變形結(jié)構(gòu)在野戰(zhàn)工事中的應(yīng)用探討

房建國(guó)，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(zhēng)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(chǎng)目標(biāo)的生存帶來(lái)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(lái)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(duì)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(guò)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(jiàn)，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(yáng)翼，即太陽(yáng)能帆板，是衛(wèi)星的能量來(lái)源，它的展開機(jī)構(gòu)也采用變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。太陽(yáng)翼作為一種收集太陽(yáng)能的裝置，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)太陽(yáng)翼處于折疊狀態(tài)，星箭分離后打開并在衛(wèi)星飛行過(guò)程中不斷調(diào)整方向，使太陽(yáng)能電池對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，為整星工作提供能量。太陽(yáng)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(yáng)翼所用變形結(jié)構(gòu)是空間展開機(jī)構(gòu)，在運(yùn)營(yíng)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(guó)內(nèi)外研究的新興熱門項(xiàng)目之一。武漢邁特國(guó)際集成房屋有限公司研發(fā)的可折疊房屋，2018 年于國(guó)內(nèi)首次亮相“2018 武漢馬拉松大賽”，模塊運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)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(guó)的Ten Fold Engineering 公司開發(fā)的模塊化房屋，可以自動(dòng)展開并且部署房屋結(jié)構(gòu)，整個(gè)過(guò)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(lái)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(duì)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(duì)性地應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)景或功能需要。在軍事上，野戰(zhàn)工事具有機(jī)動(dòng)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(dòng)等多種應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)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(guò)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(zhēng)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(guò)程，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(chǔ)器中，制導(dǎo)武器在飛行末段，不斷將探測(cè)器收集的實(shí)時(shí)偵查數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)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(duì)于洞庫(kù)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(duì)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(shí)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(wú)法有效命中目標(biāo)，從而提高目標(biāo)生存率。其目的既可對(duì)付“偵查”，又對(duì)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(wèn)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(guò)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(dòng)性較差，作戰(zhàn)時(shí)轉(zhuǎn)移耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。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(dòng)性差，不適應(yīng)信息化機(jī)動(dòng)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(guò)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(jiǎn)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(guò)程，有效提高了機(jī)動(dòng)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(chǎng)工程設(shè)施的重要組成部分，是遲滯敵人行動(dòng)的主要手段，也是劣勢(shì)裝備軍隊(duì)?wèi)?zhàn)勝優(yōu)勢(shì)裝備敵人的有效措施，在戰(zhàn)場(chǎng)上對(duì)于阻滯敵軍行動(dòng)，掩護(hù)我方行動(dòng)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(zhǎng)。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(chǎng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)需要調(diào)整障礙面對(duì)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(guò)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(jí)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(chǎng)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(duì)構(gòu)件做運(yùn)輸、安裝過(guò)程的強(qiáng)度驗(yàn)算，避免結(jié)構(gòu)在受理過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)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(wú)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(jiǎn)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(yǔ)

為適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)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(shì)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(dòng)性和便攜性更高，戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)用更加靈活。應(yīng)對(duì)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。