形状记忆合金在航空工业中的应用研究进展摘要:形状记忆合金具有高能量密度,作为驱动器使用不会引起重量的显著增加和空间的过度占用,因而在航空航天器的一些结构中具有良好的应用前景。本文对航空工业中使用形状记忆合金作为驱动器,应用于飞机机翼结构、进气道结构和发动机的相关研究进行了总结,并提出形状记忆合金在航空工业中应用的未来研究方向。关键词:形状记忆合金;机翼;进气道;喷气式发动机形状记忆合金(SMA)作为一种具有特殊性质的材料,在工程应用中具有良好前景。特别是SMA具有很高的能量密度,不会引起重量的显著增加,使其倍受航空工业的关注。在宏观层面下,SMA具有两个基本的性质:形状记忆效应(SME)与超弹性(SE)。形状记忆效应是指SMA在外力作用下发生较大的塑性变形,在经历升温后回复到外力作用前的状态;SE是指SMA在较高的温度状态下,在加载过程中产生较大的应变,在撤除载荷后仍可以恢复到原来的形状[1]。利用SMA的记忆效应提供的大回复力以及大回复位移,使其已应用在宇宙飞船天线形状、飞行器机翼、发动机喷口的形状控制及对这些结构的振动控制[2,3],AndrewPeterJardine等还利用SMA在提高飞行器舱门密封上获得了专利[4]。利用SMA超弹性的滞回特性,可以用于工程结构中的振动控制[5]。SMA在不同转变温度下表现出的不同性质,是其内部固2固相转变造成的。SMA的相转变温度可以在-150℃～200℃之间通过合金的成分和热处理工艺进行调节,相变的四个关键温度点分别为:马氏体结束温度(Mf),马氏体开始温度(Ms),奥氏体开始温度(As),奥氏体结束温度(Af)[6]。SMA在加热至奥氏体开始温度以上时,发生从马氏体到奥氏体的相变;当SMA冷却时,在奥氏体向马氏体转变之前还要发生中间相R相变[7]。目前大规模使用的金属作动器一般都是NiTi族记忆合金,其已经商业化并且具有良好的工程特性,但是在截面尺寸、性质的可重复性以及相变温度等存在一些限制。镍钛族合金的相变点温度对合金中的钛镍比例非常敏感。其成分中任一种改变011%都会引起相变点温度发生10℃的变化[8]。SMA的这些特点,使其在航空工业中的应用研究非常活跃,特别是在机翼结构、进气道结构及发动机中的研究应用受到了“智能翼计划”、SAMPSON计划等的支持。自上个世纪30年代人们发现Au-Cd合金具有记忆效应以来，进过几十年的研究，发现的形状记忆合金按相变特征类，可分成如下几个系列[28]：1、由热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金1)TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。2)β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）,γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1,β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X（X=Si、Sn、Au等）。3）其它有色合金系，包括：Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。4)Fe3Pt（γ—α’，γ—fct）和Fe-30at%Pd（γ—fct）。5)Fe-Ni-Co-Ti系，发生时效γ一薄片状α’(bcc和bct)马氏体相变，如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一I0Co-3Ti及Fe-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。2、由非热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金1)Fe-MIn-Si系，发生γ一六方ε相变，包括Fe-30Mn-1Si(单晶)、Fe-（28~33）Mn-(4~6)Si、Fe-Mn-Si-Ni-Cr、Fe-14Mn-6Si-5Ni-9Cr、Fe-20Mn-5Si-5Ni-8Cr、Fe-Mn-Si-9C、Fe-8Mn-6Si-6Ni-13Cr-12Co等。2)Fe-Ni-C系，发生γ一薄片状α’马氏体相变，如Fe-3INi-0.4C和Fe-（26~28）Ni-12Co-4Al-0.4C。其中Ni-Ti基合金的形状记忆效应最佳，是重要的形状记忆材料。Ni—Ti中具有多种相变：无公度相变、R相变(马氏体型)、马氏体相变、沉淀。1、形状记忆合金(SMA)在机翼结构中的应用机翼具有变形能力,可以在很大程度上提高系统的性能,特别是在提高回转半径、增加续航能力、增大负载以及提高最大速度等优势明显。在机翼变形上,研究覆盖大规模展弦比变化、翼面积变化、翼型变化[9]、掠角变化[10]、刚度变化[11,12]及翼扭转、缘弯曲[13]等方面。其...