因热变形而导致的精度误差问题在许多航天结构中一直存在,本文主要的研究目的是基于结构功能一体化的思想,设计得到应用于航空航天等领域的可调控热膨胀超结构,使其既能达到零/负热膨胀的设计要求,又具有良好的力学性能。本文主要研究内容包括可调控热膨胀结构设计、分析、性能评价等部分。针对现有的零/负热膨胀超结构的相关研究,整理得到了结构中影响热变形效果的主要应力形式,以及热应力的分析方法。为之后的可调热膨胀结构设计提供了指导。为了设计三维负热膨胀结构,本文基于弯曲主导型负热膨胀平面点阵,以引入局部压扭结构的方式,提出了一种具有负热膨胀效应的三维点阵设计方法。完成了三方立体点阵和四方立体点阵的设计,系统地推导了三维负热膨胀结构的刚度及热变形理论。对四方点阵和三方点阵的仿真计算表明此类结构可实现较大范围的负热膨胀。以往的零/负热膨胀超结构设计中普遍存在的问题是结构内热应力水平过高。通过分析避免产生热应力的方法,提出了“C”型双材料复合杆的设计,可以由此实现低热膨胀和负热膨胀。提出了基于此类复合杆的几何设计准则,并构建出可以周期性阵列的单胞。在负热膨胀超结构相关研究中,往往只关注均匀温度场情况下结构的热变形,本文则证明了此类复合杆设计在非均匀温度场下热膨胀系数的稳定性。通过将桁架结构改造为零膨胀复合杆,设计了卫星的热变形隔离平台,并通过仿真模拟证明了该平台的热稳定性,为之后的工程应用提供了参考。