航空航天智能材料与智能结构研究进展*
2017-05-16杨正岩张佳奇高东岳刘科海武湛君
杨正岩 ,张佳奇 ,高东岳 ,2,刘科海 ,武湛君
(1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连 116024;2.斯坦福大学航空航天学院,斯坦福 94305)
传统结构制造完成,不能做到实时感知环境以及自身状态的变化,更不能做到自适应和自修复。智能化与智能材料和结构技术存在着内在关系[1]。20世纪70年代末“结构智能化”的概念首次被美国军方提出,目的是为了提高飞行器的使用性能和安全性能[2]。结构智能化概念包括智能材料和智能结构两部分。智能材料是指自身一种或多种性质(如阻尼、刚度、形状、电阻等)会在激励(如力、热、光、电、磁等)作用下,发生显著变化的材料[3]。智能结构的特点是将结构和传感器、驱动器、控制元件的复合与组装,构成智能结构体系[4],使结构本身具有自感知、自诊断、自驱动、自修复等能力。这个特点使智能结构区别于传统的主动控制结构,使之具备多种智能性能。相比之下,智能结构由于利用了智能材料的固有驱动、传感特性,直接将智能材料集成到结构之中,使得其智能和自适应特点更明显,能够更好地实现结构的功能。国内外对飞行器结构智能化开展许多研究,如针对飞行器变形的研究的“智能翼”计划[5-7]、SAMPSON 计划[8]、NASA Aircraft Morphing计划[9]等以及相应学者对结构和材料方面的研究和总结[10-11];针对飞行器减振降噪技术的研究[12-13];针对自诊断智能结构的研究[14];针对飞行器加工和装配过程的智能化研究[15-17]等各种领域的研究。
本文基于上述背景,从智能材料、基本性质、使用实例和应用价值等方面对智能材料目前的研究和应用现状进行综述性介绍,并总结了现今航空航天智能材料、结构研究及应用中出现的关键问题,展望了航空航天智能材料和结构未来发展的趋势。……
