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盤壓桿雙穩態特性精確調控方法及構型設計流程圖
空間可展開結構是支撐航天器在軌工作的重要部件。盤壓桿（coilable mast）因其大折展比和展開穩定的優勢，常作為空間環境探測器、太陽能電池陣以及重力梯度桿等的展開支撐機構。
然而，盤壓桿在展開過程中常因“壓縮-扭轉耦合變形”導致運動失穩，由耦合變形引起的復雜折展運動行為，會導致整體折疊過程的精準控制和優化設計難以實現，制約了其在高精度任務中的應用。目前，科研人員主要依賴經驗公式對盤壓桿這類伸展臂進行結構設計與參數選擇，缺乏明確的參數選擇規則與系統性的設計理論指導。
針對上述問題，中國科學院沈陽自動化研究所空間自動化技術研究室科研團隊將Kresling折紙結構的幾何與力學特性引入盤壓桿的建模中，清晰展現了盤壓桿在完整折疊過程中的能量演化路徑與雙穩態特性，描述了盤壓桿運動過程中的復雜變形行為，進而實現了對盤壓桿結構行為的預設控制。通過靈活調整初始高度、材料屬性及構件數量等參數，實現雙穩態特性的精確調控，使得盤壓桿可以適配不同任務的穩定性和折展比需求。該研究還形成了一套系統化的構型設計流程，顯著提升了設計效率與可靠性。
科研團隊開展了雙穩態實驗和完整折疊過程實驗，結果展示了盤壓桿的實際雙穩態行為及變形模式，理論預測、數值模擬與真實物理現象高度吻合，進一步證明了所提出的研究理論的準確性與有效性。
該研究成果提升了盤壓桿設計的可靠性與可控性，可為未來太空任務中可編程、雙穩態的空間盤繞式伸展結構的開發，提供了理論基礎與系統化的設計框架。
該研究成果以Bistable property and energy programming of lanyard coilable masts inspired by Kresling origami為題發表于International Journal of Mechanical Sciences。沈陽自動化所博士研究生唐瑩瑩為第一作者，劉金國研究員為通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發計劃等相關項目的支持。（空間自動化技術研究室）
DOI：10.1016/j.ijmecsci.2025.110542
論文地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020740325006253
來源：中國科學院沈陽自動化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號