透镜式管状空间伸展臂（以下简称“伸展臂”）具有高比强度、高稳定性、高收纳率、可重复收展等优势,是一类广受关注的空间可展开结构。由于展开状态的伸展臂结构细长、轻薄,并受到在轨温度环境等因素影响,极易在轴向受压时发生屈曲失效。本文针对伸展臂屈曲问题,分别在理想状态和在轨工作状态下开展临界载荷及其影响规律研究,并提出能够改进伸展臂在轨屈曲性能的改进方案。首先,针对理想状态的伸展臂,基于欧拉公式和复合材料层合板理论,结合截面几何构型特点,建立了透镜式管状空间伸展臂理论模型,利用有限元方法建立了透镜式管状空间伸展臂数值模型,理论模型和数值模型进行了相互验证,并讨论了理论模型的适用范围。其次,分析了伸展臂截面几何参数、复合材料铺层参数、初始缺陷等因素对临界载荷的影响规律,并将各参数的影响规律进行了对比讨论,结果表明:凸弧段半径对临界载荷影响最为显著。再次,针对在轨状态的伸展臂,建立了热力载荷共同作用下的透镜式管状空间伸展臂屈曲分析模型,获取伸展臂在地球静止轨道上的热流分布和温度场分布情况,分析了材料热物性和热致变形对伸展臂屈曲特性的影响规律。最后,从结构构型/材料和热学特性等方面出发,以提升在轨抗屈曲性能为目标,对伸展臂进行了改进设计,并进行了效果对比讨论,仿真结果显示:最终优选方案可使伸展臂临界载荷提高86.47%。本文对透镜式管状空间伸展臂的屈曲特性开展了较为深入的理论和仿真分析,获取了透镜式管状空间伸展臂在轨屈曲特性关键影响因素及其影响规律,可为透镜式管状空间伸展臂的抗屈曲改进设计提供借鉴与指导。