多功能磁性软体驱动器在航空航天领域的应用：仿生结构与变形机制研究

本文综述了磁性软体驱动器（MSAs）在航空航天领域的创新应用，通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）与钕铁硼（NdFeB）颗粒复合，结合天然（亚麻）和合成（E-玻璃）纤维增强，实现了高达8 mm的位移和34倍的机械强度提升。研究揭示了交替磁场驱动下的仿生扑翼运动（>1 mm振幅），为无人机（UAVs）和自适应结构提供了无机械传动系统的轻量化解决方案。

　　

1. 飞机变形技术

航空器变形概念最早可追溯至莱特兄弟的翼尖弯曲控制系统，但现代航空仍沿用传统铰链副翼设计。磁性软体驱动器（MSAs）通过改变翼型弯度或厚度，可优化起飞、巡航和着陆等多工况性能，尤其适用于需要快速调整升力的小型扑翼无人机（UAVs）。

2. 磁性软体驱动器的位移与力学测试

采用PDMS与NdFeB颗粒（10-50 wt.%）复合，垂直磁场固化后形成各向异性材料。MATLAB视频分析显示，30 wt.% NdFeB样品在160 mT磁场下实现8.63 mm线性位移，滞后效应仅1.36 mT。拉伸测试表明，10 wt.%样品抗拉强度提升10%，但50 wt.%样品因颗粒聚集导致强度下降至0.29 MPa。

3. 增强型磁性软体驱动器

添加单层亚麻或E-玻璃纤维（7 wt.%）后，复合材料抗拉强度提升34倍（达9.52 MPa），但应变能力受限至25%。交替磁场（50 Hz）驱动1 mm薄片样品时，需额外5秒垂直磁化预处理以诱导剩磁，最终实现1 mm振幅振动，适用于燃料喷射器等高频作动场景。

4. 材料表征

傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示，NdFeB颗粒使PDMS的Si-O-Si伸缩振动峰（1008 cm^?1）展宽。热重分析（TGA）证实，40 wt.%样品在400°C时失重减少40%，表明颗粒可延缓PDMS热分解。

5. 结论与展望

该研究首次将纤维增强与交替磁场驱动结合，为航空航天变形结构提供轻量化解决方案。未来需优化几何/材料尺度效应，进一步提高扑翼运动的生物拟真度。所有实验数据均通过葡萄牙科学技术基金会（FCT）资助的机械与航空航天科学技术中心（C-MAST）完成。