形状影象合金（shapememoryalloy,SMA）是一类在温度或其他条件爆发转变时，，，，，，，，能够“影象”其初始形状的合金质料。。。。。。1932年，，，，，，，，瑞典科学家?lander[1]发明了如下征象：AuCd合金在冷却时爆发变形，，，，，，，，加热后形状完全恢复。。。。。。1951年，，，，，，，，Chang等[2]发明AuCd系列合金在马氏体状态变形后，，，，，，，，加热后可回复到初始形状，，，，，，，，这就是SMA的突着力学特征之一——形状影象效应。。。。。。1963年，，，，，，，，美国水师武器实验室Buehler等[3]发明近等原子比的NiTi合金也具有形状影象效应，，，，，，，，这一发明使学术界和工程界熟悉到了SMA的主要性，，，，，，，，为其工程应用提供了可能。。。。。。以后天下各国的科学家相继发明了其他因素的形状影象合金，，，，，，，，包括铁基形状影象合金和铜基形状影象合金等[4-5]。。。。。。只管差别形状影象合金关于特定的应用要求或场景都有各自的优势，，，，，，，，但NiTi基形状影象合金质料在形状影象效应、韧性、热机械性能、抗侵蚀性和生物相容性等方面均有优异的体现，，，，，，，，因而在科学研究、尤其是工程应用中占有着主导职位。。。。。。

SMA主要有两种突着力学特征：形状影象效应和超弹性。。。。。。如图1所示，，，，，，，，SMA保存两种差别的相和3种差别的晶体结构，，，，，，，，即孪晶马氏体、非孪晶马氏体和奥氏体。。。。。。其中，，，，，，，，马氏体相在低温下是稳固的，，，，，，，，奥氏体相在高温下是稳固的。。。。。。形状影象效应是指SMA在处于低温孪晶马氏体结构时，，，，，，，，通过加载转变为非孪晶马氏体并爆发变形，，，，，，，，对其加热后SMA转变为奥氏体并消除变形，，，，，，，，恢复到初始形状。。。。。。超弹性是指SMA在处于高温奥氏体结构时，，，，，，，，通过加载使奥氏体转变为非孪晶马氏体并爆发变形，，，，，，，，卸载后SMA转变为奥氏体并连忙回复初始形状[6]。。。。。。别的，，，，，，，，SMA尚有其他性能，，，，，，，，例如相变迟滞特征、电阻可变特征、大阻尼特征等。。。。。。

SMA应用于航空航天领域具有诸多优势。。。。。。相比于其他质料，，，，，，，，SMA比强度高，，，，，，，，耐侵蚀性好。。。。。。使用其形状影象效应时，，，，，，，，其具有高能量密度和高功输出[7-8]，，，，，，，，设计的驱动器结构紧凑、可靠性高，，，，，，，，可恒久重复使用；；；；；；；使用其超弹性时，，，，，，，，其可以爆发超大且饱满的应力应变滞回圈，，，，，，，，具有优异的吸能减振和大变形回复性能。。。。。。SMA在航空航天领域的应用已经有五十多年的历史。。。。。。1969年，，，，，，，，形状影象合金管讨论乐成应用于美国F14战斗机的输油管路[9-10]，，，，，，，，之后，，，，，，，，接纳SMA设计的机构、结构逐渐应用于航空航天领域的各个方面，，，，，，，，例如空间压紧释放机构、航空发念头进气道的几何调理、机翼偏转和减振器等[11-14]。。。。。。

本文对海内外科研机构开展的关于SMA在航空航天领域的应用研究举行了总结和归纳，，，，，，，，主要包括4个方面：①质料与工艺；；；；；；；②本构模子；；；；；；；③形状影象效应应用；；；；；；；④超弹性应用。。。。。。最后针敌手艺生长趋势，，，，，，，，对后续研究和应用趋势举行了展望。。。。。。

1、质料与工艺

针对NiTi基形状影象合金质料方面的研究，，，，，，，，目今主要有两个偏向，，，，，，，，一是研究NiTi二元合金的差别因素配比，，，，，，，，二是在NiTi合金基础上添加其他元素。。。。。。SMA的古板处置惩罚工艺一样平常包括热变形、冷变形、热处置惩罚、稳固化训练等4个方面，，，，，，，，通过工艺处置惩罚可以改变SMA质料的宏观结构和微观组织，，，，，，，，抵达稳固定型、改善性能的目的。。。。。。最新的制造工艺还包括3D打印工艺。。。。。。为了知足航空航天的崎岖温、重大载荷的事情情形要求，，，，，，，，本节重点关注的研究包括：通过添加第三元素或热处置惩罚工艺从而大大拓宽NiTi基合金相变温度规模，，，，，，，，热处置惩罚工艺对SMA定型、改善性能的作用，，，，，，，，以及3D打印SMA具有的新优势。。。。。。

1.1相变温度的拓宽

凭证因素中Ni、Ti的比例差别，，，，，，，，现在常用的NiTi二元合金的奥氏体相变最先温度在?50～95℃规模内转变[15]，，，，，，，，基本可以知足通例手艺的应用需求。。。。。。但在航空航天部分场景下使用情形温度高于95℃，，，，，，，，例如由于太阳辐射作用，，，，，，，，航天器外貌情形温度凌驾100℃[16]，，，，，，，，SMA应用于航天器舱外时，，，，，，，，便需具有更高的相变温度。。。。。。为了填补NiTi二元合金相变温度规模的缺乏，，，，，，，，常用的要领有两种：添加第三元素和热处置惩罚。。。。。。

在NiTi二元合金的基础上添加第三元素，，，，，，，，分为两类：一类是添加Hf和Zr，，，，，，，，一类是添加贵金属Au、Pd和Pt等。。。。。。Karakoc等[17-18]研究了Ni50.3Ti29.7Zr20与Ni50.3Ti29.7Hf20高温形状影象合金，，，，，，，，效果批注两种高温形状影象合金的相变温度显着高于NiTi二元合金，，，，，，，，达150℃。。。。。。Monroe等[19]研究了Ni29.5Ti50.5Pd30合金，，，，，，，，其相变温度可达250℃。。。。。。Casalena等[20]研究了NiTi-40Au合金，，，，，，，，其相变温度可达400℃。。。。。。适当的热处置惩罚也可以提高SMA的相变温度。。。。。。

Drexel等[21]对Ni49.2Ti50.8二元合金举行了热处置惩罚，，，，，，，，效果批注热处置惩罚温度在400～550℃规模内，，，，，，，，奥氏体相变温度随保温时间增添而提高，，，，，，，，幅度约为50℃。。。。。。Kok等[22]通过实验也批注延伸热处置惩罚时间可获得较高的奥氏体相变温度。。。。。。

添加第三元素和热处置惩罚均可以使相变温度拓宽，，，，，，，，但效果差别。。。。。。添加第三元素形成的高温形状影象合金相变温度规模更大，，，，，，，，在航空航天应用中，，，，，，，，相比于添加贵金属Au、Pd和Pt的SMA，，，，，，，，虽然添加Hf或Zr的SMA相变温度提升较小[17-18]，，，，，，，，但其价钱低廉、加工性能优异，，，，，，，，相变温度约为100～200℃，，，，，，，，已经知足航空航天大都应用场景，，，，，，，，例如，，，，，，，，Bena-fan等研制了接纳NiTiHf质料的扭转驱动器用于展向自顺应机翼[23]、直线驱动器用于空间探测的岩石劈裂器[24-26]，，，，，，，，因此该类高温SMA应用远景较广；；；；；；；反之，，，，，，，，添加贵金属Au、Pd和Pt的SMA虽然相变温度提高较多，，，，，，，，抵达400℃以上[19-20]，，，，，，，，但由于过于腾贵，，，，，，，，难以实现大规模工程化应用。。。。。。通过热处置惩罚要领一样平常只能使相变温度提升几度到几十度，，，，，，，，在实践中，，，，，，，，一样平常先凭证使用温度规模确定SMA质料因素并加工，，，，，，，，再通过热处置惩罚微调相变温度以知足需求。。。。。。

1.2热处置惩罚工艺

SMA在航空航天领域的应用情形重大，，，，，，，，关于接纳SMA设计的结构或机构来说，，，，，，，，不但要求相变温度合适，，，，，，，，也要求SMA有合适的形状和稳固的性能。。。。。。SMA通常是通过冷加工获得的，，，，，，，，SMA内部保存有剩余应力，，，，，，，，且组织不匀称，，，，，，，，需要通过热处置惩罚工艺改变其性能。。。。。。热处置惩罚是指将SMA放在加热炉内加热、保温、冷却，，，，，，，，通过改变其内部的晶体组织结构、来改变其性能的一种工艺。。。。。。SMA热处置惩罚工艺主要有两个作用：一是对SMA定型，，，，，，，，以顺应差别应用情形下的形状需求；；；；；；；二是改善SMA的性能，，，，，，，，获得稳固的形状影象、超弹性等性能。。。。。。

通过热处置惩罚工艺可以获得需要的SMA形状。。。。。。北京航空航天大学智能推进实验室[27]将形状平展的SMA梁置于设计的模具中，，，，，，，，然后通过热处置惩罚，，，，，，，，获得了差别挠度的SMA梁；；；；；；；该实验室[6,28]还使用热处置惩罚对SMA丝的初始形状举行了定型设计，，，，，，，，如图2所示，，，，，，，，通过热处置惩罚乐成获得了SMA丝绕制成的SMA旋转驱动器，，，，，，，，该驱动器可以将SMA直线运动输出转化为旋转运动输出。。。。。。

热处置惩罚工艺还可以用于改善SMA性能。。。。。。Liu等[29]在500℃下对SMA丝举行短时时效处置惩罚后，，，，，，，，其永世变形小于0.05%，，，，，，，，在常温下具有优异的回复能力。。。。。。Mahmud等[30]研究了退火温度对NiTi合金马氏体稳固性的影响，，，，，，，，效果批注：在低退火温度下NiTi合金超弹性性能越发稳固。。。。。。Ben等[31]对NiTi二元合金举行差别时效热处置惩罚，，，，，，，，其研究效果批注：当热处置惩罚温度规模在500～650℃之间，，，，，，，，富镍NiTi合金可以获得稳固的超弹性性能。。。。。。胡励[32]对NiTi合金举行了差别温度的包套压缩试验，，，，，，，，效果批注：在400℃条件时，，，，，，，，包套压缩试验有利于晶粒细化，，，，，，，，进而改善SMA的形状影象性能和超弹性性能。。。。。。

针对航空航天领域关于质料性能的高要求，，，，，，，，以及部分场景关于机构体积的限制，，，，，，，，通过热处置惩罚工艺可以优化SMA内部组织来改善其性能，，，，，，，，并同时抵达定型的目的。。。。。。现在的热处置惩罚工艺主要体现为：针对差别因素、差别结构形式的SMA，，，，，，，，优化加热温度和保温时间，，，，，，，，获得需要的形状与性能。。。。。。

1.33D打印工艺

航空航天领域对SMA结构质量、可靠性要求较高，，，，，，，，接纳3D打印生产的一体化结构可以更好地知足该需求。。。。。。3D打印是一种新型工艺，，，，，，，，其以数字模子文件为基。。。。。。，，，，运用粉末状金属等可粘合质料，，，，，，，，通过逐层打印的方法来制造结构。。。。。。

通过三维结构设计，，，，，，，，3D打印可以直接生产出具有特定功效的结构。。。。。。比利时Dadbakhsh等[33]通过3D打印生产出了致密的NiTi合金，，，，，，，，有圆柱体、正方体等构型。。。。。。Nematollahi等[34]使用3D打印制备了差别几何和功效特征的NiTiHf高温形状影象合金。。。。。。中国石油大学Xiong等[35]接纳3D打印制备了蜂窝状NiTi-SMA，，，，，，，，如图3所示，，，，，，，，蜂窝状的NiTi-SMA用于填充空间着陆器的着陆腿，，，，，，，，其在着陆时吸收能量，，，，，，，，然后通过电或加热刺激迅速恢复到初始形状；；；；；；；冷却后，，，，，，，，SMA恢复到马氏体状态，，，，，，，，可以在不替换填充质料的情形下为下一次着陆做好准备。。。。。。

关于在航空航天领域的应用来说，，，，，，，，3D打印工艺的优势在于通过一体化结构设计，，，，，，，，镌汰了非须要的毗连结构，，，，，，，，进而减轻了却构质量。。。。。。3D打印也保存一些缺乏，，，，，，，，例如：由于手艺成熟度不高，，，，，，，，3D打印历程中已凝固部分的SMA与粉体SMA之间由于热物理性子保存差别，，，，，，，，导致打印结构的致密度受到限制[36]。。。。。。

2、本构模子

SMA本构模子是对SMA在差别温度和载荷下应力-应变关系的形貌，，，，，，，，凭证SMA应用场景的差别，，，，，，，，可以分为形状影象效应本构模子和超弹性本构模子。。。。。。

2.1形状影象效应本构模子

形状影象效应本构模子以形貌SMA的形状影象特征为主，，，，，，，，主要形貌SMA在作动历程中的应力应变特征，，，，，，，，一样平常可以分为宏观本构模子、细观本构模子以及微观本构模子[6,37]。。。。。。微观本构模子主要形貌的是质料的微标准力学行为，，，，，，，，着重于机理研究。。。。。。由于在航空航天应用中，，，，，，，，SMA驱动器性能展望是设计的要害环节，，，，，，，，因此本节主要先容用于SMA驱动器性能展望的宏观本构模子和细观本构模子。。。。。。

2.1.1宏观本构模子

宏观本构模子基于质料热力学框架，，，，，，，，建设了质料自由能的表达式，，，，，，，，并推导了SMA相变历程的驱动力，，，，，，，，进而获得质料的本构方程[38]。。。。。。宏观本构模子的优点是引入了较少的内变量和质料参数，，，，，，，，模子参数易于获。。。。。。，，，，可以高效模拟SMA的应力-应变转变。。。。。。针对常用的SMA作为驱动器使用的结构形式：丝、管、弹簧和带，，，，，，，，宏观本构模子主要生长了两类本构模子：一维本构模子和三维本构模子。。。。。。

一维本构模子主要形貌SMA丝等一维构件在单轴载荷、差别温度下的应力-应变响应。。。。。。

Tanaka等[39]于1986年最早建设SMA宏观本构模子，，，，，，，，其提出接纳马氏体体积分数作为内变量形貌马氏体相变的一维宏观本构模子，，，，，，，，并假设马氏体体积分数随温度和应力呈指数转变，，，，，，，，即指数型硬化函数。。。。。。Liang和Rogers[40]在Tanaka等的基础上，，，，，，，，提出了余弦型硬化函数取代指数型硬化函数，，，，，，，，由于余弦型硬化函数越发切合试验效果，，，，，，，，因此盘算效果越发准确。。。。。。但Liang、Rogers和Tanaka等的一维本构模子没有思量马氏体重取向和相变历程中质料参数的转变。。。。。。因此，，，，，，，，Brinson[41]在Liang-Rogers模子的基础上将马氏体体积分数分为温度诱导和应力诱导两部分，，，，，，，，完整思量了SMA的5个相变历程，，，，，，，，盘算精度大大提高。。。。。。北京航空航天大学智能推进实验室[42]于2014年在思量SMA相变诱导塑性的基础上，，，，，，，，提出了形貌SMA循环衰减的一维本构模子。。。。。。

随着SMA管、弹簧、带等三维构件更多地用于驱动器，，，，，，，，大大增进了三维本构模子的生长。。。。。。三维本构模子主要形貌SMA管等三维构件在差别温度和载荷下的应力应变响应，，，，，，，，其遭受的可以是单轴或多轴载荷。。。。。。Lagoudas等[43]于1995年提出了基于热力学框架SMA三维本构模子，，，，，，，，该模子建设了以马氏体体积分数为内变量的流动规则。。。。。。

之后，，，，，，，，Qidwai和Lagoudas[44]于2000年进一步提出了该模子的回退映射数值求解要领，，，，，，，，并编写了可用于有限元剖析的质料本构子程序UMATs。。。。。。Hartl等[45]于2009年生长了同时思量相变和屈服耦合的三维本构模子。。。。。。Mirzaeifar等[46]于2013年提出了思量SMA拉压差池称性的三维本构模子，，，，，，，，该模子可以对平板的三点弯试验举行展望。。。。。。Xu等[47]于2020年提出了大变形的三维本构模子，，，，，，，，该模子引入内应力并将其与马氏体体积分数相关联，，，，，，，，思量了SMA的双程影象效应，，，，，，，，可以很好地形貌SMA在差别温度下的循环变形。。。。。。SMA一维本构模子引入的参数较少，，，，，，，，在对SMA丝驱动器举行设计时可以直接应用并具有较高的精度。。。。。。SMA三维本构模子引入了更多的质料参数，，，，，，，，可以对差别重大构型、遭受多轴载荷下的SMA相变历程中的应力和应变举行展望。。。。。。

在驱动器设计时，，，，，，，，将宏观本构模子理论编写为可用于有限元剖析的质料本构子程序UMATs，，，，，，，，进而可以对差别结构形式的SMA驱动器举行训练、模拟情形的一体化优化设计，，，，，，，，从而实现驱动器的高准确度优化设计，，，，，，，，仿真误差小于8%，，，，，，，，大大降低了试验与时间本钱[27]。。。。。。现在，，，，，，，，已有的模子均思量了马氏体相变，，，，，，，，还思量了其余部分变形机制，，，，，，，，包括相变诱导塑性、塑性变形、双程影象效应和拉压差池称性等[41-42,45-47]，，，，，，，，但现在尚未有周全思量前述5种变形机制的宏观本构模子。。。。。。

2.1.2细观本构模子

细观本构模子是基于细观力学理论，，，，，，，，在晶粒标准上形貌SMA的力学行为，，，，，，，，并可以从物理上诠释SMA的种种变形机制[48]。。。。。。常见的细观本构模子是基于晶体塑性理论的本构模子[48-51]，，，，，，，，其通过平均的要领将单个晶粒的力学行为扩展到代表性体积元上，，，，，，，，可以较好地形貌宏观力学行为。。。。。。

基于晶体塑性理论的本构模子可以对SMA多种变形机制举行形貌。。。。。。Patoor等[49]最早将晶体塑性理论引入到SMA细观本构模子，，，，，，，，该模子将SMA的宏观相变应变率与马氏体变体的相变应变率相关联。。。。。。Thamburaja等[50-51]通过晶体塑性的要领，，，，，，，，探讨了晶体织构对拉压差池称性的影响。。。。。。于超[48]思量了相变诱导塑性和剩余马氏体等引入的循环衰减，，，，，，，，在单晶标准上建设了热力耦合的循环本构模子，，，，，，，，并接纳尺渡太过准则获得了多晶SMA的循环本构模子。。。。。。

现在，，，，，，，，海内外许多学者提出的基于晶体塑性理论的本构模子已经可以用来形貌单晶质料的非弹性变形机制，，，，，，，，部分模子可以通过尺度过渡要领来形貌多晶质料的变形机制[52-54]。。。。。。由于细观本构模子引入了较多的质料参数，，，，，，，，接纳的内变量较多，，，，，，，，因此多用于质料应力应变温度响应的展望，，，，，，，，较少用于驱动器变形展望，，，，，，，，驱动器变形展望现在以宏观本构模子为主。。。。。。

2.2超弹性本构模子

SMA的超弹性特征是一种强的非线性，，，，，，，，选用合适的数学模子来形貌SMA构件的迟滞特征，，，，，，，，从而准确展望其振动响应，，，，，，，，关于SMA减振构件的设计来说是至关主要的。。。。。。

对SMA超弹性形貌的经典模子有：Graess-er模子[55]，，，，，，，，Bouc-Wen模子[56-57]等。。。。。。北京航空航天大学智能推进实验室[58]提出简朴折线超弹性模子，，，，，，，，可求解SMA超弹性系统在随机载荷下的振动响应。。。。。。哈尔滨工业大学张景业[59]建设了SMA超弹性单自由度系统的振动理论模子，，，，，，，，并获得了系统在简谐激励下的振动响应。。。。。。大连理工大学牛健[60]提出了一种SMA质料的阶跃Bouc-Wen模子，，，，，，，，其能够准确地形貌低频加载下SMA的超弹性滞回圈的吸能减振性能。。。。。。

在结构盘算中接纳什么样的超弹性本构模子，，，，，，，，需要凭证系统所受的激励载荷，，，，，，，，求解要领等因向来确定。。。。。。使用数值要领求解SMA超弹性系统在随机激励下的响应时，，，，，，，，可选用在Bouc-Wen模子基础上生长的Graesser模子，，，，，，，，弱点是求解时间长，，，，，，，，效率低；；；；；；；使用等效线性化要领求解时，，，，，，，，Graesser模子由于表述上的缘故原由，，，，，，，，不适合接纳，，，，，，，，使用简朴折线超弹性模子[58]，，，，，，，，则可以利便、高效地获得系统的响应，，，，，，，，求解效率高，，，，，，，，且精度能够知足工程需要。。。。。。

3、形状影象效应应用

形状影象效应是SMA最主要的特征之一，，，，，，，，航空航天领域凭证其可以设计驱动器或一些特定结构。。。。。。SMA比强度高，，，，，，，，耐侵蚀性好，，，，，，，，作动时能量密度高、功输出高，，，，，，，，因此使得设计的结构越发紧凑，，，，，，，，可靠性更高，，，，，，，，知足恒久重复使用需求。。。。。。本节主要针对SMA常见的4种驱动器的结构形式举行先容：SMA丝、SMA管、SMA弹簧和SMA带。。。。。。

3.1SMA丝

由于SMA丝直径小、电阻大，，，，，，，，可直接通电控制加热作动，，，，，，，，并且输出位移大，，，，，，，，能知足差别规格机构的作动位移要求，，，，，，，，尤其是航空航天领域对空间、功耗使用率以及自动化控制要求较高，，，，，，，，SMA具备上述优势，，，，，，，，因此获得了普遍应用。。。。。。航空航天领域常见的SMA丝驱动的机构现在主要有两类：一类是压紧释放机构，，，，，，，，用于实现航行器中可疏散结构与牢靠结构的毗连与疏散；；；；；；；另一类是自动变形结构，，，，，，，，用于驱动特定结构的偏转变形。。。。。。

3.1.1压紧释放机构

SMA丝驱动的压紧释放机构主要用于替换古板接纳火工品爆炸来驱动的机构，，，，，，，，相比于火工品，，，，，，，，其具有无污染、低攻击、可重复使用等优点，，，，，，，，尤其是在细密仪器装备的毗连与疏散方面有很大优势，，，，，，，，SMA驱动的压紧释放机构主要包括两个部分，，，，，，，，承载部分和触发驱动部分，，，，，，，，两者之间有一个载荷转达的结构。。。。。。凭证机构中载荷转达的级数，，，，，，，，可以分为单级触发机构和多级触发机构。。。。。。单级触发机构结构较为简朴，，，，，，，，其事情原理一样平常是：SMA丝通电受热后直接驱动相关结构移动，，，，，，，，从而扫除对承载结构的限位，，，，，，，，完成释放功效。。。。。。意大利那不勒斯第二大学Gardi[61]研制了SUN-VR机构，，，，，，，，该机构是使用3根SMA驱动的单级钢球机构。。。。。。北京航空航天大学智能推进实验室研制了SMA-30000分组滚棒释放机构[62]，，，，，，，，该机构是使用SMA丝驱动的单级分瓣螺母释放机构（如图4）：机构接纳2根SMA冗余设计，，，，，，，，提高了机构的可靠性，，，，，，，，同时由于接纳了滚棒，，，，，，，，减小了箍环运动时的摩擦阻力，，，，，，，，可实现最高40kN的释放载荷。。。。。。

多级触发机构相对重大，，，，，，，，SMA通电受热后通过多级结构（如钢球等）转达载荷，，，，，，，，举行作动，，，，，，，，最终扫除对承载结构的限位，，，，，，，，完成释放功效。。。。。。相比于单级触发机构，，，，，，，，多级触发机构承载能力强，，，，，，，，海内外研究职员对多级触发机构的研究更多。。。。。。美国TiNi公司研制了SMA丝驱动的拔销器[63]，，，，，，，，该机构可通过从顶部拔出销或从底部推出销手动复位。。。。。。韩国KAIST（KoreaAdvancedInstituteofSci-enceandTechnology）研制了二级分瓣螺母释放机构[64]，，，，，，，，该机构复位时需要用专用的工装复位。。。。。。西班牙Vázquez等[65]研制了NEHRA（nonexplosivehold-downreleaseactuator）二级旋转释放机构，，，，，，，，该机构复位是将螺旋扭转弹簧预加载到锁紧位置，，，，，，，，可以手动执行。。。。。。西班牙Nava等[66]于2014年研制了REACT（resettablenon-explosiveactuator）SMA丝旋转驱动的三级钢球释放机构。。。。。。西班牙Col-lado等[67]于2019年研制了第二版REACTV2分瓣螺母压紧释放机构，，，，，，，，图5为REACTV2分瓣螺母机构作动示意图，，，，，，，，图6为机构实物图。。。。。。该机构通过使用简朴的工具将外环返回复位位置，，，，，，，，举行复位。。。。。。海内北京航空航天大学智能推进实验室研制了多款多级触发机构[6,68-70]，，，，，，，，划分接纳分瓣螺母和多级钢球原理，，，，，，，，这些机构可通过在机构内设置偏置弹簧来实现复位功效。。。。。。

SMA丝驱动的压紧释放机构性能如表1所示。。。。。。现在，，，，，，，，海内外已经有多型接纳SMA丝驱动的压紧释放机构乐成实现在轨应用。。。。。。在众多SMA机构中，，，，，，，，已经实现了大承载、无污染、低攻击、可重复使用等功效，，，，，，，，SMA丝驱动的压紧释放机构逐步在向轻量化、自动化和智能化的趋势生长。。。。。。结构设计趋于紧凑小巧，，，，，，，，镌汰了质量并节约了装置空间；；；；；；；装置使用历程越发便捷，，，，，，，，特殊是复位历程大幅简化；；；；；；；部分设计计划能够提供自身状态指示信号，，，，，，，，便于调理控制。。。。。。

3.1.2自动变形结构

将SMA丝作为自动变形结构的一部分嵌入到蒙皮等结构中，，，，，，，，通过情形温度的改变或通电加热的方法，，，，，，，，控制SMA的伸长与缩短，，，，，，，，进而改变结构的形状和角度，，，，，，，，完成响应的减阻、降噪等功效。。。。。。这一类结构通常为机翼等大型构件，，，，，，，，需要较大的驱动力，，，，，，，，因此多接纳SMA丝束驱动。。。。。。

自动变形结构多用于机翼或进气道等结构的偏转。。。。。。美国国防高级研究妄想局（DARPA）在1999年提出了智能航空与航海推进系统论证（SAMPSON）妄想，，，，，，，，包括智能机翼、叶片等。。。。。。其中一个项目是在F15E战斗机进气道设计中接纳SMA替换原有的液压驱动器，，，，，，，，驱动整流罩和唇板来实现进气道的变几何调理[71-73]。。。。。。该结构在2000年进入Hampton跨声速风洞举行了试验验证，，，，，，，，试验证实晰该结构在现实事情情形下的性能：最大气动载荷下，，，，，，，，SMA驱动器可在30s内驱动整流罩移动6°、唇板旋转23°。。。。。。2020年，，，，，，，，Ashir等[74]研究了一种基于SMA丝和增强纤维的自顺应变形机翼，，，，，，，，图7为SMA丝在机构变形中的事情原理。。。。。。试验效果批注：该变形机翼可在电流为1A的条件下，，，，，，，，作动60s后抵达最大变形2.8mm。。。。。。 SMA丝驱动的自动变形结构通常唬唬唬；；；峤幽啥嗍鳶MA丝以提高驱动力，，，，，，，，此时需要思量驱动的同步性问题。。。。。。别的，，，，，，，，由于SMA丝是嵌入到蒙皮等结构中，，，，，，，，还需要解决与蒙皮的毗连、作动时的相互运动等手艺问题。。。。。。

3.2SMA管

SMA管的直径大，，，，，，，，相比于SMA丝，，，，，，，，其输出载荷更大，，，，，，，，并且可输出差别形式的载荷，，，，，，，，如推力、扭矩以及径向力等。。。。。。凭证SMA管输出载荷的形式可以设计成差别用途的驱动器或特定的结构，，，，，，，，常见的有直线驱动器、扭转驱动器和径向密封结构。。。。。。

3.2.1直线驱动器

当SMA管作为直线驱动器使用时，，，，，，，，典范的使用要领是使用前对其施加压缩载荷，，，，，，，，使其爆发一定的压缩变形，，，，，，，，需要驱动时，，，，，，，，对SMA管举行加热，，，，，，，，爆发回复位移驱动结构运动，，，，，，，，从而完成响应功效。。。。。。SMA管直线驱动器可以用于驱动压紧释放机构。。。。。。美国国家航空航天局（NASA）是较早将SMA管应用于航空航天领域的研究部分，，，，，，，，其研制了单级分瓣螺母压紧释放机构[75]，，，，，，，，该机构由于接纳了限位销限位，，，，，，，，可靠性较高。。。。。。HiShearTechno-logyCorporation（HSTC）公司研制的大载荷分瓣螺母压紧释放机构一ㄇ使用SMA管驱动的[76]。。。。。。美国TiNi公司研制的Frangibolt是使用SMA管驱动的压紧释放机构[77-78]，，，，，，，，图8为Frangibolt机构示意图，，，，，，，，该机构主要由缺口螺栓、SMA管、加热套组成。。。。。。唬唬唬；；；棺鞫保，，，，对SMA管加热使其伸长，，，，，，，，缺口螺栓在SMA管的作用下胀断，，，，，，，，完身疏散功效。。。。。。

SMA管直线驱动器也可以用于空间探测用的岩石劈裂器。。。。。。Benafan等[24-26]研制了SMA岩石劈裂器（SMArocksplitter,SMARS），，，，，，，，用于在空间情形中实现可控静态岩石劈裂。。。。。。SMARS使用的是Ni50.3Ti29.7Hf20三元高温SMA，，，，，，，，该SMA经由训练可轴向膨胀。。。。。。图9为SMARS结构示意及事情历程，，，，，，，，SMARS包括SMA管、加热器和端部的钻头，，，，，，，，端部的钻头可以凭证使命需要替换，，，，，，，，包括锥形、球形、圆柱形和扁平端。。。。。。事情时，，，，，，，，先用笔直钻头向下打孔，，，，，，，，然后将SMARS置于深孔内，，，，，，，，对其通电加热，，，，，，，，两头伸长使得岩石破碎及破碎。。。。。。

SMA管用于直线驱动器的优势是其输着力较大。。。。。。在用于压紧释放机构时，，，，，，，，相比于接纳SMA丝的机构，，，，，，，，结构越发简朴；；；；；；；在用于岩石劈裂器时，，，，，，，，其具有体积小、质量轻的优势，，，，，，，，特殊适用于未来航天器和探测器上使用。。。。。。SMA管的主要弱点包括输出位移小、加热作动时间长、循环使用剩余应变积累显着等，，，，，，，，使用时需要有针对性地战胜上述缺乏。。。。。。

3.2.2扭转驱动器

SMA扭转驱动器的特点是其可以用较小的尺寸输出较大的扭矩，，，，，，，，在航空航天领域对空间、功效性要求高的情形下，，，，，，，，SMA扭转驱动用具有很大的优势。。。。。。

SMA扭转驱动器常见于航空领域，，，，，，，，如桨叶、叶片以及机翼等的扭转。。。。。。美国水师航空系统司令部（NAVAIR）[71,79]于2008年资助的可重构转子叶片（reconfigurablerotorblade,RRB）项目中的桨叶也是接纳SMA管扭转驱动的，，，，，，，，该扭转驱动器可以提供凌驾6.8N·m的扭矩和3.4J的能量，，，，，，，，并能遭受转动的情形，，，，，，，，同时该驱动器可以提供250次扭转且没有性能损失和异常情形。。。。。。Herrington等[80]于2015年重新设计了一型SMA扭转驱动器，，，，，，，，使跨度为0.914m的机翼实现了10°的扭转。。。。。。

Benafan等[23]在2019年提出了展向自顺应机翼（spanwiseadaptivewing,SAW）看法，，，，，，，，其使用SMA扭转驱动器毗连外侧机翼部分，，，，，，，，其可用于航行和地面使用。。。。。。在航行中，，，，，，，，驱动部分能够提高横向偏向稳固性，，，，，，，，图10为SAW示意图。。。。。。

SMA扭转驱动器的优点是同时具有传感与驱动功效。。。。。。将SMA扭转驱动器与被扭转结构毗连后，，，，，，，，加热后直接输出扭矩，，，，，，，，降低了扭转驱动结构的重大性。。。。。。

3.2.3径向密封结构

相比于直线与扭转驱动器，，，，，，，，SMA管径向密封结构的应用是最早的。。。。。。SMA管径向密封主要应用于管讨论，，，，，，，，将SMA管先在低温下扩大内径，，，，，，，，然后加热缩短完成对管路的密封。。。。。。

管讨论事情原理示意如图11所示。。。。。。使用时，，，，，，，，先对SMA管举行扩径，，，，，，，，然后将被毗连受对接并插入SMA管讨论内，，，，，，，，对SMA管举行加热，，，，，，，，SMA管受热缩短并压紧被毗连受，，，，，，，，完成密封牢靠。。。。。。

SMA管讨论很好地使用了SMA的形状影象特征，，，，，，，，其密封性能好，，，，，，，，可靠性高。。。。。。20世纪70年月，，，，，，，，美军F14战斗机管讨论上第一次实现了SMA的航空工业应用[9-10]。。。。。。以后，，，，，，，，SMA管讨论的应用拓展到了石油行业，，，，，，，，其质料系统也越发富厚，，，，，，，，包括Fe基、Cu基影象合金质料等均有普遍的应用[82]。。。。。。

SMA管讨论的可靠性很高，，，，，，，，装置简朴，，，，，，，，相比于古板焊接要领，，，，，，，，其可以毗连差别质料的管子，，，，，，，，因此使用频率很高，，，，，，，，应用较为成熟。。。。。。

3.3SMA弹簧

SMA弹簧的特点是输着力和位移大，，，，，，，，其战胜了SMA管直线驱动器输出位移小的缺陷，，，，，，，，并可加工成差别的直径与高度，，，，，，，，以知足差别驱动器的驱动位移要求。。。。。。作为触发结构，，，，，，，，SMA弹簧受热变形后爆发回复变形对外输出驱动力，，，，，，，，驱动响应结构运动。。。。。。

多个研究机构开展了针对SMA弹簧驱动的压紧释放机构研究。。。。。。韩国航天大学的Tak等[83]研制了接纳SMA弹簧驱动的压紧释放机构。。。。。。美国洛克希德·马丁公司接纳SMA弹簧研制了基于钢球解锁原理的LFN（lowforcenut）和基于二级分瓣螺母原理的TSN（two-stagenut）的压紧释放机构[84-85]。。。。。。图12为LFN机构示意图，，，，，，，，机构释放时，，，，，，，，对SMA驱转动簧通电，，，，，，，，其受热伸长，，，，，，，，驱动活塞向下移动，，，，，，，，钢球落入凹槽内，，，，，，，，驱转动簧驱动箍环向上移动，，，，，，，，扫除对分瓣螺母的径向约束，，，，，，，，螺栓完成释放。。。。。。复位时，，，，，，，，对SMA复位弹簧通电，，，，，，，，其推动箍环向下移动，，，，，，，，使得分瓣螺母重新合拢，，，，，，，，完成复位。。。。。。

SMA弹簧驱动的压紧释放机构性能参数如表2所示。。。。。。SMA弹簧驱动的压紧释放机构兼具弹簧与SMA形状影象效应的优势，，，，，，，，用相对较小的微观应变爆发较大的宏观位移。。。。。。但SMA弹簧横截面上的应力漫衍不是恒定的，，，，，，，，因此需要更大的体积来爆发相同的力，，，，，，，，这对驱动器的效率和带宽有负面影响（即关于相同的输出，，，，，，，，必需加热和冷却更大的质料体积）。。。。。。

3.4SMA带

SMA带的平面面积较大，，，，，，，，可与其他平面结构贴合，，，，，，，，通过电流或温度控制SMA带受热作动，，，，，，，，实现弯曲变形功效。。。。。。其特点是驱动力大，，，，，，，，输出角度较大。。。。。。相比于常见的电念头驱动的弯曲折叠机构，，，，，，，，SMA带可以直接用于弯曲驱动，，，，，，，，结构大幅度简化。。。。。。SMA带的弯曲驱动已经应用到多个场景中。。。。。。

NASA研制了接纳SMA带的太阳翼帆板折叠睁开铰链[86]，，，，，，，，现在已经于2002年在NASA的地球视察1号卫星上实现在轨测试验证。。。。。。波音公司研制的可变形锯齿结构（variablegeometrychevron,VGC）是接纳SMA带驱动的自动降噪驱动器[71,73]，，，，，，，，图13为VGC在飞机中的装置位置及结构示意图。。。。。。

2005年，，，，，，，，波音公司在ANA（allNipponairway）777-300ER的GE90-115B发念头上举行了测试，，，，，，，，对腾飞、巡航条件下的VGC性能举行评估，，，，，，，，结论是其可以显著地降低腾飞阶段的噪声，，，，，，，，有用地降低巡航阶段的攻击室的噪声。。。。。。2011年，，，，，，，，Pecora等[87]在CS-25支线飞机上设计并测试了一种接纳SMA带驱动的变形后缘结构，，，，，，，，实现了后缘部分的一连转变。。。。。。2018年，，，，，，，，Leal等[88]接纳集成设计要领设计了一种SMA驱动器驱动的变形机翼结构。。。。。。

SMA带用作弯曲驱动器，，，，，，，，可以凭证温度转变自主调理变形量，，，，，，，，大大简化了却构。。。。。。SMA带在应用中也保存缺乏：由于热滞后的保存，，，，，，，，在现实使用中，，，，，，，，需要设计重大的控制计划。。。。。。

4、超弹性应用

超弹性是SMA的另一突着力学特征，，，，，，，，随着航空航天关于抗振动攻击、对抗大变形等需求增多，，，，，，，，SMA的超弹性特征受到了越来越多的关注。。。。。。SMA相变爆发的可回复变形远大于通俗质料的弹性变形，，，，，，，，因此可用于需要较高弹性变形的场合。。。。。。凭证SMA超弹性的特点，，，，，，，，其常见的应用有两类：一是使用超弹性的吸能减振作用设计减振器，，，，，，，，二是使用大变形回复性能设计自顺应结构。。。。。。

4.1吸能减振

在航空航天领域，，，，，，，，结构受到振动攻击是一个常见的征象。。。。。。接纳SMA质料设计的减振装置，，，，，，，，可以充分使用SMA的超弹性，，，，，，，，其在受到攻击时爆发的超大滞回圈可以充分地吸收振动攻击的能量，，，，，，，，从而抵达减振的目的。。。。。。SMA吸能减振作用主要用于设计减振装置。。。。。。

韩国航天研究所研制了一型SMA隔振器[89]，，，，，，，，其通过控制隔振器的预压缩位移实现对隔振器隔振能力和固有频率调解。。。。。。Kwon等[90]研制了SMA金属丝网减振器，，，，，，，，其可以降低基体振动对成像卫星系统的影响。。。。。。北京航空航天大学智能推进实验室研制了SMA拟橡胶金属减振器[6,58]，，，，，，，，图14为SMA拟橡胶金属减振器组成示意图，，，，，，，，其接纳对称漫衍的、性能完全相同的两个超弹性SMA丝组成的拟橡胶金属元件作为阻尼元件。。。。。。其最大可恢复变形抵达30%，，，，，，，，对宽频带随机载荷有很好的减振能力。。。。。。

SMA设计的减振器很好地使用了SMA质料的超弹性，，，，，，，，在受到外界振动攻击时，，，，，，，，可以很好地吸收能量并具有优异的减振效果。。。。。。现在的SMA减振器、阻尼器耗能效率较低、结构较重大，，，，，，，，未来应团结准确、简朴高效的SMA超弹性本构模子，，，，，，，，设计越发简朴、效率高的装置[60]。。。。。。

4.2大变形回复

SMA超弹性还可以用于弹性变形要求较高的场景。。。。。。SMA在加载历程中会爆发相变，，，，，，，，爆发较大的变形，，，，，，，，在卸载后仍然能完全回复，，，，，，，，这一特点完全差别于常见的弹性子料。。。。。。因此，，，，，，，，使用SMA超弹性可以爆发大变形并完全回复的特点，，，，，，，，可用于需要爆发大变形并完全回复的自顺应结构中。。。。。。

使用SMA超弹性设计的自顺应结构在多个领域均有应用。。。。。。杜彦良等[91]提出使用SMA的超弹性设计SMA螺栓，，，，，，，，可以实现多个螺栓毗连统一系统时载荷的自顺应分派。。。。。。NASA针对火星探测使命中由于不平整路面导致火星车探测器轮胎泛起永世变形的问题，，，，，，，，提出了新型的SMA超弹性轮胎[92]。。。。。。图15为NASA火星车轮胎示意图，，，，，，，，该轮胎接纳数百条相互纠葛的超弹性SMA丝编织而成，，，，，，，，替换一经使用的弹簧轮胎。。。。。。SMA可以遭受的弹性变形约为钢材的30倍，，，，，，，，因此可以战胜弹簧轮胎导致的塑性变形问题。。。。。。

设计的自顺应结构可以很好地顺应情形的转变。。。。。。但在应用中还需要思量SMA的疲劳及其他性能的衰减。。。。。。

5、未来趋势

随着质料、工艺、控制、信息手艺的生长，，，，，，，，SMA在航空航天领域的应用将更普遍；；；；；；；在研究方面，，，，，，，，体现出更强的多学科交织和融合特征。。。。。。主要有以下4个方面：

1）质料与工艺。。。。。。随着SMA在差别温度情形中应用，，，，，，，，未来的SMA质料系统应该越发富厚，，，，，，，，以知足差别使用情形温度下的要求。。。。。。

现在，，，，，，，，SMA质料在情形温度低于75℃时的研究与应用已经较为完善，，，，，，，，SMA在高温情形下的研究与应用还较少。。。。。。针对航空航天的高温需求，，，，，，，，添加Hf和Zr的三元NiTi高温SMA已经展现出较大的应用价值。。。。。。别的，，，，，，，，通过古板工艺如热处置惩罚、热机械训练或新型工艺如电流脉冲处置惩罚等手段有利于SMA获得稳固的形状影象、超弹性等性能。。。。。。在3D打印方面，，，，，，，，质料粉末的质量和装备的温度控制等手艺需要更

深入的研究。。。。。。

2）本构模子。。。。。。随着SMA在航空航天以及崎岖温、重大载荷情形下的应用越来越多，，，，，，，，未来的本构模子还需思量疲劳、高温、侵蚀等多种因素。。。。。。

针对SMA常见的5种变形机制，，，，，，，，包括马氏体相变、相变诱导塑性、塑性变形、双程影象效应和拉压差池称性，，，，，，，，需要生长可以准确形貌以上变形机制的统一的宏观本构模子，，，，，，，，举行SMA驱动器的一体化优化设计。。。。。。针对多晶SMA应用的增添，，，，，，，，需要生长针对多晶SMA变形机制举行直接形貌的细观本构模子。。。。。。

3）形状影象效应应用。。。。。。接纳差别结构形式的SMA，，，，，，，，可以设计结构紧凑、可靠性高的驱动器，，，，，，，，目今的驱动器普遍保存的问题主要是机构的自动化、智能化水平不高。。。。。。

未来的重点研究偏向包括①设计新颖的自复位快速毗连机构，，，，，，，，实现压紧释放机构的快速释放与复位，，，，，，，，提高SMA应用的智能化水平；；；；；；；②设计新型自顺应结构，，，，，，，，开展针对差别温度、差别载荷情形下的应用研究，，，，，，，，增添机构康健状态检测？？？？？？？？。。。。。。

4）超弹性应用。。。。。。SMA超弹性的应用，，，，，，，，一方面是从质料角度提升基础性能，，，，，，，，另一方面主要是通过结构形式的多样化，，，，，，，，更好地施展超弹性的应用价值。。。。。。未来需要团结航空航天领域的应用特点，，，，，，，，重点开展两方面的研究：一是设计越发新颖的结构形式；；；；；；；二是开展超弹性SMA循环稳固性和长寿命应用研究。。。。。。

6、结论

本文先容了形状影象合金在航空航天领域的应用研究希望，，，，，，，，获得如下结论：①随着三元NiTi合金质料的研究生长，，，，，，，，NiTiHf、NiTiHZr的相变温度抵达150℃，，，，，，，，知足了诸如航天器舱外情形等高温条件下的使用需求，，，，，，，，拓宽了SMA的应用规模；；；；；；；热处置惩罚工艺的生长使得SMA力学性能获得提升，，，，，，，，知足了航空航天对功效部件轻量化和小型化的需求；；；；；；；3D打印工艺的生长实现了使用SMA制造重大功效结构的目的，，，，，，，，在着陆缓冲等领域展示了较强的应用潜力。。。。。。②本构模子的生长使得对SMA相变行为的数学形貌越发准确，，，，，，，，驱动器设计剖析

的准确度获得有用提升。。。。。。③使用形状影象效应可制造多种结构形式的驱动器，，，，，，，，其通常具有结构紧凑、控制轻盈、低功耗高输出的特点，，，，，，，，使得其在对空间、功耗使用率以及自动化控制要求较高的航空航天领域获得普遍应用，，，，，，，，SMA驱动器泛起出轻量化、自动化和智能化的生长趋势，，，，，，，，未来其性能优势将进一步提升。。。。。。④使用超弹性可制造成特定形式的功效结构，，，，，，，，在吸能减振和大变形回复场合获得应用，，，，，，，，这类功效结构泛起出构型多样化的生长趋势。。。。。。总体来看，，，，，，，，SMA在航空航天领域的应用研究将向着更宽的事情温度规模、更准确周全的本构模子、更多样的结构形式、更智能的作念头构偏向生长。。。。。。

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