基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构制造技术

本发明专利技术公开了基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构，包括翅脉折叠结构和双层翅膜折叠结构，翅脉折叠结构贯通式穿插于双层翅膜折叠结构的中间部位，所述翅脉折叠结构包括可径向扩张的中空管，所述双层翅膜折叠结构包括上层膜折叠结构和下层膜折叠结构，上层膜折叠结构和下层膜折叠结构均通过第一约束丝与翅膜折叠结构链接；所述上层膜折叠结构与下层膜折叠结构之间链接有第二约束丝，上层膜折叠结构和下层膜折叠结构上引出第三约束丝。该仿生结构的仿生度更高且仿生双层折叠伸展结构的强度也更高，复合折叠结构既能提供较大的面积变化比，又能提高自身的稳定性，大量的复合折叠结构分散应力、分担形变，空间环境适应力更强。力更强。力更强。

【技术实现步骤摘要】
基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构


[0001]本专利技术涉及昆虫翅脉的折叠伸展仿生结构领域，具体涉及一种基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构。

技术介绍

[0002]仿生学是一门既古老又年轻的学科，其主要研究自然界中生物体的结构与功能的工作原理，并根据这些原理专利技术出新的设备、工具和科技，创造出适用于生产、学习和生活的先进技术。
[0003]昆虫的翅是由外胚层发育而来，在幼体形态时，鳞翅以器官芽的形式保留在幼体体内(内翅型昆虫)，待经历完全变态发育过程后，翅芽发育成完整的翅，此后，其表皮细胞逐渐降解并愈合为翅膜，其上布满各种感觉器官和部分体壁衍生物，而含有气管的体壁渐渐愈合形成翅脉，其内布满各种运动神经、血浆、血淋巴。羽化完成后，翅脉间的细胞死亡，形成透明的双层角质层，而翅脉的细胞继续存活，成为成体昆虫翅膀中唯一存活的细胞。因此，昆虫翅膀的表皮细胞在羽化展翅后就停止发育，翅膀结构也不再会有变化。
[0004]枯叶蛱蝶(Kallima inachus)属于鳞翅目(Lepidoptera)，蛱蝶总科(Nymphaloidea)，蛱蝶科(Nymphalidae)，蛱蝶亚科(Nympha linae)，斑蛱蝶族(Hypolimni)，枯叶蛱蝶属(Kallima Doubleday)，是昆虫纲著名的具有拟态与保护色物种，其鳞翅反面具有枯黄叶片的特征，包括叶片的中脉、侧脉、颜色和霉斑等，合拢竖起后类似一片枯叶。羽化过程是蝴蝶形态变化的主要过程，枯叶蛱蝶从没有鳞翅的蛹迅速变为大型鳞翅的成虫，鳞翅的形态发生剧烈变化，表面积迅速扩大9.30倍。在蛹期的发育过程中，鳞翅逐步分化出大量微米级的单元折叠结构，它们是一种双重折叠结构，能提供31.35倍表面积变化，远大于鳞翅的实际变化，可为鳞翅展平提供足量的表面积储备。
[0005]随着航天器技术的不断发展和广泛应用，航天器的结构和功能不断变化和日趋复杂，可展结构是实现航天器结构主结构、次结构或某一部件由初始收拢构形，变化到最终展开构形，并保持该构形的结构和机构，广泛应用于航天领域的各种空间飞行器和星球探测器中，如卫星飞行器天线、大型光学镜面、飞船太阳电池阵、空间站大型支撑构架、星球探测器太阳帆板等。空间可展结构受到空间运输系统的空间和重量限制，通常要具有较大的展开/收缩体积或面积比和极高的系统可靠性，其研究与实现面临一系列的理论、方法和技术挑战。同时空间展开结构是航天器中最容易发生故障的器件之一，近年来，航天器的故障多与展开结构有关，一旦发生故障，几乎是致命性的。已报道1990至2002年间美国卫星17次大型故障，其中17.6％是由展开结构导致。空间可展结构涉及新型可展结构机理、结构构形研究、结构体系、设计应用技术开发、展开动力学分析理论、结构分析理论、展开驱动机构与控制方法、空间环境适应性等方面。新型展开机理是研制空间可展结构的重点之一。
[0006]申请号为201410711895.X的专利技术专利公开了基于蝴蝶鳞翅发育的空间仿生可展结构，该包括囊状物和导向管，所述囊状物的两端分别为固定端和自由端，所述的导向管固定在囊状物内，且导向管的充液端固定在囊状物的固定端处，导向管呈树状分布于囊状物
内部，并作为囊状物展开后的支撑骨架；所述的囊状物和导向管均为弹性材料制成，厚度均匀；所述的囊状物的材料硬度小于导向管的硬度。申请号为201610447558.3的专利技术专利公开了基于枯叶蛱鳞翅的可展仿生结构，该仿生结构的主支撑管、次支撑管、连接支撑管均被囊状物所包覆；囊状物的两端分别为固定端和自由端；囊状物内的四周除固定端外，通过1根主支撑管支撑；囊状物内还设有呈放射状均匀分布的多根次支撑管；次支撑管的一端固定在囊状物的固定端处；次支撑管的另一端与位于囊状物自由端处的主支撑管相连通；相邻两个次支撑管的中间部位通过一根连接支撑管相连通；所述的主支撑管、次支撑管和连接支撑管的横截面均为椭圆形；所述的囊状物与主支撑管、次支撑管、连接支撑管均通过连锁结构相连。
[0007]上述两个专利中，公开的枯叶蛱蝶的鳞翅的结构均为单层的伸展结构，与枯叶蛱蝶的双重折叠结构存在实际上的差异，由于单层伸展结构的伸展后强度要比双重的折叠伸展结构强度要低，因此上述专利中的伸展结构存在展开后强度不足的问题，同时上述两个专利仅仅对翅脉的伸展结构做出了详细的研究，并没有公开配套的翅膜的折叠伸展结构，而翅膜的折叠伸展是双重翅膜在二维方向上的伸展，单层翅膜的伸展包括横向伸展和纵向伸展，目前并未有相关的研究文献以及基于该双重折叠伸展的仿生结构被公开。

技术实现思路

[0008]本专利技术设计了一种基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构，该仿生结构的仿生度更高且仿生双层折叠伸展结构的强度也更高，复合折叠结构既能提供较大的面积变化比，又能提高自身的稳定性，大量的复合折叠结构分散应力、分担形变，空间环境适应力更强。
[0009]为了达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现的：
[0010]基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构，包括翅脉折叠结构和双层翅膜折叠结构，翅脉折叠结构贯通式穿插于双层翅膜折叠结构的中间部位，所述翅脉折叠结构包括可径向扩张的中空管，所述双层翅膜折叠结构包括上层膜折叠结构和下层膜折叠结构，中空管的一侧引出2道第一约束丝，2道第一约束丝分别与上层膜折叠结构和下层膜折叠结构连接，中空管的另一侧也引出2道第一约束丝，2道第一约束丝同样分别与上层膜折叠结构和下层膜折叠结构连接，所述上层膜折叠结构与下层膜折叠结构之间连接有第二约束丝，上层膜折叠结构和下层膜折叠结构上引出第三约束丝。
[0011]进一步的，所述中空管为截面呈锯齿状的环形折叠结构，环形折叠结构由若干个三维立体的折叠单元组成，若干个折叠单元相互连接组成中空管。
[0012]进一步的，所述上层膜折叠结构和下层膜折叠结构分别由翅膜折叠结构区和翅翼折叠结构区，上层膜折叠结构的2道第一约束丝之间的区域和下层膜折叠结构的2道第一约束丝之间的区域即为翅膜折叠结构区，2道第一约束丝之外的区域为翅翼折叠结构区，所述第二约束丝设置于上层膜折叠结构的翅翼折叠结构区和下层膜折叠结构的翅翼折叠结构区之间，所述上层膜折叠结构的翅膜折叠结构区和下层膜折叠结构的翅膜折叠结构区的边缘向翅翼折叠结构区放射状引出若干第三约束丝。
[0013]进一步的，上层膜折叠结构和下层膜折叠结构为横向呈锯齿状且纵向呈波浪状的三维折叠结构，若干上层膜折叠结构相互连接组成上层膜，若干下层膜折叠结构相互连接
组成下层膜。
[0014]进一步的，所述翅脉折叠结构包括纵向翅脉折叠结构和横向翅脉折叠结构，横向翅脉折叠结构的两端与纵向翅脉折叠结构相贯通。
[0015]进一步的，所述中空管中可充入空气介质或者液体介质。
[0016]进一步的，所述中空管采用高密度聚乙烯材质，双层翅膜折叠结构采用乳胶材质。
[0017]进一步的，所述第一约束丝、第二约束丝和第三约束丝采用光敏固化材料制成。
[0018]本专利技术以枯叶蛱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构，其特征在于，包括翅脉折叠结构和双层翅膜折叠结构，翅脉折叠结构贯通式穿插于双层翅膜折叠结构的中间部位，所述翅脉折叠结构包括可径向扩张的中空管，所述双层翅膜折叠结构包括上层膜折叠结构和下层膜折叠结构，中空管的一侧引出2道第一约束丝，2道第一约束丝分别与上层膜折叠结构和下层膜折叠结构链接，中空管的另一侧也引出2道第一约束丝，2道第一约束丝同样分别与上层膜折叠结构和下层膜折叠结构链接，所述上层膜折叠结构与下层膜折叠结构之间链接有第二约束丝，上层膜折叠结构和下层膜折叠结构上引出第三约束丝。2.根据权利要求1所述的基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构，其特征在于，所述中空管为截面呈锯齿状的环形折叠结构，环形折叠结构由若干个三维立体的折叠单元组成，若干个折叠单元相互连接组成中空管。3.根据权利要求1或2所述的基于枯叶蛱蝶羽化展翅的仿生双层折叠伸展结构，其特征在于，所述上层膜折叠结构和下层膜折叠结构分别由翅膜折叠结构区和翅翼折叠结构区，上层膜折叠结构的2道第一约束丝之间的区域和下层膜折叠结构的2道第一约束丝之间的区域即为翅膜折叠结构区，2道第一约束丝之外的区域为翅翼折叠结构区...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金稳，陆沁，丁伟峰，吴海霞，和锐，罗梓洋，陈航，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院高原林业研究所，
类型：发明
国别省市：