形状记忆合金（SMA）属于形状记忆材料中金属类，它具有在特定的外界激励条件下如热或磁激励的情况下记忆或者保留原来形状的能力。形状记忆合金执行器（SMAA）与传统基于电磁、气动和液压原理的执行器相比，结构简单、功重比大、无噪声（电磁噪声），同时具有自感知功能、低压驱动、轻量化、小型化、结构多样化等特点。经过学界和工业界多年的探索和应用，目前在某些特殊领域已经得到应用，形状记忆合金执行器不仅能够在功能上替代和性能上超越传统执行器，而且可以有效降低执行器的制造和使用成本，尤其是在高功重比、轻量小型化执行器的应用领域。

形状记忆合金在航空航天中用于实现飞行器轻量化、高效率和高精度的设计需求，形状记忆合金执行器作为实现飞行器较高设计需求的先进手段，主要作为驱动特定结构运动从而改变结构特性或触发预设动作，分为直接构件式智能结构、机翼调节结构、发动机进排气调节结构和航天压紧释放结构。

形状记忆合金执行器航空航天应用如图1所示。形状记忆合金执行器直接构件式智能结构如图1a～图1c所示，图1a为阿波罗11号登月舱的智能天线，也是最早形状记忆合金应用之一，通过在地面将天线设计好后，折叠放入登月舱内，有效降低了天线所占的空间，登月舱到达后，可通过加热方式将其恢复原来形状。

图1b为Aerofit开发的形状记忆合金管接头，已经被大量应用于军用飞机，大大降低了飞机管线漏液情况的发生。图1c为星球车上采用形状记忆合金作为太阳能翻板展开时的驱动器和传感器位置操作的应用，在功能上完全替代电机执行方式外，减小了体积和质量以及对驱动电路传感器的需求。

图1 a-b

图1 c-d

形状记忆合金执行器机翼调节结构用于改变机翼形状和状态，使飞行器在不同环境和执行不同任务的过程中始终保持气动性能最优，同时提高安全性、可靠性和降低噪声。图1d和图1e所示为1995～2001年NGC公司与DARPA/AFRL/NASA合作开展的Smart Wing项目，主要采用对抗式和扭管式驱动器对机翼形状和扭转角度进行调节，在风洞的各项测试中，均达到了较优的效果，证明了形状记忆合金在机翼调节应用中的可行性和优越性。

图1 e-f

形状记忆合金执行器发动机进排气调节结构用于改变飞行器进排气通道的结构，改善发动机的气动性能和优化飞行噪声。图1f所示为波音公司为了降低飞机发动机外涵喷口喷射噪声设计变几何结构，采用形状记忆合金薄板与发动机外涵喷口V型锯齿结构复合，形成了可变结构的V型锯齿，有效降低了噪声。

图1g所示为SAMPSON公司利用形状记忆合金束驱动器与蒙皮复合的结构，对F◆15战斗机进气整流罩、导向前缘的俯仰调节及流道内壁形状调节，提升了进气道的气动性能。

图1 g-h

形状记忆合金执行器航天压紧释放结构主要利用形状记忆合金触发特殊设计的机构，实现航天器结构之间的压紧和释放功能。传统载人航天任务中连接分离装置主要采用火工装置，冲击载荷较大，可靠性、安全性较差，不能重复使用，容易产生太空垃圾。

因此，美国于1999年利用形状记忆合金驱动的形状记忆合金释放装置在Mightysat I卫星上进行了实验，如图1h、图1i所示为压紧释放装置的整体和内部结构，压紧释放装置主要通过电脉冲来实现释放功能，脉冲一般只需持续20～40ms的28V电压5A电流，不仅具备高安全性、高可靠性、低冲击载荷和重复使用的能力，而且只需简单的驱动电路和较少的驱动能量。

图1 i-j

目前，欧美国家已经将其成功应用于几十个型号的卫星上，完成了5000多次的在轨释放任务。图1j所示为Arquimea公司生产的拔销器，目前也已成功应用于航天设备中。

本文编自2022年第20期《电工技术学报》，论文标题为“形状记忆合金执行器研究综述”。本课题得到黑龙江省自然科学基金资助项目的支持。