基于平折厚 origami 的光滑曲面逆向设计

折纸作为可部署结构，具有通过平折实现紧凑储存、并在展开后形成由刚性面板组成的良定义表面的独特优势。然而，由于折纸由平面面片构成，其在展开时本质上受限于难以形成光滑的曲面。这一限制restricts其在对光滑曲面几何至关重要的系统中的适用性，例如航空航天系统和电磁通信设备。本文提出了一种逆向设计方法，用于能够在平折的同时形成光滑曲面外表厚折纸。通过建立平折约束以指定褶皱位置，我们的方法构建了即使包含带曲面面板的厚折纸也能平折的结构。进一步地，通过将折纸布局表示为图形，我们枚举了所有可能的折纸配置，实现了内部结构的灵活设计。分析结果表明，随着布局单元数的增加，优化后的包装比率也随之提高，表明所提设计方法通过控制单元数来调节包装比率具有可控性。我们利用所提设计方法制造了一个可部署的折纸机翼，并通过成功的飞行测试演示了其功能，在该测试中，机翼受到气动负载。我们的工作为包装光滑曲面提供了新策略，解决了航空航天和电磁通信中所面临的包装挑战，从而为设计提供了更大的自由度。