状态影象合金（shapememoryalloy,SMA）是一类在温度或其他前提产生变动时，，
，可能“影象”其初始状态的合金资料。。。1932年，，
，瑞典科学家?lander[1]发现了如下景象：AuCd合金在冷却时产生变形，，
，加热后状态齐全复原。。。1951年，，
，Chang等[2]发现AuCd系列合金在马氏体状态变形后，，
，加热后可回复到初始状态，，
，这就是SMA的凸起力学个性之一——状态影象效应。。。1963年，，
，美国水师兵器尝试室Buehler等[3]发现近等原子比的NiTi合金也拥有状态影象效应，，
，这一发现使学术界和工程界意识到了SMA的重要性，，
，为其工程利用提供了可能。。。尔后世界列国的科学家相继发现了其他成分的状态影象合金，，
，蕴含铁基状态影象合金和铜基状态影象合金等[4-5]。。。只管分歧状态影象合金对于特定的利用要求或场景都有各自的优势，，
，但NiTi基状态影象合金资料在状态影象效应、、、韧性、、、热机械机能、、、抗侵蚀性和生物相容性等方面均有优异的阐发，，
，因而在科学钻研、、、尤其是工程利用中占据着主导职位。。。

SMA重要有两种凸起力学个性：状态影象效应和超弹性。。。如图1所示，，
，SMA存在两种分歧的相和3种分歧的晶体结构，，
，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不变的，，
，奥氏体相在高温下是不变的。。。状态影象效应是指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产生变形，，
，对其加热后SMA转变为奥氏体并解除变形，，
，复原到初始状态。。。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产生变形，，
，卸载后SMA转变为奥氏体并立即回复初始状态[6]。。。此外，，
，SMA还有其他机能，，
，例如相变迟滞个性、、、电阻可变个性、、、大阻尼个性等。。。

SMA利用于航空航天领域拥有诸多优势。。。相比于其他资料，，
，SMA比强度高，，
，耐侵蚀性好。。。利用其状态影象效应时，，
，其拥有高能量密度和高功输出[7-8]，，
，设计的驱动器结构紧凑、、、靠得住性高，，
，可持久反复使用；；利用其超弹性时，，
，其能够产生超大且饱满的应力应变滞回圈，，
，拥有优异的吸能减振和大变形回复机能。。。SMA在航空航天领域的利用已经有五十多年的汗青。。。1969年，，
，状态影象合金管接头成功利用于美国F14战斗机的输油管路[9-10]，，
，之后，，
，选取SMA设计的机构、、、结构逐步利用于航空航天领域的各个方面，，
，例如空间压紧开释机构、、、航空发起机进气道的几何调节、、、机翼偏转和减振器等[11-14]。。。

本文对国内外科研机构发展的关于SMA在航空航天领域的利用钻研进行了总结和综合，，
，重要蕴含4个方面：①资料与工艺；；②本构模型；；③状态影象效应利用；；④超弹性利用。。。最后针对技术发展趋向，，
，对后续钻研和利用趋向进行了瞻望。。。

1、、、资料与工艺

针对NiTi基状态影象合金资料方面的钻研，，
，当前重要有两个方向，，
，一是钻研NiTi二元合金的分歧成分配比，，
，二是在NiTi合金基础上增长其他元素。。。SMA的传统处置工艺通常蕴含热变形、、、冷变形、、、热处置、、、不变动训练等4个方面，，
，通过工艺处置能够扭转SMA资料的宏观结构和微观组织，，
，达到不变定型、、、改善机能的主张。。。最新的制作工艺还蕴含3D打印工艺。。。为了满足航空航天的凹凸温、、、复杂载荷的工作环境要求，，
，本节重点关注的钻研蕴含：通过增长第三元素或热处置工艺从而大大拓宽NiTi基合金相变温度领域，，
，热处置工艺对SMA定型、、、改善机能的作用，，
，以及3D打印SMA拥有的新优势。。。

1.1相变温度的拓宽

凭据成分中Ni、、、Ti的比例分歧，，
，目前常用的NiTi二元合金的奥氏体相变起头温度在?50～95℃领域内变动[15]，，
，根基能够满足通例技术的利用需要。。。但在航空航天部门场景下使用环境温度高于95℃，，
，例如由于太阳辐射作用，，
，航天器理论环境温度超过100℃[16]，，
，SMA利用于航天器舱外时，，
，便需拥有更高的相变温度。。。为了添补NiTi二元合金相变温度领域的不及，，
，常用的步骤有两种：增长第三元素和热处置。。。

在NiTi二元合金的基础上增长第三元素，，
，分为两类：一类是增长Hf和Zr，，
，一类是增长贵金属Au、、、Pd和Pt等。。。Karakoc等[17-18]钻研了Ni50.3Ti29.7Zr20与Ni50.3Ti29.7Hf20高温状态影象合金，，
，了局批注两种高温状态影象合金的相变温度显著高于NiTi二元合金，，
，达150℃。。。Monroe等[19]钻研了Ni29.5Ti50.5Pd30合金，，
，其相变温度可达250℃。。。Casalena等[20]钻研了NiTi-40Au合金，，
，其相变温度可达400℃。。。适当的热处置也能够提高SMA的相变温度。。。

Drexel等[21]对Ni49.2Ti50.8二元合金进行了热处置，，
，了局批注热处置温度在400～550℃领域内，，
，奥氏体相变温度随保温功夫增长而提高，，
，幅度约为50℃。。。Kok等[22]通过尝试也批注耽搁热处置功夫可获得较高的奥氏体相变温度。。。

增长第三元素和热处置均能够使相变温度拓宽，，
，但成效分歧。。。增长第三元素形成的高温状态影象合金相变温度领域更大，，
，在航空航天利用中，，
，相比于增长贵金属Au、、、Pd和Pt的SMA，，
，固然增长Hf或Zr的SMA相变温度提升较小[17-18]，，
，但其价值便宜、、、加工机能优良，，
，相变温度约为100～200℃，，
，已经满足航空航天无数利用场景，，
，例如，，
，Bena-fan等研制了选取NiTiHf资料的旋转驱动器用于展向自适应机翼[23]、、、直线驱动器用于空间探测的岩石劈裂器[24-26]，，
，因而该类高温SMA利用远景较广；；反之，，
，增长贵金属Au、、、Pd和Pt的SMA固然相变温度提高较多，，
，达到400℃以上[19-20]，，
，但由于过于昂贵，，
，难以实现大规模工程化利用。。。通过热处置步骤通常只能使相变温度提升几度到几十度，，
，在实际中，，
，通常先凭据使用温度领域确定SMA资料成分并加工，，
，再通过热处置微调相变温度以满足需要。。。

1.2热处置工艺

SMA在航空航天领域的利用环境复杂，，
，对于选取SMA设计的结构或机构来说，，
，不仅要求相变温度相宜，，
，也要求SMA有相宜的状态和不变的机能。。。SMA通常是通过冷加工获得的，，
，SMA内部存在有残存应力，，
，且组织不均匀，，
，必要通过热处置工艺扭转其机能。。。热处置是指将SMA放在加热炉内加热、、、保温、、、冷却，，
，通过扭转其内部的晶体组织结构、、、来扭转其机能的一种工艺。。。SMA热处置工艺重要有两个作用：一是对SMA定型，，
，以适应分歧利用环境下的状态需要；；二是改善SMA的机能，，
，获得不变的状态影象、、、超弹性等机能。。。

通过热处置工艺能够获得必要的SMA状态。。。北京航空航天大学智能推动尝试室[27]将状态平展的SMA梁置于设计的模具中，，
，而后通过热处置，，
，得到了分歧挠度的SMA梁；；该尝试室[6,28]还利用热处置对SMA丝的初始状态进行了定型设计，，
，如图2所示，，
，通过热处置成功得到了SMA丝绕制成的SMA旋转驱动器，，
，该驱动器能够将SMA直线活动输出转化为旋转活动输出。。。

热处置工艺还能够用于改善SMA机能。。。Liu等[29]在500℃下对SMA丝进行短不断效处置后，，
，其永远变形小于0.05%，，
，在常温下拥有优良的回复能力。。。Mahmud等[30]钻研了退火温度对NiTi合金马氏体不变性的影响，，
，了局批注：在低退火温度下NiTi合金超弹性机能越发不变。。。Ben等[31]对NiTi二元合金进行分歧时效热处置，，
，其钻研了局批注：当热处置温度领域在500～650℃之间，，
，富镍NiTi合金能够获得不变的超弹性机能。。：鳾32]对NiTi合金进行了分歧温度的包套压缩试验，，
，了局批注：在400℃前提时，，
，包套压缩试验有利于晶粒细化，，
，进而改善SMA的状态影象机能和超弹性机能。。。

针对航空航天领域对于资料机能的高要求，，
，以及部门场景对于机构体积的限度，，
，通过热处置工艺能够优化SMA内部组织来改善其机能，，
，并同时达到定型的主张。。。目前的热处置工艺重要阐发为：针对分歧成分、、、分歧结构大局的SMA，，
，优化加热温度和保温功夫，，
，得到必要的状态与机能。。。

1.33D打印工艺

航空航天领域对SMA结构质量、、、靠得住性要求较高，，
，选取3D打印出产的一体化结构能够更好地满足该需要。。。3D打印是一种新型工艺，，
，其以数字模型文件为基础，，
，使用粉末状金属等可粘合伙料，，
，通过逐层打印的方式来制作结构。。。

通过三维结构设计，，
，3D打印能够直接出产出拥有特定职能的结构。。。比利时Dadbakhsh等[33]通过3D打印出产出了致密的NiTi合金，，
，有圆柱体、、、正方体等构型。。。Nematollahi等[34]利用3D打印制备了分歧几何和职能个性的NiTiHf高温状态影象合金。。。中国石油大学Xiong等[35]选取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，，
，而后通过电或加热刺激迅速复原到初始状态；；冷却后，，
，SMA复原到马氏体状态，，
，能够在不更换填充资料的情况下为下一次着陆做好筹备。。。

对于在航空航天领域的利用来说，，
，3D打印工艺的优势在于通过一体化结构设计，，
，削减了非必要的衔接结构，，
，进而减轻了结构质量。。。3D打印也存在一些不及，，
，例如：由于技术成熟度不高，，
，3D打印过程中已凝固部门的SMA与粉体SMA之间由于热物理性质存在差距，，
，导致打印结构的致密度受到限度[36]。。。

2、、、本构模型

SMA本构模型是对SMA在分歧温度和载荷下应力-应变关系的描述，，
，凭据SMA利用场景的分歧，，
，能够分为状态影象效应本构模型和超弹性本构模型。。。

2.1状态影象效应本构模型

状态影象效应本构模型以描述SMA的状态影象个性为主，，
，重要描述SMA在作动过程中的应力应变个性，，
，通常能够分为宏观本构模型、、、细观本构模型以及微观本构模型[6,37]。。。微观本构模型重要描述的是资料的微尺度力学行为，，
，侧重于机理钻研。。。由于在航空航天利用中，，
，SMA驱动器机能预测是设计的关键环节，，
，因而本节重要介绍用于SMA驱动器机能预测的宏观本构模型和细观本构模型。。。

2.1.1宏观本构模型

宏观本构模型基于资料热力学框架，，
，成立了资料自由能的表白式，，
，并推导了SMA相变过程的驱动力，，
，进而获得资料的本构方程[38]。。：旯郾竟鼓Ｐ偷睦媸且肓私仙俚哪诒淞亢妥柿喜问，，
，模型参数易于获取，，
，能够高效仿照SMA的应力-应变变动。。。针对常用的SMA作为驱动器使用的结构大局：丝、、、管、、、弹簧和带，，
，宏观本构模型重要发展了两类本构模型：一维本构模型和三维本构模型。。。

一维本构模型重要描述SMA丝等一维构件在单轴载荷、、、分歧温度下的应力-应变响应。。。

Tanaka等[39]于1986年最早成立SMA宏观本构模型，，
，其提出选取马氏体体积分数作为内变量描述马氏体相变的一维宏观本构模型，，
，并如果马氏体体积分数随温度和应力呈指数变动，，
，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包办指数型硬化函数，，
，由于余弦型硬化函数越发切合试验了局，，
，因而推算了局越发正确。。。但Liang、、、Rogers和Tanaka等的一维本构模型没有思考马氏体重取向和相变过程中资料参数的变动。。。因而，，
，Brinson[41]在Liang-Rogers模型的基础大将马氏体体积分数分为温度诱导和应力诱导两部门，，
，齐全思考了SMA的5个相变过程，，
，推算精度大大提高。。。北京航空航天大学智能推动尝试室[42]于2014年在思考SMA相变诱导塑性的基础上，，
，提出了描述SMA循环衰减的一维本构模型。。。

随着SMA管、、、弹簧、、、带等三维构件更多地用于驱动器，，
，大大推进了三维本构模型的发展。。。三维本构模型重要描述SMA管等三维构件在分歧温度和载荷下的应力应变响应，，
，其接受的可所以单轴或多轴载荷。。。Lagoudas等[43]于1995年提出了基于热力学框架SMA三维本构模型，，
，该模型成立了以马氏体体积分数为内变量的流动法令。。。

之后，，
，Qidwai和Lagoudas[44]于2000年进一步提出了该模型的回退映射数值求解步骤，，
，并编写了可用于有限元分析的资料本构子法式UMATs。。。Hartl等[45]于2009年发展了同时思考相变和屈服耦合的三维本构模型。。。Mirzaeifar等[46]于2013年提出了思考SMA拉压不合称性的三维本构模型，，
，该模型能够对平板的三点弯试验进行预测。。。Xu等[47]于2020年提出了大变形的三维本构模型，，
，该模型引入内应力并将其与马氏体体积分数有关联，，
，思考了SMA的双程影象效应，，
，能够很好地描述SMA在分歧温度下的循环变形。。。SMA一维本构模型引入的参数较少，，
，在对SMA丝驱动器进行设计时能够直接利用并拥有较高的精度。。。SMA三维本构模型引入了更多的资料参数，，
，能够对分歧复杂构型、、、接受多轴载荷下的SMA相变过程中的应力和应变进行预测。。。

在驱动器设计时，，
，将宏观本构模型理论编写为可用于有限元分析的资料本构子法式UMATs，，
，进而能够对分歧结构大局的SMA驱动器进行训练、、、仿照环境的一体化优化设计，，
，从而实现驱动器的高正确度优化设计，，
，仿真误差小于8%，，
，大大降低了试验与功夫成本[27]。。。目前，，
，已有的模型均思考了马氏体相变，，
，还思考了其余部门变形机制，，
，蕴含相变诱导塑性、、、塑性变形、、、双程影象效应和拉压不合称性等[41-42,45-47]，，
，但目前尚未有全面思考前述5种变形机制的宏观本构模型。。。

2.1.2细观本构模型

细观本构模型是基于细观力学理论，，
，在晶粒尺度上描述SMA的力学行为，，
，并能够从物理上诠释SMA的各类变形机制[48]。。。常见的细观本构模型是基于晶体塑性理论的本构模型[48-51]，，
，其通过均匀的步骤将单个晶粒的力学行为扩大到代表性体积元上，，
，能够较好地描述宏观力学行为。。。

基于晶体塑性理论的本构模型能够对SMA多种变形机制进行描述。。。Patoor等[49]最早将晶体塑性理论引入到SMA细观本构模型，，
，该模型将SMA的宏观相变应变率与马氏体变体的相变应变率有关联。。。Thamburaja等[50-51]通过晶体塑性的步骤，，
，探索了晶体织构对拉压不合称性的影响。。。于超[48]思考了相变诱导塑性和残存马氏体等引入的循环衰减，，
，在单晶尺度上成立了热力耦合的循环本构模型，，
，并选取尺度过度准则得到了多晶SMA的循环本构模型。。。

目前，，
，国内外好多学者提出的基于晶体塑性理论的本构模型已经能够用来描述单晶资料的非弹性变形机制，，
，部门模型能够通过尺度过渡步骤来描述多晶资料的变形机制[52-54]。。。由于细观本构模型引入了较多的资料参数，，
，选取的内变量较多，，
，因而多用于资料应力应变温度响应的预测，，
，较罕用于驱动器变形预测，，
，驱动器变形预测目前以宏观本构模型为主。。。

2.2超弹性本构模型

SMA的超弹性个性是一种强的非线性，，
，选用相宜的数学模型来描述SMA构件的迟滞个性，，
，从而正确预测其振动响应，，
，对于SMA减振构件的设计来说是至关重要的。。。

对SMA超弹性描述的经典模型有：Graess-er模型[55]，，
，Bouc-Wen模型[56-57]等。。。北京航空航天大学智能推动尝试室[58]提出单一折线超弹性模型，，
，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]成立了SMA超弹性单自由度系统的振动理论模型，，
，并得到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资料的阶跃Bouc-Wen模型，，
，其可能正确地描述低频加载下SMA的超弹性滞回圈的吸能减振机能。。。

在结构推算当选取什么样的超弹性本构模型，，
，必要凭据系统所受的激励载荷，，
，求解步骤等成分来确定。。。利用数值步骤求解SMA超弹性系统在随机激励下的响应时，，
，可选用在Bouc-Wen模型基础上发展的Graesser模型，，
，弊端是求解功夫长，，
，效能低；；利用等效线性化步骤求解时，，
，Graesser模型由于表述上的原因，，
，不适合选取，，
，利用单一折线超弹性模型[58]，，
，则能够方便、、、高效地得到系统的响应，，
，求解效能高，，
，且精度可能满足工程必要。。。

3、、、状态影象效应利用

状态影象效应是SMA最重要的个性之一，，
，航空航天领域凭据其能够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，，
，因而使得设计的结构越发紧凑，，
，靠得住性更高，，
，满足持久反复使用需要。。。本节重要针对SMA常见的4种驱动器的结构大局进行介绍：SMA丝、、、SMA管、、、SMA弹簧和SMA带。。。

3.1SMA丝

由于SMA丝直径小、、、电阻大，，
，可直接通电节制加热作动，，
，并且输出位移大，，
，能满足分歧规格机构的作动位移要求，，
，尤其是航空航天领域对空间、、、功耗利用率以及自动化节制要求较高，，
，SMA具备上述优势，，
，因而得到了宽泛利用。。：娇蘸教炝煊虺＜腟MA丝驱动的机构目前重要有两类：一类是压紧开释机构，，
，用于实现飞行器中可分离结构与固定结构的衔接与分离；；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压紧开释机构

SMA丝驱动的压紧开释机构重要用于代替传统选取火工品爆炸来驱动的机构，，
，相比于火工品，，
，其拥有无传染、、、低冲击、、、可反复使用等利益，，
，尤其是在精密仪器设备的衔接与分离方面有很大优势，，
，SMA驱动的压紧开释机构重要蕴含两个部门，，
，承载部门和触发驱动部门，，
，两者之间有一个载荷传递的结构。。。凭据机构中载荷传递的级数，，
，能够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单一，，
，其工作道理通常是：SMA丝通电受热后直接驱动有关结构移动，，
，从而解除对承载结构的限位，，
，实现开释职能。。。意大利那不勒斯第二大学Gardi[61]研制了SUN-VR机构，，
，该机构是利用3根SMA驱动的单级钢球机构。。。北京航空航天大学智能推动尝试室研制了SMA-30000分组滚棒开释机构[62]，，
，该机构是利用SMA丝驱动的单级分瓣螺母开释机构（如图4）：机构选取2根SMA冗余设计，，
，提高了机构的靠得住性，，
，同时由于选取了滚棒，，
，减小了箍环活动时的摩擦阻力，，
，可实现最高40kN的开释载荷。。。

多级触发机构相对复杂，，
，SMA通电受热后通过多级结构（如钢球等）传递载荷，，
，进行作动，，
，最终解除对承载结构的限位，，
，实现开释职能。。。相比于单级触发机构，，
，多级触发机构承载能力强，，
，国内外钻研人员对多级触发机构的钻研更多。。。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。。：鶮AIST（KoreaAdvancedInstituteofSci-enceandTechnology）研制了二级分瓣螺母开释机构[64]，，
，该机构复位时必要用专用的工装复位。。。西班牙Vázquez等[65]研制了NEHRA（nonexplosivehold-downreleaseactuator）二级旋转开释机构，，
，该机构复位是将螺旋旋转弹簧预加载到锁紧地位，，
，能够手动执行。。。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开释机构。。。西班牙Col-lado等[67]于2019年研制了第二版REACTV2分瓣螺母压紧开释机构，，
，图5为REACTV2分瓣螺母机构作动示意图，，
，图6为机构实物图。。。该机构通过使用单一的工具将外环返回复位地位，，
，进行复位。。。国内北京航空航天大学智能推动尝试室研制了多款多级触发机构[6,68-70]，，
，别离选取分瓣螺母和多级钢球道理，，
，这些机构可通过在机构内设置偏置弹簧来实现复位职能。。。

SMA丝驱动的压紧开释机构机能如表1所示。。。目前，，
，国内外已经有多型选取SMA丝驱动的压紧开释机构成功实此刻轨利用。。。在众多SMA机构中，，
，已经实现了大承载、、、无传染、、、低冲击、、、可反复使用等职能，，
，SMA丝驱动的压紧开释机构逐步在向轻量化、、、自动化和智能化的趋向发展。。。结构设计趋于紧凑小巧，，
，削减了质量并节俭了装置空间；；装置使用过程越发便捷，，
，出格是复位过程大幅简化；；部门设计规划可能提供自身状态批示信号，，
，便于调节节制。。。

3.1.2自动变形结构

将SMA丝作为自动变形结构的一部门嵌入到蒙皮等结构中，，
，通过环境温度的扭转或通电加热的方式，，
，节制SMA的伸长与缩短，，
，进而扭转结构的状态和角度，，
，实现相应的减阻、、、降噪等职能。。。这一类结构通常为机翼等大型构件，，
，必要较大的驱动力，，
，因而多选取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。。。美国国防高级钻研打算局（DARPA）在1999年提出了智能航空与航海推动系统论证（SAMPSON）打算，，
，蕴含智能机翼、、、叶片等。。。其中一个项目是在F15E战斗机进气道设计当选取SMA代替原有的液压驱动器，，
，驱动整流罩和唇板来实现进气道的变几何调节[71-73]。。。该结构在2000年进入Hampton跨声速风洞进行了试验验证，，
，试验证了然该结构在现实工作环境下的机能：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]钻研了一种基于SMA丝和加强纤维的自适应变形机翼，，
，图7为SMA丝在机构变形中的工作道理。。。试验了局批注：该变形机翼可在电流为1A的前提下，，
，作动60s后达到最大变形2.8mm。。。 SMA丝驱动的自动变形结构通；；嵫∪《嗍鳶MA丝以提高驱动力，，
，此时必要思考驱动的同步性问题。。。此外，，
，由于SMA丝是嵌入到蒙皮等结构中，，
，还必要解决与蒙皮的衔接、、、作动时的相互活动等技术问题。。。

3.2SMA管

SMA管的直径大，，
，相比于SMA丝，，
，其输出载荷更大，，
，并且可输出分歧大局的载荷，，
，如推力、、、扭矩以及径向力等。。。凭据SMA管输出载荷的大局能够设计成分歧用处的驱动器或特定的结构，，
，常见的有直线驱动器、、、旋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，，
，典型的使用步骤是使用前对其施加压缩载荷，，
，使其产生肯定的压缩变形，，
，必要驱动时，，
，对SMA管进行加热，，
，产生回复位移驱动结构活动，，
，从而实现相应职能。。。SMA管直线驱动器能够用于驱动压紧开释机构。。。美国国度航空航天局（NASA）是较早将SMA管利用于航空航天领域的钻研部门，，
，其研制了单级分瓣螺母压紧开释机构[75]，，
，该机构由于选取了限位销限位，，
，靠得住性较高。。。HiShearTechno-logyCorporation（HSTC）公司研制的大载荷分瓣螺母压紧开释机构也是利用SMA管驱动的[76]。。。美国TiNi公司研制的Frangibolt是利用SMA管驱动的压紧开释机构[77-78]，，
，图8为Frangibolt机构示意图，，
，该机构重要由缺口螺栓、、、SMA管、、、加热套组成。。；；棺鞫，，
，对SMA管加热使其伸长，，
，缺口螺栓在SMA管的作用下胀断，，
，实现分离职能。。。

SMA管直线驱动器也能够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），，
，用于在空间环境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经过训练可轴向膨胀。。。图9为SMARS结构示意及工作过程，，
，SMARS蕴含SMA管、、、加热器和端部的钻头，，
，端部的钻头能够凭据工作必要更换，，
，蕴含锥形、、、球形、、、圆柱形和扁平端。。。工作时，，
，先用垂直钻头向下打孔，，
，而后将SMARS置于深孔内，，
，对其通电加热，，
，两端伸长使得岩石破碎及割裂。。。

SMA管用于直线驱动器的优势是其输着力较大。。。在用于压紧开释机构时，，
，相比于选取SMA丝的机构，，
，结构越发单一；；在用于岩石劈裂器时，，
，其拥有体积小、、、质量轻的优势，，
，出格合用于将来航天器和探测器上使用。。。SMA管的重要弊端蕴含输出位移小、、、加热作动功夫长、、、循环使用残存应变堆集显著等，，
，使用时必要有针对性地克服上述不及。。。

3.2.2旋转驱动器

SMA旋转驱动器的特点是其能够用较小的尺寸输出较大的扭矩，，
，在航空航天领域对空间、、、职能性要求高的情况下，，
，SMA旋转驱动器拥有很大的优势。。。

SMA旋转驱动器常见于航空领域，，
，如桨叶、、、叶片以及机翼等的旋转。。。美国水师航空系统司令部（NAVAIR）[71,79]于2008年赞助的可重构转子叶片（reconfigurablerotorblade,RRB）项目中的桨叶也是选取SMA管旋转驱动的，，
，该旋转驱动器能够提供超过6.8N·m的扭矩和3.4J的能量，，
，并能接受动弹的环境，，
，同时该驱动器能够提供250次旋转且没有机能损失和异常情况。。。Herrington等[80]于2015年重新设计了一型SMA旋转驱动器，，
，使跨度为0.914m的机翼实现了10°的旋转。。。

Benafan等[23]在2019年提出了展向自适应机翼（spanwiseadaptivewing,SAW）概念，，
，其使用SMA旋转驱动器衔接外侧机翼部门，，
，其可用于飞行和地面把持。。。在飞行中，，
，驱动部门可能提高横向方向不变性，，
，图10为SAW示意图。。。

SMA旋转驱动器的利益是同时拥有传感与驱动职能。。。将SMA旋转驱动器与被旋转结构衔接后，，
，加热后直接输出扭矩，，
，降低了旋转驱动结构的复杂性。。。

3.2.3径向密封结构

相比于直线与旋转驱动器，，
，SMA管径向密封结构的利用是最早的。。。SMA管径向密封重要利用于管接头，，
，将SMA管先在低温下扩大内径，，
，而后加热收缩实现对管路的密封。。。

管接头工作道理示意如图11所示。。。使用时，，
，先对SMA管进行扩径，，
，而后将被连收受对接并插入SMA管接头内，，
，对SMA管进行加热，，
，SMA管受热收缩并压紧被连收受，，
，实现密封固定。。。

SMA管接头很好地利用了SMA的状态影象个性，，
，其密封机能好，，
，靠得住性高。。。20世纪70年代，，
，美军F14战斗机管接头上第一次实现了SMA的航空工业利用[9-10]。。。尔后，，
，SMA管接头的利用拓展到了石油行业，，
，其资料系统也越发丰硕，，
，蕴含Fe基、、、Cu基影象合金资料等均有宽泛的利用[82]。。。

SMA管接头的靠得住性很高，，
，装置单一，，
，相比于传统焊接步骤，，
，其能够衔接分歧资料的管子，，
，因而使用频率很高，，
，利用较为成熟。。。

3.3SMA弹簧

SMA弹簧的特点是输着力和位移大，，
，其克服了SMA管直线驱动器输出位移小的缺点，，
，并可加工成分歧的直径与高度，，
，以满足分歧驱动器的驱动位移要求。。。作为触发结构，，
，SMA弹簧受热变形后产生回复变形对外输出驱动力，，
，驱动相应结构活动。。。

多个钻研机构发展了针对SMA弹簧驱动的压紧开释机构钻研。。：教齑笱У腡ak等[83]研制了选取SMA弹簧驱动的压紧开释机构。。。美国洛克希德·马丁公司选取SMA弹簧研制了基于钢球解锁道理的LFN（lowforcenut）和基于二级分瓣螺母道理的TSN（two-stagenut）的压紧开释机构[84-85]。。。图12为LFN机构示意图，，
，机构开释时，，
，对SMA驱动弹簧通电，，
，其受热伸长，，
，驱动活塞向下移动，，
，钢球落入凹槽内，，
，驱动弹簧驱动箍环向上移动，，
，解除对分瓣螺母的径向约束，，
，螺栓实现开释。。。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，，
，实现复位。。。

SMA弹簧驱动的压紧开释机构机能参数如表2所示。。。SMA弹簧驱动的压紧开释机构兼具弹簧与SMA状态影象效应的优势，，
，用相对较小的微观应变产生较大的宏观位移。。。但SMA弹簧横截面上的应力散布不是恒定的，，
，因而必要更大的体积来产生一样的力，，
，这对驱动器的效能和带宽有负面影响（即对于一样的输出，，
，必须加热和冷却更大的资料体积）。。。

3.4SMA带

SMA带的平面面积较大，，
，可与其他平面结构贴合，，
，通过电流或温度节制SMA带受热作动，，
，实现弯曲变形职能。。。其特点是驱动力大，，
，输出角度较大。。。相比于常见的电动机驱动的弯崎岖叠机构，，
，SMA带能够直接用于弯曲驱动，，
，结构大幅度简化。。。SMA带的弯曲驱动已经利用到多个场景中。。。

NASA研制了选取SMA带的太阳翼帆板折叠发展铰链[86]，，
，目前已经于2002年在NASA的地球观测1号卫星上实此刻轨测试验证。。。波音公司研制的可变形锯齿结构（variablegeometrychevron,VGC）是选取SMA带驱动的自动降噪驱动器[71,73]，，
，图13为VGC在飞机中的装置地位及结构示意图。。。

2005年，，
，波音公司在ANA（allNipponairway）777-300ER的GE90-115B发起机上进行了测试，，
，对腾飞、、、巡航前提下的VGC机能进行评估，，
，结论是其能够显著地降低腾飞阶段的噪声，，
，有效地降低巡航阶段的冲击室的噪声。。。2011年，，
，Pecora等[87]在CS-25支线飞机上设计并测试了一种选取SMA带驱动的变形后缘结构，，
，实现了后缘部门的陆续变动。。。2018年，，
，Leal等[88]选取集成设计步骤设计了一种SMA驱动器驱动的变形机翼结构。。。

SMA带用作弯曲驱动器，，
，能够凭据温度变动自主调节变形量，，
，大大简化了结构。。。SMA带在利用中也存在不及：由于热滞后的存在，，
，在现实使用中，，
，必要设计复杂的节制规划。。。

4、、、超弹性利用

超弹性是SMA的另一凸起力学个性，，
，随着航空航天对于抗振动冲击、、、抵抗大变形等需要增多，，
，SMA的超弹性个性受到了越来越多的关注。。。SMA相变产生的可回复变形弘远于通常资料的弹性变形，，
，因而可用于必要较高弹性变形的场所。。。凭据SMA超弹性的特点，，
，其常见的利用有两类：一是利用超弹性的吸能减抖擞用设计减振器，，
，二是利用大变形回复机能设计自适应结构。。。

4.1吸能减振

在航空航天领域，，
，结构受到振动冲击是一个常见的景象。。。选取SMA资料设计的减振装置，，
，能够充分利用SMA的超弹性，，
，其在受到冲击时产生的超大滞回圈能够充分地吸收振动冲击的能量，，
，从而达到减振的主张。。。SMA吸能减抖擞用重要用于设计减振装置。。。

韩国航天钻研所研制了一型SMA隔振器[89]，，
，其通过节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整。。。Kwon等[90]研制了SMA金属丝网减振器，，
，其能够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动尝试室研制了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，，
，其选取对称散布的、、、机能齐全一样的两个超弹性SMA丝组成的拟橡胶金属元件作为阻尼元件。。。其最大可复原变形达到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利用了SMA资料的超弹性，，
，在受到外界振动冲击时，，
，能够很好地吸收能量并拥有优异的减振成效。。。目前的SMA减振器、、、阻尼器耗能效能较低、、、结构较复杂，，
，将来应结合正确、、、单一高效的SMA超弹性本构模型，，
，设计越发单一、、、效能高的装置[60]。。。

4.2大变形回复

SMA超弹性还能够用于弹性变形要求较高的场景。。。SMA在加载过程中会产生相变，，
，产生较大的变形，，
，在卸载后依然能齐全回复，，
，这一特点齐全分歧于常见的弹性资料。。。因而，，
，利用SMA超弹职能够产生大变形并齐全回复的特点，，
，可用于必要产生大变形并齐全回复的自适应结构中。。。

利用SMA超弹性设计的自适应结构在多个领域均有利用。。。杜彦良等[91]提出利用SMA的超弹性设计SMA螺栓，，
，能够实现多个螺栓衔接统一系统时载荷的自适应分配。。。NASA针对火星探测工作中由于不平坦路面导致火星车探测器轮胎出现永远变形的问题，，
，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，，
，该轮胎选取数百条相互缠绕的超弹性SMA丝编织而成，，
，代替已经使用的弹簧轮胎。。。SMA能够接受的弹性变形约为钢材的30倍，，
，因而能够克服弹簧轮胎导致的塑性变形问题。。。

设计的自适应结构能够很好地适应环境的变动。。。但在利用中还必要思考SMA的委顿及其他机能的衰减。。。

5、、、将来趋向

随着资料、、、工艺、、、节制、、、信息技术的发展，，
，SMA在航空航天领域的利用将更宽泛；；在钻研方面，，
，体现出更强的多学科交叉和融合特点。。。重要有以下4个方面：

1）资料与工艺。。。随着SMA在分歧温度环境中利用，，
，将来的SMA资料系统应该越发丰硕，，
，以满足分歧使用环境温度下的要求。。。

目前，，
，SMA资料在环境温度低于75℃时的钻研与利用已经较为美满，，
，SMA在高温环境下的钻研与利用还较少。。。针对航空航天的高温需要，，
，增长Hf和Zr的三元NiTi高温SMA已经展示出较大的利用价值。。。此外，，
，通过传统工艺如热处置、、、热机械训练或新型工艺如电流脉冲处置等伎俩有利于SMA获得不变的状态影象、、、超弹性等机能。。。在3D打印方面，，
，原料粉末的质量和设备的温度节制等技术必要更

深刻的钻研。。。

2）本构模型。。。随着SMA在航空航天以及凹凸温、、、复杂载荷环境下的利用越来越多，，
，将来的本构模型还需思考委顿、、、高温、、、侵蚀等多种成分。。。

针对SMA常见的5种变形机制，，
，蕴含马氏体相变、、、相变诱导塑性、、、塑性变形、、、双程影象效应和拉压不合称性，，
，必要发展能够正确描述以上变形机制的统一的宏观本构模型，，
，进行SMA驱动器的一体化优化设计。。。针对多晶SMA利用的增长，，
，必要发展针对多晶SMA变形机制进行直接描述的细观本构模型。。。

3）状态影象效应利用。。。选取分歧结构大局的SMA，，
，能够设计结构紧凑、、、靠得住性高的驱动器，，
，当前的驱动器普遍存在的问题重要是机构的自动化、、、智能化水平不高。。。

将来的重点钻研方向蕴含①设计新鲜的自复位急剧衔接机构，，
，实现压紧开释机构的急剧开释与复位，，
，提高SMA利用的智能化水平；；②设计新型自适应结构，，
，发展针对分歧温度、、、分歧载荷环境下的利用钻研，，
，增长机构健康状态检测模块。。。

4）超弹性利用。。。SMA超弹性的利用，，
，一方面是从资料角度提升基础机能，，
，另一方面重要是通过结构大局的多样化，，
，更好地阐扬超弹性的利用价值。。。将来必要结合航空航天领域的利用特点，，
，重点发展两方面的钻研：一是设计越发新鲜的结构大局；；二是发展超弹性SMA循环不变性和长命命利用钻研。。。

6、、、结论

本文介绍了状态影象合金在航空航天领域的利用钻研进展，，
，得到如下结论：①随着三元NiTi合金资料的钻研发展，，
，NiTiHf、、、NiTiHZr的相变温度达到150℃，，
，满足了诸如航天器舱外环境等高温前提下的使用需要，，
，拓宽了SMA的利用领域；；热处置工艺的发展使得SMA力学机能得到提升，，
，满足了航空航天对职能部件轻量化和小型化的需要；；3D打印工艺的发展实现了利用SMA制作复杂职能结构的指标，，
，在着陆缓冲等领域展示了较强的利用潜力。。。②本构模型的发展使得对SMA相变行为的数学描述越发正确，，
，驱动器设计分析

的正确度得到有效提升。。。③利用状态影象效应可制作多种结构大局的驱动器，，
，其通常拥有结构紧凑、、、节制轻便、、、低功耗高输出的特点，，
，使得其在对空间、、、功耗利用率以及自动化节制要求较高的航空航天领域得到宽泛利用，，
，SMA驱动器出现出轻量化、、、自动化和智能化的发展趋向，，
，将来其机能优势将进一步提升。。。④利用超弹性可制作成特定大局的职能结构，，
，在吸能减振和大变形回复场所得到利用，，
，这类职能结构出现出构型多样化的发展趋向。。。总体来看，，
，SMA在航空航天领域的利用钻研将向着更宽的工作温度领域、、、更正确全面的本构模型、、、更多样的结构大局、、、更智能的作动机构方向发展。。。

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