分，获得极限拉伸变形率>5%；奥氏相转变温度>0℃，初始形状为直线的形状记忆合金材料；（ii）橡胶基形状记忆合金径向骨架和天线口径的制备及热变形处理：将步骤（i）中的SMA丝分别置于两个以上的矩形径向骨架阴模和圆形天线口径阴模内，分别倒入橡胶基体室温固化24小时，制得成型橡胶基形状记忆合金复合材料两个以上的径向骨架构件和天线口径构件；将制备的径向骨架构件和天线口径构件加热至高于形状记忆合金材料奥氏结束温度100℃以上，在指定位置对径向骨架构件和天线口径构件进行热变形处理至曲线型和花型状态，待温度降低至形状记忆合金马氏开始温度以下，形状记忆合金刚度显著下降，不足以维持热变形处理形状，在橡胶基体的弹性回复力作用下，回复至最初的直线型和圆形状态；（iii）天线骨架的制备：将步骤（ii）制得的径向骨架的一端与天线口径固定，另一端嵌入基座，使两个以上的径向骨架均匀分布在天线口径内；（
ⅳ
）天线的制备：将步骤（iii）制得的天线骨架与聚酰亚胺材料制作的柔性薄膜粘接固定。
[0014]本制备方法的进一步改进在于：所述步骤（i）中形状记忆合金材料SMA为丝、薄片。
[0015]本制备方法的进一步改进在于：所述步骤（ii）中，在固化时分别向矩形径向骨架阴模和圆形天线口径阴模内添加弹性材料或/和导电材料。
[0016]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的有益效果是：本专利技术结构简单、生产成本低、生产周期短，应用价值高。本专利技术应用橡胶材料的高弹性特性及形状记忆合金优异的形状记忆效应和驱动效应，通过工作环境温度的激励，实现空间柔性展开天线的自折叠
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展开双向变形。
[0017]本专利技术制得的可折叠
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展开双向变形的柔性天线与传统的刚性可展开天线相比，可有效降低自重，简化结构机械关节，可有效避免由于机械关节卡位导致的展开失败风险；与单程展开变形状态的智能复合材料的天线相比，本专利技术可实现空间展开天线的自折叠
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展开双向变形，有效降低天线在复杂的太空环境中遇到太空垃圾、天外陨石的碰撞风险。其生产工艺简单，制作成本低，生产周期短，有大力推广的必要。
附图说明
[0018]图1是本专利技术展开状态俯视图；图2是本专利技术折叠状态俯视图；图3是本专利技术折叠状态剖视图；图4是本专利技术径向骨架构件热变形前的结构示意图；图5是本专利技术径向骨架构件热变形后的结构示意图；图6是本专利技术天线口径构件热变形前的结构示意图；
图7是本专利技术天线口径构件热变形后的结构示意图；图8是本专利技术天线骨架中形状记忆合金材料的相转变温度图。
[0019]其中，1、径向骨架；11、橡胶基体；12、形状记忆合金材料；1
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1、第一骨架；1
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2、第二骨架；1
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3、第三骨架；1
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4、第四骨架；2、天线口径；3、薄膜；4、基座。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，如图1
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7所示，其包括天线骨架和与所述天线骨架固定的薄膜3，所述薄膜3由柔性的聚酰亚胺材料制成。所述聚酰亚胺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，其特征在于：包括天线骨架和与所述天线骨架固定的薄膜（3），所述天线骨架在工作温度激励下实现自折叠
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展开变形过程，所述自折叠
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展开变形过程如下：当工作温度高于形状记忆合金奥氏结束温度时，天线骨架中的形状记忆合金材料（12）SMA回复热变形的曲线型和花型状态，引起天线骨架带动薄膜（3）向中心折叠；当工作温度降低至形状记忆合金马氏开始温度时，天线骨架中的橡胶基体（11）的橡胶弹性回复力促使天线骨架带动薄膜（3）向外展开，直至水平圆形状态。2.根据权利要求1所述的一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，其特征在于：所述天线骨架由橡胶基形状记忆合金复合材料制成，所述天线骨架包括圆形设置的天线口径（2）和直线形设置的径向骨架（1），所述形状记忆合金材料（12）SMA丝分别置于矩形径向骨架（1）的阴模、圆形天线口径（2）的阴模，分别倒入橡胶材料室温固化24小时，固化成型橡胶基形状记忆合金复合材料。3.根据权利要求2所述的一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，其特征在于：所述形状记忆合金材料（12）的极限拉伸变形率>5%；奥氏相转变温度>0℃，初始形状为直线。4.根据权利要求2所述的一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，其特征在于：所述天线骨架内设有弹性材料或/和导电材料。5.根据权利要求2所述的一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，其特征在于：所述径向骨架（1）的一端与天线口径（2）固定，另一端嵌入基座（4）内，所述径向骨架（1）为两个以上，所述两个以上的径向骨架（1）均匀分布在天线口径（2）内。6.根据权利要求5所述的一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线，其特征在于：所述径向骨架（1）的热处理弯曲变形位置至少为1个,所述径向骨架（1）的热处理弯曲变形角度≥0且≤180。7.根据权利要求1所述的一种可折叠
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展开双向变形的柔性天线 ，其特征在于：所述薄膜（3）由...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜海洋，姚永涛，赵亚军，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：