軍用無(wú)人機(jī)裝備戰(zhàn)備方艙的設(shè)計(jì)探究

空軍勤務(wù)學(xué)院航材管理系 / 魏良民 柏林 張建峰

軍用無(wú)人機(jī)裝備戰(zhàn)備方艙的設(shè)計(jì)探究

空軍勤務(wù)學(xué)院航材管理系 / 魏良民 柏林 張建峰

軍用無(wú)人機(jī)作為新型裝備，列裝部隊(duì)時(shí)間短，生產(chǎn)數(shù)量少，其裝備保障、維修工作還相對(duì)薄弱。本文通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)裝備戰(zhàn)備方艙的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，著眼無(wú)人機(jī)裝備保障的機(jī)動(dòng)性和靈活性的提升，意在從整體上提高無(wú)人機(jī)裝備保障能力。

無(wú)人機(jī)、戰(zhàn)備方艙、裝備保障

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及軍事戰(zhàn)略思想的轉(zhuǎn)變，無(wú)人機(jī)技術(shù)逐漸在軍事領(lǐng)域大放光彩。由于具有體積小、隱蔽性好，因無(wú)人駕駛而沒(méi)有人員傷亡危險(xiǎn)，使用靈活且可長(zhǎng)時(shí)間在高威脅區(qū)域執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)等特點(diǎn)，近年來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)在我軍偵查、對(duì)地打擊等專業(yè)領(lǐng)域均得到推廣應(yīng)用。

然而，軍用無(wú)人機(jī)作為新型裝備，列裝部隊(duì)時(shí)間短，生產(chǎn)數(shù)量少，其裝備保障、維修工作還相對(duì)薄弱。在這樣的情況下，針對(duì)戰(zhàn)備方艙的設(shè)計(jì)研究，對(duì)于無(wú)人機(jī)部隊(duì)實(shí)施快速、高效、不間斷、大運(yùn)量的物資運(yùn)輸，滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)作裝備戰(zhàn)物資高消耗的需求，為無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)、訓(xùn)練提供有力保障，都具有重要意義。

一、設(shè)計(jì)需求

由于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)飛行過(guò)程中無(wú)人駕駛，而且飛行環(huán)境難以預(yù)料，一旦出現(xiàn)飛行故障，將造成飛機(jī)墜毀等嚴(yán)重事故。因此，無(wú)人機(jī)對(duì)飛行控制系統(tǒng)的可靠性和防危性，以及飛行狀態(tài)監(jiān)控、故障預(yù)測(cè)和快速診斷能力的要求都很高，各類裝備在運(yùn)輸儲(chǔ)備中要考慮對(duì)其精密度的保護(hù)。

另外，無(wú)人機(jī)要形成戰(zhàn)斗力，必須依靠地面指揮系統(tǒng)的遙控指揮。地面指揮系統(tǒng)包含信息處理、無(wú)人機(jī)操縱、溝通協(xié)調(diào)等功能，需要大量的裝備予以保障。然而目前我軍地面指揮系統(tǒng)的裝備呈現(xiàn)出需求種類多、實(shí)際數(shù)量少的狀態(tài)，因此，在無(wú)人機(jī)儲(chǔ)運(yùn)單元的設(shè)計(jì)中，要充分考慮地面指揮系統(tǒng)的裝備保障問(wèn)題，而不能僅限于無(wú)人機(jī)本身的裝備保障。

作為我軍新型信息化、數(shù)字化“殺手锏”裝備，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)均采用現(xiàn)代電子及機(jī)電技術(shù)、自動(dòng)化程度高的新設(shè)備，且設(shè)備眾多、組成復(fù)雜，對(duì)裝備保障提出了更高要求。近些年，我軍無(wú)人機(jī)型號(hào)研發(fā)、列裝呈現(xiàn)出日益增多的局面，無(wú)人機(jī)所擔(dān)負(fù)功能也各有不同，尺寸、大小也是千差萬(wàn)別，因此在裝備保障方面要對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)備方艙設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)儲(chǔ)運(yùn)單元要符合運(yùn)輸設(shè)備實(shí)際運(yùn)輸條件，以提高裝備的保障效率。

二、主要功能

設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)備方艙，是為了提高運(yùn)輸工具的空間利用率，把無(wú)人機(jī)部隊(duì)執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)所需要的裝備組合優(yōu)化，從而快速、安全、可靠地運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，使得無(wú)人機(jī)部隊(duì)順利完成各項(xiàng)任務(wù)。

戰(zhàn)備方艙作為一個(gè)移動(dòng)倉(cāng)庫(kù)和野戰(zhàn)機(jī)動(dòng)裝備保障設(shè)施，相比傳統(tǒng)的航材集裝方艙更加適應(yīng)無(wú)人機(jī)裝備保障特點(diǎn)，能夠更加合理地利用內(nèi)部空間，能夠裝載更多的無(wú)人機(jī)裝備，具有優(yōu)良的裝卸搬運(yùn)能力，能夠滿足公路、水路、鐵路及航空多種運(yùn)輸要求，能夠解決無(wú)人機(jī)部隊(duì)野戰(zhàn)條件下裝備儲(chǔ)存運(yùn)輸、快速發(fā)付和現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)等問(wèn)題。除此之外，儲(chǔ)運(yùn)單元也可以作為無(wú)人機(jī)的日常存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)，對(duì)無(wú)人機(jī)裝備進(jìn)行存放，以便于日常管理、使用。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.戰(zhàn)備方艙外部結(jié)構(gòu)的布局

無(wú)人機(jī)裝備戰(zhàn)備方艙外部形狀與軍用集裝箱類似，均是長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。戰(zhàn)備方艙外部結(jié)構(gòu)的主體部分由鋼骨架、底板、頂部防護(hù)板、門板等組成，通過(guò)角件、鉚釘?shù)炔考B接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)箱體主體部分外部結(jié)構(gòu)的整體封閉。

為了便于發(fā)付，提高環(huán)境適應(yīng)性，儲(chǔ)運(yùn)單元采用多艙門設(shè)計(jì)方式，箱體四周均設(shè)艙門，每個(gè)艙門上均設(shè)置連桿鎖用于戰(zhàn)備方艙的鎖定，其結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有航材方艙所使用的連桿鎖相似。同時(shí)，側(cè)壁防護(hù)板上設(shè)置名牌，用于對(duì)戰(zhàn)備方艙信息進(jìn)行注釋。儲(chǔ)運(yùn)箱體8個(gè)角處安裝符合集裝箱運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的角件。運(yùn)輸單元由于需要吊裝搬運(yùn)，且自身重量和載重比較大，因此在箱體頂部四個(gè)角件處設(shè)置四個(gè)吊環(huán)。為了方便儲(chǔ)運(yùn)單元的裝卸搬運(yùn)，便于叉車舉升，儲(chǔ)運(yùn)單元底盤鋼支架上設(shè)置叉車槽，如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)備方艙外部正面圖

在進(jìn)行無(wú)人機(jī)裝備戰(zhàn)備方艙外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保儲(chǔ)運(yùn)單元具有良好的性能，各個(gè)部件應(yīng)滿足我軍軍用集裝箱的通用規(guī)范要求；為了使箱體能夠承受巨大的拉伸力、重壓負(fù)荷力，并具有強(qiáng)大的抗沖擊能力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“GB/T5338-2002《系列1集裝箱技術(shù)要求和試驗(yàn)方法 第1部分：通用集裝箱》中“5.1設(shè)計(jì)總則”的技術(shù)要求。

2.無(wú)人機(jī)戰(zhàn)備方艙的內(nèi)部設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)戰(zhàn)備方艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要根據(jù)所裝載裝備的類型、尺寸大小進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于所裝載的裝備種類較多，性質(zhì)不同，在裝載過(guò)程中也有不同要求。為了最大化利用儲(chǔ)運(yùn)單元內(nèi)部空間，使得內(nèi)部空間布局合理、方便裝載與發(fā)付，在對(duì)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)備方艙內(nèi)部關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：

（1）貨架上的層板能夠根據(jù)貨物形狀、體積尺寸等需求進(jìn)行靈活調(diào)整，不僅可以增減層板的數(shù)量，而且可以調(diào)整層板的高度、位置。在符合裝載規(guī)律的前提下，內(nèi)部空間劃分要盡可能使裝載能力最大，并且使用方便。

（2）內(nèi)部空間劃分時(shí)盡量集中放置相同器材，以便于裝載和發(fā)付。對(duì)于結(jié)構(gòu)不規(guī)則的器材，應(yīng)充分考慮其特殊性，在條件允許的情況下盡可能將結(jié)構(gòu)具有互補(bǔ)性的裝備統(tǒng)一放置，以便于充分利用內(nèi)部空間。

（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局應(yīng)充分考慮外部框架結(jié)構(gòu)，與外部結(jié)構(gòu)形成良好的契合，方便貨架、層板等部件的安裝、固定，同時(shí)有利于儲(chǔ)運(yùn)單元整體承重。對(duì)于一些容易丟失、尺寸較小的零部件，要獨(dú)立設(shè)置空間。

四、材料選擇

1.防護(hù)板組件結(jié)構(gòu)

戰(zhàn)備方艙防護(hù)板主要由骨架、外蒙皮、夾芯材料和內(nèi)蒙皮組成。其結(jié)構(gòu)是骨架作為外框架，內(nèi)部由內(nèi)外蒙皮中間填充夾芯材料組成。這樣設(shè)計(jì)的原理在于，內(nèi)外蒙皮用以承受軸向載荷與徑向剪力，緩沖材料則將載荷與剪力由一塊蒙皮傳遞到另一塊蒙皮。骨架作為內(nèi)外蒙皮和夾芯材料的外框架，不僅可以提高門板與壁板的強(qiáng)剛度，而且還可以用于安裝合頁(yè)等附件。

在選擇內(nèi)外蒙皮材料時(shí)，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，彩鋼板板厚較?。ê?.5mm）、強(qiáng)度大、重量輕且具有良好的隔熱性能，經(jīng)常被用作外部結(jié)構(gòu)材料。因此，彩鋼板符合戰(zhàn)備方艙防護(hù)板性能要求，擬將其作為內(nèi)外蒙皮；骨架主要是用來(lái)提高門板、壁板的結(jié)構(gòu)剛度，槽鋼作為一種截面為凹形槽的長(zhǎng)條鋼材，具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，主要被用于建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備等，因此比較適合用作骨架材料。

2.夾芯材料的選擇

戰(zhàn)備方艙門板與壁板采用夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)外蒙皮之間填充夾芯材料，也稱為緩沖材料。夾芯材料的性能是決定戰(zhàn)備方艙夾層結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵，因此選用夾芯材料時(shí)應(yīng)考慮多種影響因素，擬采用隔熱性能好、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的材料作為夾芯材料。

根據(jù)芯材的具體種類，夾芯材料可分為三類：泡沫鋁夾芯材料、金屬型夾芯材料和聚合物泡沫夾芯材料。通過(guò)對(duì)幾種夾芯材料特性的比較，聚合物泡沫夾芯材料因用料少、質(zhì)量輕且易于加工、生產(chǎn)，更符合儲(chǔ)運(yùn)單元的特性要求，因此比較適合用于儲(chǔ)運(yùn)單元內(nèi)外層蒙皮之間的填充緩沖劑。

3.粘接劑的選擇

儲(chǔ)運(yùn)單元門板、壁板是通過(guò)粘接劑將內(nèi)外蒙皮與硬質(zhì)聚氨酯泡沫粘接而成。因此，粘接劑是關(guān)鍵材料，其綜合性能的好壞對(duì)防護(hù)板的質(zhì)量有著重要影響。硬質(zhì)聚氨酯泡沫板通常采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡法與粘接法兩種工藝成型方法，因粘接法對(duì)防護(hù)壁板質(zhì)量控制更為容易，基本可以消除板材質(zhì)量不穩(wěn)定的隱患，符合戰(zhàn)備方艙的設(shè)計(jì)要求，所以戰(zhàn)備方艙防護(hù)板擬采用粘接法成型工藝。但粘接法加工工序多，材料浪費(fèi)較大，對(duì)材料的加工精度與粘接有較高要求，因此需要一種耐溫好、韌性好的粘膠劑。

通常使用的粘膠劑有：以聚氨酯為基材的粘膠劑、以環(huán)氧樹(shù)脂為基材的粘膠劑、以增韌環(huán)氧樹(shù)脂為基材的粘膠劑、以改性環(huán)氧樹(shù)脂為基材的粘膠劑。四種粘膠劑的主要性能，如表1所示。

表2 物流園區(qū)功能分區(qū)占地面積

五、RFID技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)線射頻設(shè)別（RFID）技術(shù)在無(wú)人機(jī)裝備戰(zhàn)備方艙中采用，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)裝備器材在非接觸情況下、沒(méi)有打開(kāi)戰(zhàn)備方艙箱體的條件下，快速、精確清點(diǎn)儲(chǔ)運(yùn)單元內(nèi)物質(zhì)器材的功能。裝備器材無(wú)論是在訂購(gòu)之中、運(yùn)輸途中，還是倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存，通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)都可以實(shí)時(shí)掌握器材的所有信息。

戰(zhàn)備方艙在運(yùn)輸途中的管理功能主要是通過(guò)貼在集裝箱和裝備上的射頻識(shí)別標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)的。射頻接收轉(zhuǎn)發(fā)裝置通常安裝在運(yùn)輸線的一些檢查點(diǎn)上，例如門柱上、橋墩旁，以及倉(cāng)庫(kù)、車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等關(guān)鍵地點(diǎn)。接收裝置收到射頻信息后，聯(lián)通接收地的位置信息，繼而上傳至通信衛(wèi)星，再由衛(wèi)星傳送給控制中心，最后送入中心數(shù)據(jù)庫(kù)中使用。