变形结构在野战工事中的应用探讨

房建国，崔传安，张 鑫，尹兆昆

（陆军工程大学，江苏 南京 210007）

在信息化战争背景下，军事科技不断发展，武器装备不断推陈出新，给战场目标的生存带来了严重的威胁。而野战工事则是部队战斗力发挥的重要保障。战时有良好的工事做依托，可以大大增强部队的信心，减少人员与武器装备的毁伤，发挥武器装备的效能。变形结构是一种可变形的结构形式，多应用于机械和航天等领域，例如工程机械臂、航天卫星展开式电池阵等。变形结构的设计和形式，可以给野战工事发展带来新的思路和方向。在某些野战工事的设计中加入变形结构形式，可以有效弥补传统野战工事的不足。结合变形结构的特点和当前野战工事应用实际，本文针对变形结构在野战工事中的应用展开几点探讨。

1 变形结构的基本概念

本文所述的变形结构并不是一种新型的结构形式，在传统的制造业、工程机械和航空航天等多领域已经有较多的应用，是以功能需求为基础，通过一定的机构或结构设计，形成相互配合，实现伸缩、折叠、旋转等功能的一类结构统称。

1.1 工程机械领域的变形结构

变形结构在工程机械领域的应用较为常见，挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、工业车辆等，其挖掘、装卸载等基本作业功能的实现都依靠变形结构完成。以单斗反铲液压挖掘机为例，由于其可在工作范围内按任意角度旋转，挖臂采用人体手臂仿生设计，可实现折叠、伸展、挖铲等多种功能，方便可靠，操作灵活，适宜各种工况挖掘作业，是应用范围最为广泛的挖掘机。

1.2 航天领域的变形结构

在宇宙空间中，太阳翼，即太阳能帆板，是卫星的能量来源，它的展开机构也采用变形结构设计。太阳翼作为一种收集太阳能的装置，卫星发射时太阳翼处于折叠状态，星箭分离后打开并在卫星飞行过程中不断调整方向，使太阳能电池对准太阳，为整星工作提供能量。太阳翼的展开机构有充气式展开机构、薄壳式展开机构、铰链式展开机构、盘绕式展开机构等多种形式。与工程机械领域有所不同，太阳翼所用变形结构是空间展开机构，在运营状态刚度较高。

1.3 建筑与家具领域的变形结构

在建筑领域，可变形建筑已成为国内外研究的新兴热门项目之一。武汉迈特国际集成房屋有限公司研发的可折叠房屋，2018 年于国内首次亮相“2018 武汉马拉松大赛”，模块运输到现场后可以实现各种组合，一般仅用24 h 即可安装完成一套房屋。英国的Ten Fold Engineering 公司开发的模块化房屋，可以自动展开并且部署房屋结构，整个过程只需要不到10 min 的时间，并可根据需要进行组合和扩展，以实现更大空间的房屋。在家居领域，近年来受地产行业影响，为了在空间有限的情况下，科学地提高空间使用效率，家具领域出现了较多的可变形结构设计，如折叠式沙发、餐桌和椅子等，与传统家具相比，折叠式家具具有体积小、省空间、携带方便、易于运输等优点（图1、图2）。

图1 武汉某公司研发的折叠式房屋

图2 Ten Fold Engineering 公司研发的折叠式房屋

2 变形结构在野战工事中的具体应用分析

对上述变形结构进行分析可知，在设计中引入变形结构，可以实现装备或产品多种外形的变化，从而更有针对性地应对不同的场景或功能需要。在军事上，野战工事具有机动性好、易于隐蔽、构筑时间短、目标小等优点，并且，野战工事一般也具有运输、使用和移动等多种应用场景当中，因此在野战工事中加入变形结构应用，可以在运送时收束，在使用时展开，进一步提高工事的机动性，缩短构筑时间，有利于实现工事制式化标准化，具有良好的应用前景。经过研究分析，变形结构主要可以应用在以下筑城工事之中。

2.1 适时变形伪装遮障

精确制导武器已成为信息化战争的重要作战装备，其特点是命中精度高、破坏威力大，大大缩短了从发现到命中的过程，在现代战争中发挥了突出的作用。精确制导武器的常用制导方式有：指令、惯性、电视、红外、激光、厘米波、毫米波、GPS、地形匹配、数字景像匹配等，以及由多种制导方式组成复合制导和多模制导。其中，红外和数字景象匹配制导，是将作战前期侦查捕获的目标红外成像或数字景象，录入到武器制导存储器中，制导武器在飞行末段，不断将探测器收集的实时侦查数据与存储数据进行匹配，更改飞行角度和路线，以实现精确引导打击。

因此，对于洞库工程口部，利用变形结构设计，辅以新型雷达、红外吸波和反射等复合材料，研制新型可变形伪装遮障，在战时，针对敌红外和景象匹配制导，根据需要适时进行实时改变目标特征，使某些制导武器在目标识别时产生迷茫，不能将所攻击目标与前期侦查景象相匹配，即无法有效命中目标，从而提高目标生存率。其目的既可对付“侦查”，又对付“制导”（图3）。

图3 适时变形伪装遮障技术路线示意图

2.2 变形掩蔽（盖）工事

掩蔽工事是保障有生力量和装备、物资等隐蔽安全的工事。通常包括供人员用的掩蔽部、避弹所和短洞工事，供机械、车辆、弹药、物资用的掩蔽所。但目前在部队配备的制式掩蔽工事在实际应用中大多存在一些问题，例如：工事构件种类多、重量大、数量多，特别是装配式掩蔽工事，在组装、运输过程中，经常出现构件混乱、遗失的情况，使得工事构筑效率低下；工事机动性较差，作战时转移耗费时间长。掩体方面，构筑时间受土壤结构和孔隙性影响大，时效性和机动性差，不适应信息化机动作战的要求。

在掩蔽部工事中加入变形结构设计，如研发折叠式集装箱工事，其既可以现地整体使用，不用进行构建组装，又可以进行分解运输，装卸载和现地定位使用方便，通过气压杆等机械辅助机构，几人协力即可完成折叠，大大节省了时间和人力；利用碳纤维等轻质高强材料，辅以变形结构，研制可变形单人掩体，在收束变形状态下可单兵携行，使用时只需利用现地条件，简要平整地形，将其展开即可使用。相较于传统掩蔽工事的构筑作业过程，有效提高了机动性和作业效率。

2.3 变形筑城障碍物

筑城障碍物是改造地形和利用非爆炸性工程器材或冰雪、水等构成的障碍物，是现代战场工程设施的重要组成部分，是迟滞敌人行动的主要手段，也是劣势装备军队战胜优势装备敌人的有效措施，在战场上对于阻滞敌军行动，掩护我方行动具有重要作用。但部分筑城障碍物，由于自身重量和外形原因，运输不便，布设时间长。如传统钢菱形拒马，单个重量为75 kg，由角钢和钢板采用刚性连接成“X”形，在运输中占用空间较大，浪费了宝贵而有限的战场投送资源。

因此，在筑城障碍物的设计中加入变形结构，如折叠和伸展机构，在保证原功能和作用效果的基础上，将原不规则的筑城障碍物拆解、折叠、收缩为较规则形状存放和运输，在使用时较少的人力和运力就可以完成运输组装，并可加入转动机构，根据需要调整障碍面对方向，从而有效提高筑城障碍物的使用效率。

3 野战工事中变形结构设计实现的基本要求

3.1 工作可靠

变形过程中应保证结构稳定，变形结束状态构件和联结节点的强度应满足使用要求，保证具备一定的防护能力（一般从规定的防护等级中选定）。在抗常规武器方面，应明确提出抵抗的炮航弹弹种，引信的类型和工程的安全距离等。应根据节点在现场实际的装配情况（工作状态）正确选取构件。除按照战术技术要求规定的兵器所确定的荷载进行构件的正常设计外，还需要对构件做运输、安装过程的强度验算，避免结构在受理过程中出现过多的应力集中现象。

3.2 重量轻

严格规定构件总重量和单个构件最大重量的要求，以便于运输、搬运和组装。单个构件的重量限制是根据运输安装条件确定的，重构件的单重考虑到常用的运输车辆和吊装设备能力，轻构件的单重根据人力短途运输条件确定，在山地条件下要能够满足人工搬运或畜力驮运，同时也要便于无机械辅助下的人工装配。

3.3 类型（数量）少

结构构件尺寸要力求标准化（模数化），以减少规格便于成批生产。要尽量设计成通用构件，以求一件多用。同时，在设计的各个环节都要考虑到加工制作、运输安装的具体条件。如构件（包括接头）的形状和构造不宜太复杂，联结附件尽量少并力求简化。

3.4 不影响工事原有功能

不论在工事何处，以何种形式加入变形结构的设计，都不能妨碍工事原有的功能和作用，不影响整体防护及伪装效果。

4 结束语

为适应信息化战争特点和作战样式的深刻变革，让野战工事继续发挥其优势作用，本文探讨了变形结构在野战工事中的应用。在野战工事中加入变形结构设计，使得原有筑城工事机动性和便携性更高，战场运用更加灵活。应对变形结构在野战工事中的应用展开更加深入系统的研究，确立变形结构工事的制式化标准和应用规程，提高信息化条件下野战工事实际应用水平。