變形結構在野戰工事中的應用探討

房建國，崔傳安，張 鑫，尹兆昆

（陸軍工程大學，江蘇 南京 210007）

在信息化戰爭背景下，軍事科技不斷發展，武器裝備不斷推陳出新，給戰場目標的生存帶來了嚴重的威脅。而野戰工事則是部隊戰斗力發揮的重要保障。戰時有良好的工事做依托，可以大大增強部隊的信心，減少人員與武器裝備的毀傷，發揮武器裝備的效能。變形結構是一種可變形的結構形式，多應用于機械和航天等領域，例如工程機械臂、航天衛星展開式電池陣等。變形結構的設計和形式，可以給野戰工事發展帶來新的思路和方向。在某些野戰工事的設計中加入變形結構形式，可以有效彌補傳統野戰工事的不足。結合變形結構的特點和當前野戰工事應用實際，本文針對變形結構在野戰工事中的應用展開幾點探討。

1 變形結構的基本概念

本文所述的變形結構并不是一種新型的結構形式，在傳統的制造業、工程機械和航空航天等多領域已經有較多的應用，是以功能需求為基礎，通過一定的機構或結構設計，形成相互配合，實現伸縮、折疊、旋轉等功能的一類結構統稱。

1.1 工程機械領域的變形結構

變形結構在工程機械領域的應用較為常見，挖掘機械、鏟土運輸機械、工程起重機械、工業車輛等，其挖掘、裝卸載等基本作業功能的實現都依靠變形結構完成。以單斗反鏟液壓挖掘機為例，由于其可在工作范圍內按任意角度旋轉，挖臂采用人體手臂仿生設計，可實現折疊、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，是應用范圍最為廣泛的挖掘機。

1.2 航天領域的變形結構

在宇宙空間中，太陽翼，即太陽能帆板，是衛星的能量來源，它的展開機構也采用變形結構設計。太陽翼作為一種收集太陽能的裝置，衛星發射時太陽翼處于折疊狀態，星箭分離后打開并在衛星飛行過程中不斷調整方向，使太陽能電池對準太陽，為整星工作提供能量。太陽翼的展開機構有充氣式展開機構、薄殼式展開機構、鉸鏈式展開機構、盤繞式展開機構等多種形式。與工程機械領域有所不同，太陽翼所用變形結構是空間展開機構，在運營狀態剛度較高。

1.3 建筑與家具領域的變形結構

在建筑領域，可變形建筑已成為國內外研究的新興熱門項目之一。武漢邁特國際集成房屋有限公司研發的可折疊房屋，2018 年于國內首次亮相“2018 武漢馬拉松大賽”，模塊運輸到現場后可以實現各種組合，一般僅用24 h 即可安裝完成一套房屋。英國的Ten Fold Engineering 公司開發的模塊化房屋，可以自動展開并且部署房屋結構，整個過程只需要不到10 min 的時間，并可根據需要進行組合和擴展，以實現更大空間的房屋。在家居領域，近年來受地產行業影響，為了在空間有限的情況下，科學地提高空間使用效率，家具領域出現了較多的可變形結構設計，如折疊式沙發、餐桌和椅子等，與傳統家具相比，折疊式家具具有體積小、省空間、攜帶方便、易于運輸等優點（圖1、圖2）。

圖1 武漢某公司研發的折疊式房屋

圖2 Ten Fold Engineering 公司研發的折疊式房屋

2 變形結構在野戰工事中的具體應用分析

對上述變形結構進行分析可知，在設計中引入變形結構，可以實現裝備或產品多種外形的變化，從而更有針對性地應對不同的場景或功能需要。在軍事上，野戰工事具有機動性好、易于隱蔽、構筑時間短、目標小等優點，并且，野戰工事一般也具有運輸、使用和移動等多種應用場景當中，因此在野戰工事中加入變形結構應用，可以在運送時收束，在使用時展開，進一步提高工事的機動性，縮短構筑時間，有利于實現工事制式化標準化，具有良好的應用前景。經過研究分析，變形結構主要可以應用在以下筑城工事之中。

2.1 適時變形偽裝遮障

精確制導武器已成為信息化戰爭的重要作戰裝備，其特點是命中精度高、破壞威力大，大大縮短了從發現到命中的過程，在現代戰爭中發揮了突出的作用。精確制導武器的常用制導方式有：指令、慣性、電視、紅外、激光、厘米波、毫米波、GPS、地形匹配、數字景像匹配等，以及由多種制導方式組成復合制導和多模制導。其中，紅外和數字景象匹配制導，是將作戰前期偵查捕獲的目標紅外成像或數字景象，錄入到武器制導存儲器中，制導武器在飛行末段，不斷將探測器收集的實時偵查數據與存儲數據進行匹配，更改飛行角度和路線，以實現精確引導打擊。

因此，對于洞庫工程口部，利用變形結構設計，輔以新型雷達、紅外吸波和反射等復合材料，研制新型可變形偽裝遮障，在戰時，針對敵紅外和景象匹配制導，根據需要適時進行實時改變目標特征，使某些制導武器在目標識別時產生迷茫，不能將所攻擊目標與前期偵查景象相匹配，即無法有效命中目標，從而提高目標生存率。其目的既可對付“偵查”，又對付“制導”（圖3）。

圖3 適時變形偽裝遮障技術路線示意圖

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，供機械、車輛、彈藥、物資用的掩蔽所。但目前在部隊配備的制式掩蔽工事在實際應用中大多存在一些問題，例如：工事構件種類多、重量大、數量多，特別是裝配式掩蔽工事，在組裝、運輸過程中，經常出現構件混亂、遺失的情況，使得工事構筑效率低下；工事機動性較差，作戰時轉移耗費時間長。掩體方面，構筑時間受土壤結構和孔隙性影響大，時效性和機動性差，不適應信息化機動作戰的要求。

在掩蔽部工事中加入變形結構設計，如研發折疊式集裝箱工事，其既可以現地整體使用，不用進行構建組裝，又可以進行分解運輸，裝卸載和現地定位使用方便，通過氣壓桿等機械輔助機構，幾人協力即可完成折疊，大大節省了時間和人力；利用碳纖維等輕質高強材料，輔以變形結構，研制可變形單人掩體，在收束變形狀態下可單兵攜行，使用時只需利用現地條件，簡要平整地形，將其展開即可使用。相較于傳統掩蔽工事的構筑作業過程，有效提高了機動性和作業效率。

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、水等構成的障礙物，是現代戰場工程設施的重要組成部分，是遲滯敵人行動的主要手段，也是劣勢裝備軍隊戰勝優勢裝備敵人的有效措施，在戰場上對于阻滯敵軍行動，掩護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，運輸不便，布設時間長。如傳統鋼菱形拒馬，單個重量為75 kg，由角鋼和鋼板采用剛性連接成“X”形，在運輸中占用空間較大，浪費了寶貴而有限的戰場投送資源。

因此，在筑城障礙物的設計中加入變形結構，如折疊和伸展機構，在保證原功能和作用效果的基礎上，將原不規則的筑城障礙物拆解、折疊、收縮為較規則形狀存放和運輸，在使用時較少的人力和運力就可以完成運輸組裝，并可加入轉動機構，根據需要調整障礙面對方向，從而有效提高筑城障礙物的使用效率。

3 野戰工事中變形結構設計實現的基本要求

3.1 工作可靠

變形過程中應保證結構穩定，變形結束狀態構件和聯結節點的強度應滿足使用要求，保證具備一定的防護能力（一般從規定的防護等級中選定）。在抗常規武器方面，應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。應根據節點在現場實際的裝配情況（工作狀態）正確選取構件。除按照戰術技術要求規定的兵器所確定的荷載進行構件的正常設計外，還需要對構件做運輸、安裝過程的強度驗算，避免結構在受理過程中出現過多的應力集中現象。

3.2 重量輕

嚴格規定構件總重量和單個構件最大重量的要求，以便于運輸、搬運和組裝。單個構件的重量限制是根據運輸安裝條件確定的，重構件的單重考慮到常用的運輸車輛和吊裝設備能力，輕構件的單重根據人力短途運輸條件確定，在山地條件下要能夠滿足人工搬運或畜力馱運，同時也要便于無機械輔助下的人工裝配。

3.3 類型（數量）少

結構構件尺寸要力求標準化（模數化），以減少規格便于成批生產。要盡量設計成通用構件，以求一件多用。同時，在設計的各個環節都要考慮到加工制作、運輸安裝的具體條件。如構件（包括接頭）的形狀和構造不宜太復雜，聯結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構的設計，都不能妨礙工事原有的功能和作用，不影響整體防護及偽裝效果。

4 結束語

為適應信息化戰爭特點和作戰樣式的深刻變革，讓野戰工事繼續發揮其優勢作用，本文探討了變形結構在野戰工事中的應用。在野戰工事中加入變形結構設計，使得原有筑城工事機動性和便攜性更高，戰場運用更加靈活。應對變形結構在野戰工事中的應用展開更加深入系統的研究，確立變形結構工事的制式化標準和應用規程，提高信息化條件下野戰工事實際應用水平。