本公開(kāi)總體上涉及振動(dòng)(vibration)的領(lǐng)域，并且更具體地，涉及處理(address，從事于)機(jī)械振動(dòng)的系統(tǒng)。更具體地，本公開(kāi)涉及使用這樣的材料的方法、裝置和系統(tǒng)，即，所述材料能基于振動(dòng)環(huán)境改變材料的剛度以避免臨界振動(dòng)頻率。又更具體地，本公開(kāi)涉及將一結(jié)構(gòu)調(diào)整為多個(gè)期望剛度模式以避免臨界頻率。

背景技術(shù)：

諸如車輛的多種結(jié)構(gòu)在工作期間振動(dòng)。此外，每個(gè)結(jié)構(gòu)均根據(jù)其形狀或構(gòu)造而具有固有頻率或共振頻率。不同類型的結(jié)構(gòu)經(jīng)常被設(shè)計(jì)成使得工作振動(dòng)不匹配結(jié)構(gòu)的固有頻率，以便避免固有頻率或共振頻率。這樣做是為了防止對(duì)結(jié)構(gòu)的損壞，因?yàn)楣舱耦l率可將機(jī)械能聚集到結(jié)構(gòu)的特定位置或部分中，并且超過(guò)結(jié)構(gòu)的在該位置處的材料強(qiáng)度，從而可能導(dǎo)致?lián)p壞或故障。被用來(lái)制造部件的示例性的材料包括但不限于被用來(lái)制造天線桿、變速器支架、著陸裝置等的材料。

振動(dòng)力可由引擎、電動(dòng)馬達(dá)等的運(yùn)動(dòng)、以及甚至聲波引起。雖然振動(dòng)偶爾可具有期望的結(jié)果，但是在大多數(shù)情況下，期望抵抗或基本上消除大部分的振動(dòng)力，或者以其它方式將材料載荷路徑進(jìn)行重定向，以保持材料和/或結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)整體性。

受此問(wèn)題影響的一種類型的交通工具(vehicle)是飛行器(航空器，aircraft)，諸如旋翼飛行器(例如，諸如直升機(jī)等的旋翼飛機(jī))。旋翼飛機(jī) 經(jīng)常經(jīng)受劇烈振動(dòng)環(huán)境。振動(dòng)級(jí)基于諸如轉(zhuǎn)子速度、環(huán)境因素和有效載荷的因素而變化。在旋翼飛機(jī)的領(lǐng)域，附加的振動(dòng)力可經(jīng)由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)操作而被引導(dǎo)到旋翼飛機(jī)。若置之不理，旋翼飛機(jī)、或其它大的運(yùn)動(dòng)的或固定的結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)可在包括飛行器的部件和材料中加速結(jié)構(gòu)性疲勞。例如，旋翼飛機(jī)機(jī)身的固有頻率可由飛行周期期間出現(xiàn)的不同因素激發(fā)，所述飛行周期包括但不限于：著陸、起飛、顛簸、轉(zhuǎn)子的移動(dòng)重心(shifting center of gravity)等。如果機(jī)身材料的固有頻率接近于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，則振動(dòng)可被放大，并且振動(dòng)增加到超過(guò)被用來(lái)制造部件的材料的強(qiáng)度的水平，所述部件包括但不限于天線桿、變速器支架、著陸裝置等。

進(jìn)而，振動(dòng)級(jí)經(jīng)常確定或限制給定旋翼飛行器的尺寸和重量，或限制在工作期間的轉(zhuǎn)子速度。為了處理這些問(wèn)題，現(xiàn)有的旋翼飛機(jī)機(jī)身經(jīng)常通過(guò)向結(jié)構(gòu)增加質(zhì)量而被加強(qiáng)，以避免不期望的振動(dòng)頻率(例如共振)。在旋翼飛機(jī)的情況下，增加的質(zhì)量可以很大(例如達(dá)到或超過(guò)數(shù)百鎊)。改進(jìn)的載荷支承材料可有助于解決此問(wèn)題，但是通常憑借它們自身不能允許振動(dòng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的減少。此外，添加寄生重量(parasitic weight，補(bǔ)充重量)可限制飛行器的速度和有效載荷能力，因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)為更期望的是具有更輕質(zhì)量的飛行器，以允許更大的有效載荷和/或?qū)崿F(xiàn)更高的燃料效率。

除了增加重量的選擇之外，用于避免固有頻率或共振頻率的另一方法是僅在特定工作范圍內(nèi)操作交通工具，從而使得僅特定的振動(dòng)頻率是可能的。但是，該方法限制了交通工具的效用。

本申請(qǐng)涉及上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)。用于避免旋翼飛機(jī)上的結(jié)構(gòu)臨界頻率的裝置、系統(tǒng)和方法將是有利的，所述裝置、系統(tǒng)和方法沒(méi)有明顯增加旋翼飛機(jī)的超重，或者所述裝置、系統(tǒng)和方法將允許與振動(dòng)力的預(yù)期無(wú)關(guān)地進(jìn)行旋翼飛機(jī)的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及一種用于改變結(jié)構(gòu)的剛度的方法，該方法包括激活結(jié)構(gòu)中的多層系統(tǒng)的步驟。多層系統(tǒng)至少包括：1)第一層，包括嵌入有納米顆粒的粘合劑，粘合劑具有第一模量值，并且納米顆粒在第一定向上定向；2)第二層，鄰近于第一層，第二層包括光激活系統(tǒng)；以及3)能量輸入部，與能量源連通，并且能量輸入部還與第一粘合劑層連通。光激活系統(tǒng)在第二層中被激活以在第二層中產(chǎn)生光。將由第二層產(chǎn)生的光引導(dǎo)到第一層。將粘合劑的第一模量值改變成第二模量值。經(jīng)由能量輸入部將能量從能量源傳遞到第一層，并且將第一層中的納米顆粒的定向可預(yù)見(jiàn)地改變成在第二定向上定向。在進(jìn)一步的方面中，響應(yīng)于振動(dòng)力執(zhí)行該方法。

在進(jìn)一步的方面中，將多層系統(tǒng)設(shè)置成與結(jié)構(gòu)接觸。

在另一方面中，粘合劑包括超分子粘合劑化合物。

在另一方面中，粘合劑包括金屬超分子(metallosupramolecular)粘合劑化合物。

在又一方面中，超分子粘合劑化合物包括端尾部具有2,6雙(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配體的遠(yuǎn)鰲聚(乙烯-共-丁烯)。

在再一方面中，納米顆粒包括含金屬的納米顆粒、含金屬氧化物的納米顆粒、碳納米管(CNTs)、氮化硼納米管(BNNTs)、以及其組合。

在又一方面中，能量源是電能量源。

在進(jìn)一步的方面中，能量源是磁能量源和/或電-磁能量源。

在更進(jìn)一步的方面中，第二層包括纖維光學(xué)成分。

在另一方面中，纖維光學(xué)成分被交織到基質(zhì)中。

在又一方面中，基質(zhì)包括碳纖維、玻璃纖維、以及其組合。

在更進(jìn)一步的方面中，第二層包括LED陣列。

在另一方面中，能量輸入部控制提供至第一層的能量的量。

在進(jìn)一步的方面中，基于通過(guò)能量輸入部提供至第一層的能量的量而使納米顆粒在預(yù)定定向上重新定向。在進(jìn)一步的方面中，納米顆粒被理解為被重新定向至第二定向。

在另一方面中，提供至第一層的能量改變定向，或按需求使納米顆粒的至少一部分重新定向。

在進(jìn)一步的方面中，優(yōu)選地在激活第二層以產(chǎn)生光的步驟之前，通過(guò)經(jīng)由振動(dòng)傳感器感測(cè)結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)而在結(jié)構(gòu)中監(jiān)測(cè)振動(dòng)，傳感器與所述結(jié)構(gòu)連通，并且傳感器能產(chǎn)生信號(hào)。將來(lái)自于傳感器的信號(hào)發(fā)送到檢測(cè)器，檢測(cè)器與傳感器連通，并且由檢測(cè)器接收由傳感器發(fā)送的信號(hào)，其中檢測(cè)器與第二層連通。

在進(jìn)一步的方面中，所述結(jié)構(gòu)是固定結(jié)構(gòu)。

在另一方面中，所述結(jié)構(gòu)是交通工具。

在又一方面中，所述交通工具從包括以下項(xiàng)目的組中選擇：有人駕駛飛行器、有人駕駛飛船、有人駕駛旋翼飛機(jī)、無(wú)人駕駛飛行器、無(wú)人駕駛飛船、無(wú)人駕駛旋翼飛機(jī)、有人駕駛陸地交通工具、無(wú)人駕駛陸地交通工具、有人駕駛表面和/或次表面水上交通工具、無(wú)人駕駛表面和/或次表面水上交通工具、以及其組合。

在進(jìn)一步的方面中，第一層包括多個(gè)區(qū)域，并且在第一層的至少第一區(qū)域中選擇性地改變納米顆粒的定向。在進(jìn)一步的方面中，響應(yīng)于由傳感器感測(cè)到的信號(hào)而選擇性地改變納米顆粒的定向。

在又一方面中，本公開(kāi)涉及一種多層結(jié)構(gòu)，其包括：第一層，包括嵌入有納米顆粒的粘合劑，粘合劑具有第一模量值，并且納米顆粒處于第一定向；第二層，鄰近于第一層，第二層包括光激活系統(tǒng)；能量輸入部，與能量源連通，能量源與第一層連通。在進(jìn)一步的方面中，第一模量值按需求而改變。

在進(jìn)一步的方面中，粘合劑包括超分子粘合劑。

在另一方面中，粘合劑包括金屬超分子粘合劑化合物。

在另一方面中，超分子粘合劑包括包含端尾部具有2,6雙(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配體的遠(yuǎn)鰲聚(乙烯-共-丁烯)的化合物。

在再一方面中，納米顆粒包括含金屬的納米顆粒、含金屬氧化物的納米顆粒、碳納米管(CNTs)、氮化硼納米管(BNNTs)、以及其組合。

在進(jìn)一步的方面中，能量源從包括以下項(xiàng)目的組中選擇：電能量源、磁能量源、電-磁能量源、以及其組合。

在更進(jìn)一步的方面中，第二層包括纖維光學(xué)成分。

在進(jìn)一步的方面中，纖維光學(xué)成分交織到基質(zhì)中。

在又一方面中，基質(zhì)包括碳纖維、玻璃纖維、以及其組合。

在又一方面中，能量輸入部控制提供至第一粘合劑層的能量的量。

在另一方面中，提供至第一層的能量的量能預(yù)見(jiàn)地使第一層中的納米顆粒重新定向。

在另一方面中，提供至第一粘合劑層的能量按需求改變納米顆粒的定向。

在進(jìn)一步的方面中，多層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括用于感測(cè)結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)的傳感器，傳感器與結(jié)構(gòu)連通，并且傳感器能產(chǎn)生信號(hào)。處理器與傳感器連通。根據(jù)另一方面，多層結(jié)構(gòu)包括檢測(cè)器，檢測(cè)器能從傳感器接收信號(hào)，檢測(cè)器與傳感器和處理器連通。

在進(jìn)一步的方面中，多層結(jié)構(gòu)結(jié)合到固定結(jié)構(gòu)中。

在進(jìn)一步的方面中，多層結(jié)構(gòu)結(jié)合到交通工具中。

在另一方面中，所述交通工具從包括以下項(xiàng)目的組中選擇：有人駕駛飛行器、有人駕駛飛船、有人駕駛旋翼飛機(jī)、無(wú)人駕駛飛行器、無(wú)人駕駛飛船、無(wú)人駕駛旋翼飛機(jī)、有人駕駛陸地交通工具、無(wú)人駕駛陸地交通工具、有人駕駛表面和/或次表面水上交通工具、無(wú)人駕駛表面和/或次表面水上交通工具、以及其組合。

在進(jìn)一步的方面中，第一層包括多個(gè)區(qū)域，并且在第一層的至少第一區(qū)域中選擇性地改變納米顆粒的定向。在進(jìn)一步的方面中，納米顆粒的定向響應(yīng)于由傳感器感測(cè)到的信號(hào)而選擇性地改變。

本公開(kāi)的一些方面進(jìn)一步涉及一種用于改變結(jié)構(gòu)的剛度以避免結(jié)構(gòu)中的臨界頻率的多層系統(tǒng)，該多層結(jié)構(gòu)包括：第一層，包括嵌入有納米顆粒的粘合劑，粘合劑具有第一模量值，并且納米顆粒在第一定向上定向；第二層，鄰近于第一層，第二層包括光激活系統(tǒng)；以及能量輸入部，與能量源連通，能量輸入部與第一層連通。

在進(jìn)一步的方面中，多層系統(tǒng)設(shè)置成與結(jié)構(gòu)接觸。

在另一方面中，粘合劑包括超分子粘合劑化合物。

在另一方面中，粘合劑包括金屬超分子粘合劑化合物。

在另一方面中，粘合劑包括包含端尾部具有2,6雙(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配體的遠(yuǎn)鰲聚(乙烯-共-丁烯)的超分子粘合劑化合物。

在又一方面中，納米顆粒包括含金屬納米顆粒、含金屬氧化物的納米顆粒、碳納米管(CNTs)、氮化硼納米管(BNNTs)、以及其組合。

在又一方面中，能量源是電能量源。

在進(jìn)一步的方面中，能量源是磁能量源和/或電-磁能量源。

在更進(jìn)一步的方面中，第二層包括纖維光學(xué)成分。

在另一方面中，纖維光學(xué)成分交織到基質(zhì)中。

在又一方面中，基質(zhì)包括碳纖維、玻璃纖維、以及其組合。

在更進(jìn)一步的方面中，第二層包括LED陣列。

在另一方面中，能量輸入部控制提供至第一層的能量的量。

在進(jìn)一步的方面中，提供至第一層的能量的量能預(yù)見(jiàn)地使第一層中的納米顆粒重新定向。在進(jìn)一步的方面中，提供至第一層提供的能量的量能預(yù)見(jiàn)地使第一層中的納米顆粒重新定向成預(yù)定的第二定向。

在另一方面中，納米顆粒的定向按需求而改變。

在進(jìn)一步的方面中，系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)傳感器，傳感器用于監(jiān)測(cè)結(jié)合有該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)。傳感器經(jīng)由傳感器感測(cè)結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)，傳感器與結(jié)構(gòu)連通，并且傳感器能產(chǎn)生信號(hào)，來(lái)自于傳感器的信號(hào)被發(fā)送到處理器，處理器與傳感器連通，并且處理器與第二層連通。

在進(jìn)一步的方面中，系統(tǒng)結(jié)合到固定結(jié)構(gòu)中。

在另一方面中，系統(tǒng)結(jié)合到交通工具中。

在另一方面中，所述交通工具從包括以下項(xiàng)目的組中選擇：有人駕駛飛行器、有人駕駛飛船、有人駕駛旋翼飛機(jī)、無(wú)人駕駛飛行器、無(wú)人駕駛飛船、無(wú)人駕駛旋翼飛機(jī)、有人駕駛陸地交通工具、無(wú)人駕駛陸地交通工具、有人駕駛表面和/或次表面水上交通工具、無(wú)人駕駛表面和/或次表面水上交通工具、以及其組合。

在進(jìn)一步的方面中，系統(tǒng)的第一層包括多個(gè)區(qū)域，在第一層的至少第一區(qū)域中響應(yīng)于由傳感器感測(cè)到的信號(hào)而選擇性地改變納米顆粒的定向。

在另一方面中，本公開(kāi)涉及一種包括多層系統(tǒng)的裝置，所述多層系統(tǒng)包括：第一層，包括嵌入有納米顆粒的粘合劑，粘合劑具有第一模量值，并且納米顆粒在第一定向上定向；以及第二層，鄰近于第一層，第二層包括光激活系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

因此，在已經(jīng)概括地描述了本公開(kāi)的變型的情況下，現(xiàn)在將參考附圖，附圖不必按比例繪制，并且其中：

圖1A是本公開(kāi)的一個(gè)方面的分解視圖，示出了多層系統(tǒng)；

圖1B是圖1A的粘合劑層的放大圖，示出了嵌入的納米顆粒；

圖1C是圖1A的層的放大圖，示出了光激活(light activation，光激活，光活化)系統(tǒng)；

圖2是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的粘附于一結(jié)構(gòu)層的多層系統(tǒng)的側(cè)視圖；

圖3是圖2的系統(tǒng)的側(cè)視圖，示出了在第二層中被激活的光源，其中光被引導(dǎo)到粘合劑層；

圖4是圖3的系統(tǒng)的側(cè)視圖，示出了改變其模量(modulus)的粘合劑層；

圖5是圖4的系統(tǒng)的側(cè)視圖，示出了施加于粘合劑層的電場(chǎng)；

圖6是圖5的系統(tǒng)的側(cè)視圖，示出了粘合劑層中的納米顆粒將定向改變成重新排列的位置；

圖7是圖6的系統(tǒng)的側(cè)視圖，示出了停用的(deactivated，去激活的)光源；

圖8和9是根據(jù)本公開(kāi)的一些方面的方法的流程圖；

圖10是包括本公開(kāi)的一些方面的飛行器的圖；以及

圖11是示出飛行器的一部分的展示視圖。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)涉及這種方法、系統(tǒng)和裝置，即，所述方法、系統(tǒng)和裝置通過(guò)將結(jié)構(gòu)按需求改變或“調(diào)節(jié)”成多種預(yù)定的和期望的剛度模式而按需求可預(yù)見(jiàn)地改變結(jié)構(gòu)的剛度。術(shù)語(yǔ)“按需求(on-demand)”是指可預(yù)見(jiàn)地改變結(jié)構(gòu)的剛度所要求的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，結(jié)構(gòu)的剛度可響 應(yīng)于對(duì)振動(dòng)出現(xiàn)的檢測(cè)而基本上同時(shí)地改變。根據(jù)另一方面，結(jié)構(gòu)的剛度或結(jié)構(gòu)的區(qū)域可在任何振動(dòng)出現(xiàn)之前基本上同時(shí)地改變。在一個(gè)方面中，所公開(kāi)的多層增強(qiáng)系統(tǒng)被定位成接近于、或粘附于、或耦接于一結(jié)構(gòu)。多層系統(tǒng)在第一層中包括可逆的(reversible)粘合劑，諸如，例如包括嵌入的納米顆粒的超分子粘合劑。嵌入的納米顆粒具有第一預(yù)選的或預(yù)定的定向，或者在粘合劑內(nèi)具有隨機(jī)的定向。根據(jù)一個(gè)方面，第二層被定位成接近于、或粘附于粘合劑層。第二層包括光激活系統(tǒng)。在一個(gè)方面中，第二層中的光激活系統(tǒng)包括位于基質(zhì)中的光學(xué)纖維和纖維成分(諸如碳纖維基質(zhì)成分)。

剛度應(yīng)被理解為物體(諸如例如結(jié)構(gòu))的剛性。因此，術(shù)語(yǔ)“剛度”是指物體響應(yīng)于施加的力(諸如，例如振動(dòng)力、或“振動(dòng)”)而抵抗變形的程度。

在一個(gè)方面中，粘合劑是超分子粘合劑，該超分子粘合劑通過(guò)其對(duì)光的反應(yīng)性而具有“可逆的”或“可變換的”的粘性性能并且可“軟化”，或可按需求保持對(duì)模量的可預(yù)見(jiàn)的和可定制的改變。這種超分子粘合劑已知的是包括超分子交聯(lián)組分(cross-linking components)。交聯(lián)組分使得相對(duì)較短的聚合物鏈(polymer chains)能夠彼此結(jié)合，以形成長(zhǎng)的聚合物鏈。但是，這些聚合物鏈的結(jié)合是可逆的。這種粘合劑已由Adolphe Merkle Institute(Fribourg,Switzerland)(阿道夫默克研究所(瑞士弗里堡))的Heizmann等人描述。參見(jiàn)ACS Appl.Mater.Interfaces 2014，6，4713-4719。根據(jù)本公開(kāi)的一些方面，感興趣的超分子粘合劑允許當(dāng)暴露于適當(dāng)?shù)拇碳r(shí)(諸如，例如，暴露于可見(jiàn)光能量刺激(stimulus)、IR能量源刺激或UV能量刺激等)，聚合物的臨時(shí)分解。

根據(jù)本公開(kāi)的一些方面，超分子粘合劑粘度和模量的改變將期望地小于顯著地影響到粘合劑與結(jié)構(gòu)的粘附的改變，但是將提供粘合劑的模量和/或粘度的預(yù)定改變，以便允許：當(dāng)足夠電能、磁能、和/或電-磁能被提供到粘合劑層中的粘合劑時(shí)，嵌入的納米顆粒將它們自身重新定向，并且可 預(yù)見(jiàn)地重新排列。術(shù)語(yǔ)“可預(yù)見(jiàn)地重新排列(predictably realign)”是指獲得期望的和預(yù)定的定向。這種重新排列預(yù)期使嵌入的納米顆粒從第一排列改變到期望的和預(yù)定的第二排列。

如同上由Heinzmann等人所描述的，合適的超分子粘合劑包括例如在端尾部(termini)處用結(jié)合脲基嘧啶酮(ureidopyrimidinone)(UPy)基的氫功能化(functionalized)的遠(yuǎn)鰲聚(poly)(乙烯-共-丁烯)，其中熱作為刺激而施加。本公開(kāi)的一些方面預(yù)期使用包含金屬超分子化合物的超分子粘合劑，其中化合物的聚合物結(jié)構(gòu)中的缺陷(defect)可通過(guò)使粘合劑暴露于光(諸如，例如紫外(UV)光等)而接合。如由Heinzmann等人所公開(kāi)的，這種粘合劑也可基于遠(yuǎn)鰲聚(乙烯-共-丁烯)，但是端尾部具有2,6雙(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶(2,6-bis(1’-methylbenzimidazoyl)-pyridine)配體(ligands)。用于此聚合物的構(gòu)建塊(building blocks)被公開(kāi)為與大約化學(xué)計(jì)量數(shù)量的Zn²⁺和La³⁺鹽一起被組合成聚合物結(jié)構(gòu)。金屬-配體模體(motifs，基序)吸收入射的UV光、并將其轉(zhuǎn)換成熱，從而導(dǎo)致金屬-配體模體的臨時(shí)分解、并且將該材料轉(zhuǎn)化成低粘性液體。當(dāng)光能停止時(shí)，金屬聚合物重新組合，并且恢復(fù)它們的初始粘性和其它特性。

根據(jù)本公開(kāi)的一些方面，超分子粘合劑(不局限于由Heinzmann等人公開(kāi)的那些超分子粘合劑)被預(yù)期為用作用于可調(diào)節(jié)的、粘性的層的介質(zhì)，以便在振動(dòng)力存在之前或者響應(yīng)于振動(dòng)力的存在而按需求可預(yù)見(jiàn)地改變結(jié)構(gòu)的剛度。因此，所預(yù)期的超分子粘合劑包括但不限于包含遠(yuǎn)鰲聚(乙烯-共-丁烯)的粘合劑，所述粘合劑的端尾部具有2,6雙(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配體、以及它們的衍生物和前體。在另一方面中，粘合劑包括超分子粘性化合物。

根據(jù)其它方面，超分子粘合劑由嵌入的納米顆粒制造。所預(yù)期的納米顆粒將以預(yù)定的或隨機(jī)的定向設(shè)置在硬化的超分子粘性材料中。但是，根據(jù)本公開(kāi)的一些方面，當(dāng)超分子粘合劑層暴露于光能時(shí)，粘合劑的模量和粘度被可預(yù)見(jiàn)地改變，從而允許嵌入的納米顆粒受到從合適能量源向粘合 劑層供應(yīng)的電能、磁能和/或電-磁能的影響。根據(jù)另外一些方面，在粘合劑層的軟化狀態(tài)下被提供到粘合劑層的電能、磁能、和/或電-磁能的數(shù)量、方向性、極性和位置可被設(shè)計(jì)成使納米顆?？深A(yù)見(jiàn)地重新定向和/或重新排列成理想的定向和/或重新排列。一旦納米顆粒被可預(yù)見(jiàn)地重新定向和/或重新排列，粘合劑層就被允許重新設(shè)定成預(yù)期的模量/粘度。

光能可在這樣的可見(jiàn)光譜、IR光譜和/或UV光譜等中，即，所述光譜具有在從大約250nm至大約450nm范圍中的波長(zhǎng)(具有在從大約800mW/cm²至大約1000mW/cm²范圍中的強(qiáng)度)，所述波長(zhǎng)被從交織到第二纖維層中的織物基質(zhì)(fabric matrix)中的光學(xué)纖維或LED光陣列引導(dǎo)到第一粘合劑層中的超分子粘合劑。在另一方面中，光能可在這樣的可見(jiàn)光譜、IR光譜和/或UV光譜等中，即，所述光譜具有從大約320nm至大約390nm范圍中的波長(zhǎng)(具有900mW/cm²的強(qiáng)度)，所述波長(zhǎng)被從交織到第二纖維層中的織物基質(zhì)中的光學(xué)纖維或LED光陣列引導(dǎo)到第一粘合劑層中的超分子粘合劑。第二纖維層進(jìn)一步包括碳纖維、玻璃纖維或它們的組合，并且根據(jù)一個(gè)方面，碳纖維和/或玻璃纖維交織有纖維光學(xué)成分(例如光學(xué)纖維線)以形成第二纖維層的纖維基質(zhì)。

但是，可以理解的是，所要求的這種光波長(zhǎng)和強(qiáng)度將根據(jù)納米顆粒重新定向和/或重新排列的期望程度、并且根據(jù)所選擇的超分子粘合劑而改變。根據(jù)進(jìn)一步的方面，本公開(kāi)預(yù)期經(jīng)由纖維光學(xué)成分(諸如，例如光學(xué)纖維線)來(lái)傳送來(lái)自光源的光，所述纖維光學(xué)成分連同有用的纖維一起被交織到第二纖維層中的基質(zhì)中，所述有用的纖維諸如(例如但不限于)為碳纖維、玻璃纖維等、以及它們的組合。根據(jù)一個(gè)方面，碳纖維厚度可在從大約0.004英寸到大約0.025英寸的范圍。根據(jù)進(jìn)一步的方面，所預(yù)期的光學(xué)纖維線厚度通常在從大約3.93x10^-5英寸的范圍，但是也可如期望的那樣厚。所預(yù)期的LED陣列可以是鄰近于纖維基質(zhì)的板、或者可以是被交織到纖維基質(zhì)中的條帶。所預(yù)期的LED陣列的厚度可在從大約0.015英寸至大約0.38英寸的范圍。

預(yù)期需要用于產(chǎn)生期望程度的納米顆粒重新排列的合適數(shù)量的電能，并且從至少一個(gè)能量源供應(yīng)該電能，并且該電能通過(guò)與第一粘合劑層連通的至少一個(gè)能量輸入部傳遞，以便使嵌入在軟化的超分子粘合劑中的納米顆?？深A(yù)見(jiàn)地重新定向和/或重新排列，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。進(jìn)一步應(yīng)理解的是，這種電能數(shù)量和輸入將根據(jù)納米顆粒重新定向和/或重新排列的期望程度、以及根據(jù)所選擇的超分子粘合劑而改變。應(yīng)當(dāng)理解的是，電能量源按需求經(jīng)由與第一粘合劑層連通的至少一個(gè)電力輸入部而將電能傳遞到第一粘合劑層。進(jìn)一步應(yīng)理解的是，電容器和其它電學(xué)部件可被結(jié)合到粘合劑層內(nèi)和/或遍及整個(gè)粘合劑層，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的。

此外，電能、磁能和/或電-磁能可在任意的期望位置處沿例如粘合劑層的一個(gè)或多個(gè)邊緣而被提供到第一粘合劑層，或者電力輸入部和其它連接部可根據(jù)期望出現(xiàn)在整個(gè)粘合劑層上。當(dāng)多個(gè)電連接部設(shè)置于粘合劑層時(shí)，應(yīng)理解的是，不同的控制器和計(jì)算機(jī)程序和處理器可以結(jié)合的方式使用，以便與被編程的進(jìn)程相配合地(in concert with)或者以被編程的進(jìn)程的方式調(diào)節(jié)能量的釋放、并且另行地將能量引導(dǎo)到粘合劑層，以從第一定向到任何期望的重新定向來(lái)獲得期望的納米顆粒的重新定向和/或重新排列。這些設(shè)計(jì)僅受到多層系統(tǒng)的幾何形狀、以及結(jié)合有多層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的限制。電輸入、磁輸入和/或電-磁輸入的模式和強(qiáng)度將有助于通過(guò)控制納米顆粒重新定向和重新排列的方向、速率、以及程度來(lái)確定多層系統(tǒng)。將多個(gè)粘合劑層和纖維層與不同的電能輸入部相組合、以及對(duì)電信號(hào)向粘合劑層的傳遞進(jìn)行編程控制將可預(yù)見(jiàn)地改變多層系統(tǒng)的剛度，并且因此改變多層系統(tǒng)所附接的、或者多層系統(tǒng)所鄰近定位的結(jié)構(gòu)的剛度，以便按需求產(chǎn)生對(duì)振動(dòng)事件的響應(yīng)。當(dāng)被增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)是飛行器或旋翼飛機(jī)的部件時(shí)，應(yīng)理解的是，振響響應(yīng)將被設(shè)計(jì)為按需求以及在飛行中出現(xiàn)。

被提供用于可預(yù)見(jiàn)地軟化超分子粘合劑的光能、和被提供至粘合劑層以用于可預(yù)見(jiàn)地改變嵌入在軟化的超分子粘合劑內(nèi)的納米顆粒的定向和/ 或排列的能量的組合按需求改變了超分子粘合劑的特性，以便提供改變的材料，所述改變的材料在結(jié)構(gòu)中存在振動(dòng)力之前、或者響應(yīng)于結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)力的存在而可預(yù)見(jiàn)地改變結(jié)構(gòu)的剛度。應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)的方法、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和裝置在工作期間輔助結(jié)構(gòu)重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)所經(jīng)受的載荷路徑。多個(gè)、以及可能地?zé)o限地變化的剛度模式被預(yù)期為是可實(shí)現(xiàn)的，僅受可能的納米顆粒定向、以及重新定向的限制。

所預(yù)期的納米顆粒包括但不限于這樣的納米顆粒，即，所述納米顆粒包括金屬、金屬氧化物、碳納米管(CNTs)、氮化硼納米管(BNNTs)等，應(yīng)理解的是，可以使用具有所要求的特性的、并且能夠可預(yù)見(jiàn)地重新定向和/或重新排列的任何納米顆粒。納米顆?？刹粚?duì)稱地帶有電荷、帶有負(fù)電荷或帶有正電荷等，并且具有在從大約1到大約1000nm的范圍中的尺寸。特別地有用的CNTs和BNNTs具有大約4nm的預(yù)期直徑，具有在較大范圍中的長(zhǎng)度和縱橫比，另外，應(yīng)理解的是，可以使用具有所要求的特性的、并且能夠可預(yù)見(jiàn)地重新定向和/或重新排列的任何CNT和/或BNNT納米顆粒。進(jìn)一步理解的是，被提供給具有嵌入的納米顆粒的軟化的粘合劑層的能量可預(yù)見(jiàn)地使得納米顆粒在三個(gè)維度中以相對(duì)于彼此的共同運(yùn)動(dòng)的方式通過(guò)從1°到359°的預(yù)定角度變換而按需求以及根據(jù)期望來(lái)重新定向和/或重新排列。

根據(jù)一個(gè)方面，可變的且可編程的按需求的光輸入可預(yù)見(jiàn)地改變粘合劑層中的粘合劑的模量。此外，一旦粘合劑被軟化(粘合劑模量、粘度改變)到期望程度，則從電源、磁源和/或電-磁源提供的可變的且可編程的按需求的電荷、磁荷和/或電-磁荷可預(yù)見(jiàn)地改變嵌入在粘合劑層內(nèi)的納米顆粒的定向和/或排列。

如本文所述的，本公開(kāi)的多層系統(tǒng)可根據(jù)期望包括多于一個(gè)的粘合劑層和多于一個(gè)的纖維層，以便實(shí)現(xiàn)用于按需求減輕振動(dòng)效應(yīng)的最佳三維(3D)增強(qiáng)系統(tǒng)。進(jìn)一步理解的是，本文所提出的多層系統(tǒng)可被全局地(全面地globally)結(jié)合在基本上整個(gè)特定的結(jié)構(gòu)或交通工具上，以便當(dāng)需要 時(shí)局部地或全局地響應(yīng)于整個(gè)結(jié)構(gòu)上的任何位置處的振動(dòng)級(jí)，或者所述多層系統(tǒng)可僅被定位在戰(zhàn)略性地設(shè)置的(strategically-placed)區(qū)域處，所述戰(zhàn)略性地設(shè)置的區(qū)域諸如已知為用于典型地保持所關(guān)注的振動(dòng)力的區(qū)域。本文所公開(kāi)的嵌入有納米顆粒的粘合劑允許多層系統(tǒng)有條件地和可預(yù)見(jiàn)地按需求改變一個(gè)或多個(gè)部件、一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，和/或整個(gè)機(jī)身的剛度。根據(jù)本公開(kāi)的一些方面，部件(包括但不限于結(jié)構(gòu)部件和機(jī)身)的剛度通過(guò)可預(yù)見(jiàn)地按需求改變粘合劑的模量而被可預(yù)見(jiàn)地按需求改變，從而不僅選擇性地增加或減少了多層系統(tǒng)的剛度，而且增加或減少了結(jié)合有多層系統(tǒng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度。

相對(duì)于在陸地交通工具、海洋交通工具(表面和次表面水上交通工具)和飛行器/飛船/旋翼飛機(jī)交通工具(這些交通工具中的所有或任一個(gè)可以是有人駕駛的或無(wú)人駕駛的)中的使用，根據(jù)本公開(kāi)的一些方面，本文所描述的多層系統(tǒng)允許獨(dú)立于考慮減輕在交通工具工作期間遇到的持續(xù)的、周期的以及以其它方式預(yù)料和預(yù)期的振動(dòng)力的常規(guī)關(guān)注而實(shí)現(xiàn)這種交通工具的總體設(shè)計(jì)(例如重量、尺寸、排量等)。這種設(shè)計(jì)上的獨(dú)立性導(dǎo)致了這種交通工具中的“寄生”重量分布的消除，進(jìn)一步導(dǎo)致了范圍、速度和有效載荷等的操作性增加，同時(shí)減少了燃料消耗。此外，本發(fā)明的一些方面可方便地將下一代材料以及現(xiàn)有材料用作備選材料，以便在這種交通工具以及甚至固定的結(jié)構(gòu)(諸如發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)等)的構(gòu)建中使用。

如圖1A中所示，多層結(jié)構(gòu)10包括包含有嵌入顆粒的超分子粘合劑層12。纖維層14包括支撐交織光學(xué)纖維的交織纖維。結(jié)構(gòu)11代表這樣的結(jié)構(gòu)，即，粘合劑層12被粘附于或以其它方式鄰接于該結(jié)構(gòu)。圖1B是超分子粘合劑層12的放大圖，更清楚地示出了嵌入的納米顆粒13。圖1C是更清楚地示出纖維層14的放大圖，該纖維層包含與光學(xué)纖維17交織的纖維16。雖然未示出，但是可理解的是，粘合劑層12可夾設(shè)在纖維層14與基底(未示出)之間。在該方面中，基底的第一側(cè)將與粘合劑層12接觸。然后，基底的第二側(cè)將設(shè)置成與結(jié)構(gòu)11接觸。以這種方式，本公開(kāi) 的包括粘合劑層12和纖維層14的多層系統(tǒng)可被施加到結(jié)構(gòu)11，或者如果期望的話，多層系統(tǒng)可包括與粘合劑層12接觸的基底。

圖2是示出了粘附于或以其它方式鄰接于結(jié)構(gòu)層20的多層結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。如圖所示，多層結(jié)構(gòu)包括嵌入有納米顆粒的超分子粘合劑層22，該超分子粘合劑層被夾設(shè)在結(jié)構(gòu)層20與纖維層24之間。纖維層24包括與光學(xué)纖維或LED板26交織的碳纖維板層(ply)25。能量輸入部28被示出為與超分子粘合劑層22連通。雖然未示出，但可理解的是，纖維層24中的光學(xué)纖維26與光能量源連通。在圖2中，可以理解的是，沒(méi)有光通過(guò)光學(xué)纖維傳輸。因此，纖維層24處于“關(guān)”模式、或非工作模式中。

圖3是圖2中所示的多層結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中，纖維層24中的光學(xué)纖維26正在傳輸來(lái)自于光能量源(未示出)的光。因此，在圖3中，纖維層24處于“開(kāi)”模式、或工作模式中，并且光能從纖維層24傳輸?shù)匠肿诱澈蟿?2。

圖4是圖2-3中所示的多層結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中，纖維層24中的光學(xué)纖維26正在傳輸來(lái)自于光能量源(未示出)的光，并且纖維層24處于“開(kāi)”模式，并且光能正在從纖維層24傳輸?shù)匠肿诱澈蟿?2。圖4示出了超分子粘合劑層22從纖維層24中的光學(xué)纖維26吸收光能，并且通過(guò)在其“軟化”時(shí)改變其模量和粘度的方式作出反應(yīng)。

在圖5中，電能或磁能從電能量源和/或磁能量源(未示出)被激活，從而將能量經(jīng)由能量輸入部28引導(dǎo)到超分子粘合劑層22。根據(jù)一個(gè)方面，電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)在期望的方向上被激活，可預(yù)見(jiàn)地影響位于超分子粘合劑層22內(nèi)的嵌入納米顆粒的定向。在圖6中，超分子粘合劑層中的嵌入納米顆粒被可預(yù)見(jiàn)地重新排列、和/或重新定向(如由箭頭示出的，箭頭指示出預(yù)定的納米顆粒運(yùn)動(dòng)、重新排列和重新定向)。在圖7中，光源被“關(guān)”掉(通過(guò)“層”26變“黑”指示)，并且纖維層24中的光學(xué)纖維26停止將光能引導(dǎo)到超分子粘合劑層22。在沒(méi)有光能的情況下，則超分子粘合劑“重 新變硬”，但是重新排列的和/或重新定向的嵌入納米顆粒已經(jīng)可預(yù)見(jiàn)地且期望地改變了超分子粘合劑層的振動(dòng)特性，并且進(jìn)而已經(jīng)改變了附接有或粘附有或以其它方式鄰接有超分子粘合劑層的結(jié)構(gòu)20的振動(dòng)特性。

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，用于改變材料和以及包含該材料的結(jié)構(gòu)和/或部分的剛度的方法80以圖8中所呈現(xiàn)的流程圖示出。在步驟81中，將多層系統(tǒng)制成包括第一層和第二纖維層，該第一層包括具有第一模量值的超分子粘合劑，該超分子粘合劑嵌入有在第一定向上定向的納米顆粒，第二纖維層鄰近于第一層定位。第二纖維層包括光激活系統(tǒng)。在步驟82中，將多層系統(tǒng)集成到易受振動(dòng)影響的結(jié)構(gòu)中。在步驟83中，激活第二層以產(chǎn)生光能。在步驟84中，將由第二纖維層產(chǎn)生的光能引導(dǎo)到第一粘合劑層。在步驟85中，當(dāng)接收來(lái)自于第二纖維層的光能時(shí)，第一粘合劑層中的超分子粘合劑經(jīng)受模量變化，從第一模量值變化到第二模量值。步驟86包括將來(lái)自于能量源的電能和/或磁能傳遞到第一粘合劑層中的超分子粘合劑。步驟87包括將超分子粘合劑中的納米顆粒的定向和/或排列可預(yù)見(jiàn)地改變成第二定向。應(yīng)當(dāng)理解的是，步驟86的電能量源和/或磁能量源可以是電-磁能量源。

根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，用于改變材料以及包含該材料的結(jié)構(gòu)和/或部分的剛度的方法90以圖9中所呈現(xiàn)的流程圖示出。在步驟81中，將多層系統(tǒng)制成包括第一層和第二纖維層，該第一層包括具有第一模量值的超分子粘合劑，該超分子粘合劑嵌入有納米顆粒，第二纖維層鄰近于第一層定位。第二纖維層包括光激活系統(tǒng)。在步驟82中，將多層系統(tǒng)集成到易受振動(dòng)影響的結(jié)構(gòu)中。在步驟88中，通過(guò)經(jīng)由至少一個(gè)振動(dòng)傳感器感測(cè)附接有多層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)來(lái)監(jiān)測(cè)該結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)。所述傳感器與所述結(jié)構(gòu)連通，并且能產(chǎn)生信號(hào)。在步驟89中，將信號(hào)從傳感器發(fā)送到與傳感器連通的處理器。在步驟91中，通過(guò)與第二纖維層光激活系統(tǒng)連通的處理器接收信號(hào)。在步驟83中，激活第二纖維層以產(chǎn)生光能。在步驟84中，將由第二纖維層產(chǎn)生的光能引導(dǎo)到第一粘合劑層中的超分子粘合劑。 在步驟85中，當(dāng)接收來(lái)自于第二纖維層的光能時(shí)，第一粘合劑層中的超分子粘合劑經(jīng)受模量變化，從第一模量值變化到第二模量值。步驟86包括將來(lái)自于能量源的電能和/或磁能傳遞到第一粘合劑層中的超分子粘合劑。步驟87包括基于由傳感器感測(cè)到的振動(dòng)而將超分子粘合劑中的納米顆粒的定向和/或排列可預(yù)見(jiàn)地改變成第二定向。應(yīng)當(dāng)理解的是，步驟86的電能量源和/或磁能量源可以是電-磁能量源。

圖10是旋翼飛機(jī)100的附圖，其中示出了機(jī)身面板102，該機(jī)身面板包括具有本文所描述的系統(tǒng)和裝置的部分。

圖11是旋翼飛機(jī)100(在圖10中示出)的機(jī)身部段102的剖切視圖的示意圖，示出了內(nèi)部特征，內(nèi)部特征包括內(nèi)部蒙皮104和支撐桁梁(縱梁，stringers)106。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所公開(kāi)的多層系統(tǒng)的一些方面可被結(jié)合到旋翼飛機(jī)的一個(gè)或多個(gè)任何結(jié)構(gòu)特征和/或一個(gè)和多個(gè)區(qū)域中，或者可在整個(gè)旋翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)(包括內(nèi)部和外部區(qū)域等)上作為分層系統(tǒng)或分層裝置而被結(jié)合。

應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)的多層結(jié)構(gòu)可被結(jié)合于任何載荷支承或非載荷支承的結(jié)構(gòu)中、粘附于任何載荷支承或非載荷支承的結(jié)構(gòu)、定位成鄰接任何載荷支承或非載荷支承的結(jié)構(gòu)、或者與任何載荷支承或非載荷支承的結(jié)構(gòu)形成整體，所述任何載荷支承或非載荷支承的結(jié)構(gòu)在工作期間易受振動(dòng)力影響，并且由此而可能期望所述載荷支承或非載荷支承的結(jié)構(gòu)的可調(diào)節(jié)剛度。例如，根據(jù)某些方面，多層結(jié)構(gòu)可例如在結(jié)構(gòu)的制造期間作為層壓層而被結(jié)合到結(jié)構(gòu)中。根據(jù)其它方面，多層系統(tǒng)可以例如經(jīng)由后制造程序作為附加物而被接合于、或粘附于、或以其它方式鄰接于飛行器的內(nèi)表面、蒙皮、面板、桁粱、框架部件等，正可由本領(lǐng)域技術(shù)人員所易理解的。事實(shí)上，本公開(kāi)的方法、系統(tǒng)裝置和結(jié)構(gòu)的一些方面被預(yù)期為在任一和所有有人駕駛的和無(wú)人駕駛的交通工具中發(fā)現(xiàn)效用，所述交通工具包括但不限于飛行器、飛船、旋翼飛機(jī)、火箭、人造衛(wèi)星、遙控飛機(jī)、陸地交通工具和表面和次表面水上交通工具、以及它們的組合。

根據(jù)進(jìn)一步的方面，所公開(kāi)的多層系統(tǒng)可被結(jié)合到易受振動(dòng)力影響的固定結(jié)構(gòu)(諸如，例如為發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)等)中，或者可甚至被結(jié)合到建筑物和其它固定結(jié)構(gòu)(諸如，例如在地震、風(fēng)、以及其它力可能誘發(fā)規(guī)則的或不規(guī)則的振動(dòng)力的地區(qū)中出現(xiàn)的大型結(jié)構(gòu))中，在所述固定結(jié)構(gòu)處可能期望減輕這種力以保持結(jié)構(gòu)的性能和結(jié)構(gòu)整體性。

當(dāng)介紹本公開(kāi)或其示例性或?qū)嵤┓绞降脑r(shí)，冠詞“一”“該”和“所述”旨在意味著存在所述元件中的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含容性的，并且意味著可能存在不同于所列元件的附加元件。雖然本公開(kāi)已經(jīng)針對(duì)具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是這些實(shí)施方式的細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)被理解為限制。雖然已經(jīng)示出和描述了本公開(kāi)的優(yōu)選變型和可替代實(shí)施方式，但是應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下對(duì)其進(jìn)行各種改變和替代。