折纸技术在空间结构中的应用和发展

刘世毅 王立武

折纸技术在空间结构中的应用和发展

刘世毅1,2王立武1,2

（1 北京空间机电研究所，北京 100094）（2 中国航天科技集团有限公司航天进入、减速与着陆技术实验室，北京 100094）

从传统折纸艺术中获取灵感的折纸技术广泛应用于工程领域，便携性、可展开性、小型化和轻量化等优点奠定了其应用于空间结构领域的基础。文章对折纸技术进行了分类：平面折纸具有丰富的折叠形式和大折展比，为空间折展机构提供灵活的单自由度展开方案；圆筒折纸能够产生简便有效的压缩方案，为空间充气展开结构提供形式多样的刚性支撑；折纸镶嵌是折叠芯材和超材料的基础结构，具有质量小、比刚度/强度高、缓冲吸能等特性，以及良好的可设计性和可加工性，是未来空间结构的新选择。文章对空间折纸技术的应用形式和关键技术进行了归纳和总结，并提出了未来发展的思考和建议。

折纸 空间结构 折展 充气 折纸镶嵌

0 引言

折纸是一种将2D平面折成各种3D立体形状的传统艺术活动，基于数学理论的“折纸技术”为空间结构设计提供了灵感。航天器上执行飞行任务的各类大型机构，如：太阳电池阵、天线阵、遮光罩、乃至太空舱体等，在发射前都要折叠并收拢在整流罩内，进入空间轨道后在规定位置展开。便携性、可展开性、小型化和轻量化是主导航天器结构设计的关键，折纸技术能够利用数学理论解析这一过程并得到最优解[1]，不仅为提高压缩效率提供了计算方法，也为研究展开特性提供了技术路径[2]，从而奠定了其应用于结构领域的基础。……