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        變形結(jié)構(gòu)在野戰(zhàn)工事中的應(yīng)用探討

        2022-02-18 10:12:58房建國崔傳安尹兆昆
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年3期
        關(guān)鍵詞:工事野戰(zhàn)構(gòu)件

        房建國,崔傳安,張 鑫,尹兆昆

        (陸軍工程大學(xué),江蘇 南京 210007)

        在信息化戰(zhàn)爭背景下,軍事科技不斷發(fā)展,武器裝備不斷推陳出新,給戰(zhàn)場目標(biāo)的生存帶來了嚴(yán)重的威脅。而野戰(zhàn)工事則是部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力發(fā)揮的重要保障。戰(zhàn)時(shí)有良好的工事做依托,可以大大增強(qiáng)部隊(duì)的信心,減少人員與武器裝備的毀傷,發(fā)揮武器裝備的效能。變形結(jié)構(gòu)是一種可變形的結(jié)構(gòu)形式,多應(yīng)用于機(jī)械和航天等領(lǐng)域,例如工程機(jī)械臂、航天衛(wèi)星展開式電池陣等。變形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和形式,可以給野戰(zhàn)工事發(fā)展帶來新的思路和方向。在某些野戰(zhàn)工事的設(shè)計(jì)中加入變形結(jié)構(gòu)形式,可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)野戰(zhàn)工事的不足。結(jié)合變形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和當(dāng)前野戰(zhàn)工事應(yīng)用實(shí)際,本文針對變形結(jié)構(gòu)在野戰(zhàn)工事中的應(yīng)用展開幾點(diǎn)探討。

        1 變形結(jié)構(gòu)的基本概念

        本文所述的變形結(jié)構(gòu)并不是一種新型的結(jié)構(gòu)形式,在傳統(tǒng)的制造業(yè)、工程機(jī)械和航空航天等多領(lǐng)域已經(jīng)有較多的應(yīng)用,是以功能需求為基礎(chǔ),通過一定的機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),形成相互配合,實(shí)現(xiàn)伸縮、折疊、旋轉(zhuǎn)等功能的一類結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱。

        1.1 工程機(jī)械領(lǐng)域的變形結(jié)構(gòu)

        變形結(jié)構(gòu)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用較為常見,挖掘機(jī)械、鏟土運(yùn)輸機(jī)械、工程起重機(jī)械、工業(yè)車輛等,其挖掘、裝卸載等基本作業(yè)功能的實(shí)現(xiàn)都依靠變形結(jié)構(gòu)完成。以單斗反鏟液壓挖掘機(jī)為例,由于其可在工作范圍內(nèi)按任意角度旋轉(zhuǎn),挖臂采用人體手臂仿生設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)折疊、伸展、挖鏟等多種功能,方便可靠,操作靈活,適宜各種工況挖掘作業(yè),是應(yīng)用范圍最為廣泛的挖掘機(jī)。

        1.2 航天領(lǐng)域的變形結(jié)構(gòu)

        在宇宙空間中,太陽翼,即太陽能帆板,是衛(wèi)星的能量來源,它的展開機(jī)構(gòu)也采用變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。太陽翼作為一種收集太陽能的裝置,衛(wèi)星發(fā)射時(shí)太陽翼處于折疊狀態(tài),星箭分離后打開并在衛(wèi)星飛行過程中不斷調(diào)整方向,使太陽能電池對準(zhǔn)太陽,為整星工作提供能量。太陽翼的展開機(jī)構(gòu)有充氣式展開機(jī)構(gòu)、薄殼式展開機(jī)構(gòu)、鉸鏈?zhǔn)秸归_機(jī)構(gòu)、盤繞式展開機(jī)構(gòu)等多種形式。與工程機(jī)械領(lǐng)域有所不同,太陽翼所用變形結(jié)構(gòu)是空間展開機(jī)構(gòu),在運(yùn)營狀態(tài)剛度較高。

        1.3 建筑與家具領(lǐng)域的變形結(jié)構(gòu)

        在建筑領(lǐng)域,可變形建筑已成為國內(nèi)外研究的新興熱門項(xiàng)目之一。武漢邁特國際集成房屋有限公司研發(fā)的可折疊房屋,2018 年于國內(nèi)首次亮相“2018 武漢馬拉松大賽”,模塊運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后可以實(shí)現(xiàn)各種組合,一般僅用24 h 即可安裝完成一套房屋。英國的Ten Fold Engineering 公司開發(fā)的模塊化房屋,可以自動展開并且部署房屋結(jié)構(gòu),整個(gè)過程只需要不到10 min 的時(shí)間,并可根據(jù)需要進(jìn)行組合和擴(kuò)展,以實(shí)現(xiàn)更大空間的房屋。在家居領(lǐng)域,近年來受地產(chǎn)行業(yè)影響,為了在空間有限的情況下,科學(xué)地提高空間使用效率,家具領(lǐng)域出現(xiàn)了較多的可變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如折疊式沙發(fā)、餐桌和椅子等,與傳統(tǒng)家具相比,折疊式家具具有體積小、省空間、攜帶方便、易于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)(圖1、圖2)。

        圖1 武漢某公司研發(fā)的折疊式房屋

        圖2 Ten Fold Engineering 公司研發(fā)的折疊式房屋

        2 變形結(jié)構(gòu)在野戰(zhàn)工事中的具體應(yīng)用分析

        對上述變形結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知,在設(shè)計(jì)中引入變形結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)裝備或產(chǎn)品多種外形的變化,從而更有針對性地應(yīng)對不同的場景或功能需要。在軍事上,野戰(zhàn)工事具有機(jī)動性好、易于隱蔽、構(gòu)筑時(shí)間短、目標(biāo)小等優(yōu)點(diǎn),并且,野戰(zhàn)工事一般也具有運(yùn)輸、使用和移動等多種應(yīng)用場景當(dāng)中,因此在野戰(zhàn)工事中加入變形結(jié)構(gòu)應(yīng)用,可以在運(yùn)送時(shí)收束,在使用時(shí)展開,進(jìn)一步提高工事的機(jī)動性,縮短構(gòu)筑時(shí)間,有利于實(shí)現(xiàn)工事制式化標(biāo)準(zhǔn)化,具有良好的應(yīng)用前景。經(jīng)過研究分析,變形結(jié)構(gòu)主要可以應(yīng)用在以下筑城工事之中。

        2.1 適時(shí)變形偽裝遮障

        精確制導(dǎo)武器已成為信息化戰(zhàn)爭的重要作戰(zhàn)裝備,其特點(diǎn)是命中精度高、破壞威力大,大大縮短了從發(fā)現(xiàn)到命中的過程,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮了突出的作用。精確制導(dǎo)武器的常用制導(dǎo)方式有:指令、慣性、電視、紅外、激光、厘米波、毫米波、GPS、地形匹配、數(shù)字景像匹配等,以及由多種制導(dǎo)方式組成復(fù)合制導(dǎo)和多模制導(dǎo)。其中,紅外和數(shù)字景象匹配制導(dǎo),是將作戰(zhàn)前期偵查捕獲的目標(biāo)紅外成像或數(shù)字景象,錄入到武器制導(dǎo)存儲器中,制導(dǎo)武器在飛行末段,不斷將探測器收集的實(shí)時(shí)偵查數(shù)據(jù)與存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,更改飛行角度和路線,以實(shí)現(xiàn)精確引導(dǎo)打擊。

        因此,對于洞庫工程口部,利用變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),輔以新型雷達(dá)、紅外吸波和反射等復(fù)合材料,研制新型可變形偽裝遮障,在戰(zhàn)時(shí),針對敵紅外和景象匹配制導(dǎo),根據(jù)需要適時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)改變目標(biāo)特征,使某些制導(dǎo)武器在目標(biāo)識別時(shí)產(chǎn)生迷茫,不能將所攻擊目標(biāo)與前期偵查景象相匹配,即無法有效命中目標(biāo),從而提高目標(biāo)生存率。其目的既可對付“偵查”,又對付“制導(dǎo)”(圖3)。

        圖3 適時(shí)變形偽裝遮障技術(shù)路線示意圖

        2.2 變形掩蔽(蓋)工事

        掩蔽工事是保障有生力量和裝備、物資等隱蔽安全的工事。通常包括供人員用的掩蔽部、避彈所和短洞工事,供機(jī)械、車輛、彈藥、物資用的掩蔽所。但目前在部隊(duì)配備的制式掩蔽工事在實(shí)際應(yīng)用中大多存在一些問題,例如:工事構(gòu)件種類多、重量大、數(shù)量多,特別是裝配式掩蔽工事,在組裝、運(yùn)輸過程中,經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)件混亂、遺失的情況,使得工事構(gòu)筑效率低下;工事機(jī)動性較差,作戰(zhàn)時(shí)轉(zhuǎn)移耗費(fèi)時(shí)間長。掩體方面,構(gòu)筑時(shí)間受土壤結(jié)構(gòu)和孔隙性影響大,時(shí)效性和機(jī)動性差,不適應(yīng)信息化機(jī)動作戰(zhàn)的要求。

        在掩蔽部工事中加入變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如研發(fā)折疊式集裝箱工事,其既可以現(xiàn)地整體使用,不用進(jìn)行構(gòu)建組裝,又可以進(jìn)行分解運(yùn)輸,裝卸載和現(xiàn)地定位使用方便,通過氣壓桿等機(jī)械輔助機(jī)構(gòu),幾人協(xié)力即可完成折疊,大大節(jié)省了時(shí)間和人力;利用碳纖維等輕質(zhì)高強(qiáng)材料,輔以變形結(jié)構(gòu),研制可變形單人掩體,在收束變形狀態(tài)下可單兵攜行,使用時(shí)只需利用現(xiàn)地條件,簡要平整地形,將其展開即可使用。相較于傳統(tǒng)掩蔽工事的構(gòu)筑作業(yè)過程,有效提高了機(jī)動性和作業(yè)效率。

        2.3 變形筑城障礙物

        筑城障礙物是改造地形和利用非爆炸性工程器材或冰雪、水等構(gòu)成的障礙物,是現(xiàn)代戰(zhàn)場工程設(shè)施的重要組成部分,是遲滯敵人行動的主要手段,也是劣勢裝備軍隊(duì)?wèi)?zhàn)勝優(yōu)勢裝備敵人的有效措施,在戰(zhàn)場上對于阻滯敵軍行動,掩護(hù)我方行動具有重要作用。但部分筑城障礙物,由于自身重量和外形原因,運(yùn)輸不便,布設(shè)時(shí)間長。如傳統(tǒng)鋼菱形拒馬,單個(gè)重量為75 kg,由角鋼和鋼板采用剛性連接成“X”形,在運(yùn)輸中占用空間較大,浪費(fèi)了寶貴而有限的戰(zhàn)場投送資源。

        因此,在筑城障礙物的設(shè)計(jì)中加入變形結(jié)構(gòu),如折疊和伸展機(jī)構(gòu),在保證原功能和作用效果的基礎(chǔ)上,將原不規(guī)則的筑城障礙物拆解、折疊、收縮為較規(guī)則形狀存放和運(yùn)輸,在使用時(shí)較少的人力和運(yùn)力就可以完成運(yùn)輸組裝,并可加入轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu),根據(jù)需要調(diào)整障礙面對方向,從而有效提高筑城障礙物的使用效率。

        3 野戰(zhàn)工事中變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本要求

        3.1 工作可靠

        變形過程中應(yīng)保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,變形結(jié)束狀態(tài)構(gòu)件和聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度應(yīng)滿足使用要求,保證具備一定的防護(hù)能力(一般從規(guī)定的防護(hù)等級中選定)。在抗常規(guī)武器方面,應(yīng)明確提出抵抗的炮航彈彈種,引信的類型和工程的安全距離等。應(yīng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場實(shí)際的裝配情況(工作狀態(tài))正確選取構(gòu)件。除按照戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求規(guī)定的兵器所確定的荷載進(jìn)行構(gòu)件的正常設(shè)計(jì)外,還需要對構(gòu)件做運(yùn)輸、安裝過程的強(qiáng)度驗(yàn)算,避免結(jié)構(gòu)在受理過程中出現(xiàn)過多的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

        3.2 重量輕

        嚴(yán)格規(guī)定構(gòu)件總重量和單個(gè)構(gòu)件最大重量的要求,以便于運(yùn)輸、搬運(yùn)和組裝。單個(gè)構(gòu)件的重量限制是根據(jù)運(yùn)輸安裝條件確定的,重構(gòu)件的單重考慮到常用的運(yùn)輸車輛和吊裝設(shè)備能力,輕構(gòu)件的單重根據(jù)人力短途運(yùn)輸條件確定,在山地條件下要能夠滿足人工搬運(yùn)或畜力馱運(yùn),同時(shí)也要便于無機(jī)械輔助下的人工裝配。

        3.3 類型(數(shù)量)少

        結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸要力求標(biāo)準(zhǔn)化(模數(shù)化),以減少規(guī)格便于成批生產(chǎn)。要盡量設(shè)計(jì)成通用構(gòu)件,以求一件多用。同時(shí),在設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮到加工制作、運(yùn)輸安裝的具體條件。如構(gòu)件(包括接頭)的形狀和構(gòu)造不宜太復(fù)雜,聯(lián)結(jié)附件盡量少并力求簡化。

        3.4 不影響工事原有功能

        不論在工事何處,以何種形式加入變形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),都不能妨礙工事原有的功能和作用,不影響整體防護(hù)及偽裝效果。

        4 結(jié)束語

        為適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭特點(diǎn)和作戰(zhàn)樣式的深刻變革,讓野戰(zhàn)工事繼續(xù)發(fā)揮其優(yōu)勢作用,本文探討了變形結(jié)構(gòu)在野戰(zhàn)工事中的應(yīng)用。在野戰(zhàn)工事中加入變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使得原有筑城工事機(jī)動性和便攜性更高,戰(zhàn)場運(yùn)用更加靈活。應(yīng)對變形結(jié)構(gòu)在野戰(zhàn)工事中的應(yīng)用展開更加深入系統(tǒng)的研究,確立變形結(jié)構(gòu)工事的制式化標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用規(guī)程,提高信息化條件下野戰(zhàn)工事實(shí)際應(yīng)用水平。

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