王青鋒 員斌強

摘要：從蜂窩芯材料的性能和特點出發(fā)，結(jié)合軍用方艙的要求，介紹了蜂窩材料在大板方艙上應(yīng)用的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：蜂窩芯；方艙；輕量化

一、概述

方艙是裝載軍事設(shè)備和為人員提供所需要工作條件及環(huán)境防護(hù)的由夾芯板組裝而成的可移動廂體。其具備輛良好的戰(zhàn)場機(jī)動能力、快速的作戰(zhàn)反應(yīng)能力的特點，在直接作戰(zhàn)、通信指揮、技術(shù)支援、后勤保障裝備中得到廣泛應(yīng)用。但是，隨著我國軍隊現(xiàn)代化的快速發(fā)展，方艙的獨特應(yīng)用環(huán)境和功能要求對方艙的結(jié)構(gòu)式設(shè)計提出了新的要求，更輕、更強的方艙裝備是追求的目標(biāo)和要求。對于方艙而言重量輕、強度高和防護(hù)性能好以及戰(zhàn)時良好的防護(hù)生存能力已成了其發(fā)展的方向。降低方艙的重量、提高方艙的承載效率是提高承載車輛速度和高機(jī)動等性能的最直接的方式。及實現(xiàn)方艙結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化和多功能化能降低方艙的質(zhì)量。要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化和多功能化，這就要求結(jié)構(gòu)材料必須擁有高比剛度和比強度，同時還要求材料具有特定功能性要求。近年來，輕質(zhì)蜂窩芯材料由于其高具有低的密度和高的比剛度、比強度，以及具有較強的隔熱散熱、吸能減震、消聲降噪等特性符合軍用方艙的應(yīng)用要求，而且此類大板具有隨處可安裝設(shè)備固定用插件的優(yōu)點，因此對蜂窩芯大板方艙領(lǐng)域應(yīng)用得到人們的廣泛關(guān)注。

二、蜂窩芯結(jié)構(gòu)原理

蜂窩芯結(jié)構(gòu)的基本原理就是工字梁的原理，但是工字梁是屬于開口薄壁截面梁，若外力作用面稍微偏離橫截面的彎曲中心，就會引起嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)破壞。為了提高抗扭剛度，又不增加重量，就設(shè)想用多孔的夾芯代替工字梁的腹板，做成蜂窩形狀的夾芯結(jié)構(gòu)。因此，蜂窩結(jié)構(gòu)實際上就是分散腹板的工字梁。蜂窩結(jié)構(gòu)的面板相當(dāng)于工字梁的翼緣，幾乎承擔(dān)全部的正壓力，增加了抗彎的剛度，也就增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因為一塊薄板在受壓時，很容易失穩(wěn)屈曲。如果把薄板膠結(jié)在蜂窩芯上，當(dāng)薄板因為板的平面內(nèi)受壓而發(fā)生垂直于薄板的向上屈曲時，就會受到蜂窩芯的拉力；而薄板向下屈曲時，蜂窩芯也會有限制力，這樣也會提高材料的穩(wěn)定性。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)通常用粘接劑將上、下蒙皮與芯層膠接成為整體剛性結(jié)構(gòu)（如圖1所示），或者直接注塑或模壓獲得夾芯結(jié)構(gòu)。蒙皮通常采用復(fù)合材料層壓板、金屬板、膠合板和硬塑料板等，蜂窩芯層由各種纖維（如芳族聚酞胺纖維、玻璃纖維、碳纖維、紙、棉布等）浸漬上樹脂，或是金屬（如鋁合金）等通過膠接拉伸法或波紋壓形膠接法制得。

圖1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)示意圖

三、與泡沫大板方艙性能比較

蜂窩芯大板方艙在性能方面與以往應(yīng)用最為廣泛的聚氨酯泡沫大板方艙相比：前者的剛度、強度更高，重量較輕，環(huán)保性更好、傳熱系數(shù)略大。但是，隨著材料科學(xué)的進(jìn)展和先進(jìn)生產(chǎn)工藝的采用，蜂窩芯的傳熱系數(shù)大等問題將會不斷的被攻克。例如，美國采用在蜂格內(nèi)填充輕質(zhì)碎泡沫的方法來改善大板的保溫性能，美軍標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 1925-01中規(guī)定傳熱系數(shù)為2.0。

軍用方艙大板的保溫層材料過去一直采用聚氨酯泡沫，由于聚氨酯泡沫在生產(chǎn)過程中對臭氧層具有一定的破壞性，為了防止和減緩地球的溫室效應(yīng)，在2015年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃部署規(guī)定終止使用聚氨酯泡沫材料。新研發(fā)的軍用方艙需要研發(fā)新型的大板復(fù)合材料。紙蜂窩由于強度高、重量輕等優(yōu)點，在國外已經(jīng)作為方艙大板的替代品。國內(nèi)方艙生產(chǎn)廠家也已經(jīng)開始研制蜂窩芯軍用方艙，預(yù)計在不久將來，蜂窩芯方艙將會得到大量的應(yīng)用。

四、蜂窩芯存在的問題

蜂窩芯雖然優(yōu)點較多，但是也有問題尚待解決。蜂窩芯板熱傳導(dǎo)系數(shù)不大，不符合目前軍用方艙大板的隔熱要求，美軍標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 1925-01中規(guī)定傳熱系數(shù)為2.0，美國采用在蜂格內(nèi)填充輕質(zhì)碎泡沫的方法來改善大板的保溫性能。目前的輕質(zhì)蜂窩芯大部分采用的紙蜂窩芯結(jié)構(gòu)，而紙蜂窩芯大板內(nèi)容易進(jìn)水或者受潮后其強度急劇下降，受潮后強度減弱，經(jīng)不起撞擊和震動，嚴(yán)重影響使用效果和產(chǎn)品性能。目前最常用的方式不外乎兩種，一是將蜂窩芯材料換成耐溫性的材料（聚芳酰胺紙、Korex紙、金屬、復(fù)合材料）；二是將大板方艙制成封閉的結(jié)構(gòu)，并在接縫處采用密封結(jié)構(gòu)。

五、結(jié)束語

本文簡單介紹了蜂窩芯大板方艙結(jié)構(gòu)形式、發(fā)展前景、性能以及與以往的泡沫大板方艙的優(yōu)缺點，探討我軍未來方艙的發(fā)展趨勢。隨著復(fù)合材料的研究的深入，各種制備工藝技術(shù)的提升，蜂窩芯材料在方艙上應(yīng)用前景較好，既能提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能增加產(chǎn)品的美觀度，繼續(xù)研究和應(yīng)用蜂窩芯材料是必要的，相信在不久的將來，蜂窩芯材料方艙方面得到廣泛應(yīng)用，提高我軍方艙的戰(zhàn)場防護(hù)生存能力。

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