类折纸结构可显著减轻航天器着陆冲击学术资讯

超材料的纸模型，这种类折纸材料可显著减弱冲击力。

类折纸材料有望作为传统缓冲技术的重要补充。

类似Space X猎鹰9号这样的航天飞机是按照可重复使用的初衷设计的。这意味着，它们必须像渴望夺金的奥运会体操运动员那样反复“起跳”。然而，对于航空器的“腿”来讲，着陆压力非常巨大。为了减轻着陆时的冲击，科学家们往往会设计缓冲材料来吸收部分冲击能量。

phys.org网站报道，《科学进展》杂志发文称，美国华盛顿大学的研究人员开发出了一种减少冲击力的新方案。该方法受到了折纸艺术的启发，除可用于航天器之外，还能用于汽车等行业。研究人员制造了一种超材料的纸模型，可利用“折叠-折痕”效果来减轻冲击。论文作者、华盛顿大学航空航天学副教授Jinkyu Yang说：“如果你头戴一顶用这种材料制成的足球头盔，当足球击中你的头部，你可能根本不会有所感觉。因为当冲击能量传递给你时，它已经不再产生推动作用。我们设计的超材料就像乐高玩具，通过重复堆叠单元格就能制造出各种各样的结构。”

论文作者、华盛顿大学航空航天学博士生Yasuhiro Miyazawa补充说：“类折纸设计非常有用。通过改变折痕在平面材料中的位置，我们可以设计出在折叠和展开时具有不同刚度的材料。例如，我们此次设计的结构单元可以在被推动时‘软化’推动力，并在恢复正常形态时加强随之而来的张力。”

实验中，研究人员将20个结构单元排列在一起，并将其中一端与推动装置相连接。Yang等使用6台运动相机追踪了实验过程中的压缩波和张力波。研究人员发现，类折纸结构组成的长链表现出了与直觉相反的波动：尽管来自推动装置的压缩力确实启动了“推进反应”，但推力并未传递到长链的另一端。相反，它被张力所取代了。张力始于第一个结构单元恢复正常形状之时，并沿着长链传播得越来越快。因此，链末端的单元结构只会感受到“拉力”。

Yang说：“冲击力在人类生活中无处不在。我们的类折纸系统为减少冲击力的不利影响提供了一种全新的策略。例如，类折纸系统可以提升汽车在车祸中的安全系数。目前，类折纸系统是由纸做成的，后续我们会考虑用复合材料来进行制作。在理想情况下，我们甚至可以根据特定应用量身优化材料。”

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编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：唐林芳

期刊来源：《科学进展》

期刊编号：2375-2548

原文链接：

https://phys.org/news/2019-05-origami-inspired-materials-soften-reusable-spacecraft.html