摘要
摘要
充气伸展臂是采用柔性复合材料制造的伸展臂或弯管结构，具有质量轻、
折叠体积小、折叠效率高、展开后结构比刚度高等优点，可用于构建航天器空
间伸展臂、支撑杆和抓捕机构等。充气伸展臂主要有Z形、星形、卷曲式等折
叠方式，其中，卷曲式折叠充气伸展臂具有展开过程连续性好、展开过程平顺、
稳定、可控、和可靠性高。目前，对卷曲式充气伸展臂折展动力学研究一直是
热点问题。
首先，本文提出了一种充气结构的卷曲式折叠逆向建模方法，该方法在建
立初始展开模型的基础上，通过卷曲分析对充气结构进行了折叠处理，并从分
析结果中提取充气结构折叠后的模型参数，从而建立充气结构卷曲折叠模型，
利用该模型，可进一步进行卷曲式折叠结构的充气展开动力学特性分析。
其次，分析了卷曲式充气伸展臂折叠过程动力学特性，得到了充气展开伸
展臂在卷曲式折叠过程中的应力、应变等的分布，可为进一步的充气伸展臂折
叠损伤分析提供依据。
最后，在卷曲式充气伸展臂折叠分析基础上，采用卷曲式折叠逆向建模法，
建立了卷曲式充气伸展臂的折叠模型，并通过试验验证了模型的正确性，在此
基础上，分析了充气伸展臂展开特性，得到了充气伸展臂材料属性及结构参数
对其展开动力学特性的影响规律。
结果表明，在折叠及展开过程中，与其他位置相比，伸展臂褶皱处应力更
大。在相同充气量下，壁厚越大，其褶皱处应力也随之升高，同时，其末端位
移和末端速度的波动范围减小，展开过程更为平稳。在相同充气量下，伸展臂
管壁材料模量增加，褶皱处应力增大，其末端位移和末端速度的波动范围减小。
充气速率增加会加快伸展臂展开速度、缩短展开时间，但也会加大展开过程的
波动，降低其平稳性。
关键词：充气结构；折叠及展开；伸展臂；卷曲
I
Abstract
Abstract
Theinflatablearmisanarmorcurledtubestructuremadeofflexiblecomposite
materials,whichhastheadvantagesoflightmass,smallfoldingvolume,highfolding
efficiency,andhighspecificstiffnessoftheunfoldedstructureandcanbeusedtobuild
spacecraftspaceextensionarms,supportrods,andcachingmechanisms.Theinflatable
extensionarmmainlyhasZ-shaped,star-shaped,curled,andotherfoldingmethods,among
which,thecurledfoldinginflatableextensionarmhasgoodcontinuityintheunfolding
process,smooth,stable,controllable,andhighreliability.Atpresent,theresearchonthe
foldingdynamicsofthecurlyinflatablearmhasbeenahotissue.
Firstly,thispaperproposesacurl-foldinginversemodelingmethodforinflatable
structures,which,basedonestablishingtheinitialunfoldingmodel,f