折纸超材料及其在航空航天领域的应用与展望
岳晓奎1，2，朱明珠1，2，耿浩华1，2，龚莉菁1，2，王勇越1，2 （1．西北工业大学 航天学院；2．航天飞行动力学技术国家级重点实验室）
摘要：随着航空航天技术的快速发展，未来航天器对结构、性能和功能的要求愈加严苛，轻量化、高强度、具备多功能和多模态变形能力的材料设计成为关键需求。折纸超材料因其独特的几何设计和力学特性，具有可重构、多稳态和能量吸收的特性，已成为航空航天领域的研究热点。这类材料通过精密折叠结构，结合现代数学建模与材料科学，具备可调控变形、轻量化、易展开与回缩等优势。在航天领域，折纸超材料不仅可应用于可展开结构（如天线、太阳能帆板等），还在减震、吸能、防护等方面展现出潜力。折纸超材料的可编程几何特性赋予航天器自适应变形能力，能应对太空环境中的外部压力和温度变化，提升结构可靠性与寿命，并有效降低发射成本。综述了折纸超材料的特性、设计方法、制造技术及应用，探讨其在航空航天中的发展趋势与未来研究方向。
关键词：折纸超材料；可重构；多稳态；能量吸收；可编程
目录介绍
1 研究背景
1. 1 折纸超材料的兴起
1. 2 航空航天领域的发展需求
1. 3 折纸超材料在航空航天领域的应用优势
1） 轻量化与能量吸收
2） 多功能性
3） 可展开结构
4） 多模态变形能力
5） 数字化设计与模型验证
6） 材料技术的战略意义
1. 4 研究动机与综述目的
2 折纸超材料的基础理论
2. 1 几何原理
2. 2 静力学特性
2. 3 运动学特性
1） 可调变形特性
2） 尺度无关性
3） 形状记忆特性
4） 有限自由度运动特性
3 折纸超材料设计方法
3. 1 设计参数
3. 2 设计流程
3. 3 设计原理
3. 4 设计策略
4 折纸超材料制造技术
4. 1 传统制造技术与现代制造技术结合
4. 2 3D打印的应用
5 折纸超材料在航空航天领域中的应用
5. 1 能量吸收结构
5. 2 可重构超材料
5. 3 可展开结构
5. 4 厚板折纸结构
6 折纸超材料的挑战与未来发展
6. 1 材料选择与性能优化
6. 2 制造精度与成本效益
7 结论
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