新型攜式涉渡救援器材的研制

　　摘要：介紹了新型便攜式涉渡救援器材的設(shè)計(jì)參數(shù)、工作原理、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成，多用途功能及其自主創(chuàng)新的研制過(guò)程。研制結(jié)果表明：該救援器材是一種似船非船、似橋非橋，而其又具有船，橋功能的獨(dú)特救援器材，非常適合于自然災(zāi)害和戰(zhàn)時(shí)應(yīng)用：當(dāng)水上固定交通設(shè)施遭到破壞，能夠快速構(gòu)建應(yīng)急通道；也可以作為冰面，沼澤地、泥石流等環(huán)境下的救援器材。并具有結(jié)構(gòu)科學(xué)、功能獨(dú)特，攜帶輕便、連價(jià)低廉等顯著特點(diǎn)，是一種創(chuàng)新的救援器特。
　　關(guān)鍵詞：便攜式　涉渡　救援器材　研制
　　中圖分類號(hào)：X924.4　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1672-3791(2011)Ol(a)-0092-02
　　我國(guó)地域廣闊，河流眾多，諸多河系就象人體內(nèi)的血管一樣分布于祖國(guó)的各個(gè)地區(qū)，給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)很大的方便，甚至成為哺育我們的母親河。但是，事物都具有兩面性，河流也不例外，在突如其來(lái)的災(zāi)害面前，它又會(huì)成為橫亙?cè)谌藗兠媲暗恼系K，對(duì)救援造成困難，甚至直接威脅到人們的生命安全。除了自然災(zāi)害以外，戰(zhàn)爭(zhēng)也是我們需要考慮的因素。對(duì)交通進(jìn)行全面破壞，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的必要手段。盡管我們已經(jīng)具備眾多的舟橋部隊(duì)，裝備眾多的涉渡器材，但是，地域廣闊也會(huì)鞭長(zhǎng)莫及；重型裝備由于條件限制無(wú)法進(jìn)入受災(zāi)地域或者無(wú)法短時(shí)間展開(kāi)，也會(huì)望洋興嘆。因此，研制一種能夠普遍配備于最小基層單位且攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，能夠在極短時(shí)間內(nèi)搭建完成，使涉渡人員能夠迅速通過(guò)，并且能夠承載一定重量的隨行物資的涉渡救援器材，就顯得十分必要。
　　我國(guó)北方的冰面救援及南方沼澤地和泥石流條件下的救援任務(wù)也會(huì)經(jīng)常發(fā)生。就冰面救援而言，由于無(wú)法在冰面上通行，給救援帶來(lái)很大的困難，也給施救人員帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)；沼澤地和泥石流條件下的救援也面臨同樣的問(wèn)題，都是因?yàn)闆](méi)有一種有效的施救器材，而無(wú)法迅速有效地對(duì)遇險(xiǎn)者進(jìn)行救援。如圖1，圖2所示。
　　由此，設(shè)計(jì)一種攜帶方便、能夠迅速展開(kāi)、又具有浮力并能夠使人在冰面或沼澤地上通行的制式救援器材，是非常切合實(shí)際需要的，更體現(xiàn)了對(duì)生命的尊重和關(guān)懷，有利于構(gòu)建和諧社會(huì)。
　　
　　
　　這種涉渡救援器材由于體積小、重量輕，適合單人攜帶；如果單元器材掛上推進(jìn)器，還能夠在水面上游弋；也適合在水際灘頭和泥石流條件下進(jìn)行作業(yè)；在大面積水域救援，也可以用直升機(jī)空投實(shí)施救人；單元器材可以在縱向連接，或者縱向及橫向同時(shí)連接，其用途一定還有筆者所想象不到的。至此，筆者組織有關(guān)人員共同開(kāi)展了對(duì)便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)的研制，通過(guò)對(duì)原理樣機(jī)的研制也為今后的深入研制打好基礎(chǔ)。
　　1　原理樣機(jī)的技術(shù)參數(shù)
　　(1)適用條件為低流速水面、沼澤地、冰面、水際灘頭等場(chǎng)合。
　　(2)計(jì)算浮力為11.5kN，安全載荷400kg。
　　(3)乘載人數(shù)為2人。
　　(4)雙人單側(cè)站立樣機(jī)傾斜<7。。
　　(5)樣機(jī)適用溫度范圍50℃～80℃。
　　(6)單元器材質(zhì)量≤30kg。
　　(7)成卷后直徑≤0.4m。
　　(8)長(zhǎng)度≥3.6m，縱向每隔單元器材可以對(duì)接。
　　(9)寬度≥1.6m，橫向每隔單元器材可以對(duì)接。
　　(10)圍欄高度≥0.2m。
　　(11)單元器材操作人員2人。
　　(12)單元器材展開(kāi)及裝配時(shí)間<5rain。
　　(13)碳纖維加強(qiáng)件抗彎曲強(qiáng)度≥1000MPa。
　　(14)碳纖維加強(qiáng)件抗彎曲模量≥100GPa。
　　(15)織物纖維強(qiáng)度(暫不做要求)。
　　(16)織物面密度1.8kg／m²。
　　(1 7)氣囊密度≤26kg／cm³。
　　(18)耐酸堿、耐海水等耐腐蝕能力。
　　2　工作原理及結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成
　　2.1　工作原理
　　便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)是一種似船非船、似橋非橋的特殊結(jié)構(gòu)，但是其同時(shí)具備船和橋的功能，另外，還具備在沼澤地和水際灘頭以及泥石流條件下抗沉陷的能力。其體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、安裝迅速，不僅可以配備于專業(yè)部門(mén)，還可以普遍配備于最低基層單位，當(dāng)面臨突發(fā)事件時(shí)，可以在在最短時(shí)間內(nèi)迅速構(gòu)建出一條條生命通道(如圖3)。
　　便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)主要由織物、支撐桿件、氣囊構(gòu)成，正是考慮到原理樣機(jī)，所以使用一般的制造技術(shù)將其形成一個(gè)整體?？椢锉砻娌捎酶叻肿幽z液進(jìn)行閉孔防滲處理，器材周邊留有系留孔和布質(zhì)拉手，便于器材的連接和攀扶。氣囊為自充氣，不需要配備氣源。平時(shí)以成卷形式存放，使用時(shí)松開(kāi)系帶，打開(kāi)拉鏈，大約60s時(shí)間氣囊充氣完畢，器材呈矩形平面，四周?chē)鷻诟?00ram，寬200mm，橫向支撐“龍骨”有序排列；然后在器材底部插好縱向承重“龍骨”，即可下水或者投入其他使用狀態(tài)。
　　2.2　結(jié)構(gòu)組成
　　便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)的橫向支撐“龍骨”和縱向承重“龍骨”是采用碳纖維／環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料制成。碳纖維是近20年來(lái)已經(jīng)發(fā)展成熟的一種高新材料，具有高強(qiáng)度、高模量、耐疲勞、質(zhì)輕等優(yōu)異的特性，廣泛用于航空航天做結(jié)構(gòu)材料使用。環(huán)氧樹(shù)脂也是在熱固性塑料中力學(xué)性能和耐腐蝕性能都比較突出的材料。因此，通常碳纖維是以環(huán)氧樹(shù)脂為基體復(fù)合使用。碳纖維“龍骨”具有很高的抗彎強(qiáng)度和剛性，而且質(zhì)輕，用于便攜式多用途涉渡器材是比較科學(xué)合理的選擇。
　　橫向支撐“龍骨”在便攜式多用途涉渡救援器材中的作用是擴(kuò)張織物體，使織物體在橫向上被固定，同時(shí)橫向支撐“龍骨”也承受載荷。所使用的碳纖維橫向支撐“龍骨”，其尺寸為1600mm×26×4mm。排列間距為80mm。該截面數(shù)據(jù)是采用“GLM-123輕質(zhì)路面碳纖維加強(qiáng)桿項(xiàng)目”的設(shè)計(jì)結(jié)果。因?yàn)闄M向支撐“龍骨”在工作時(shí)受彎曲力，只要“龍骨”彎曲位移小于材質(zhì)允許位移時(shí)，就不會(huì)發(fā)生斷裂。26mm×4mm截面的試件，其跨距70mm時(shí)的最大位移為354mm，而橫向“龍骨”最大跨距為400mm，加之80mm的橫向排列間距，確保踩踏時(shí)有2～3根“龍骨”能夠同時(shí)受力，又由于橫向支撐“龍骨”被植入織物之中，具有極好的穩(wěn)定性。所以，橫向支撐“龍骨”的強(qiáng)度是有充分保證的。
　　便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)，其橫向是被支撐“龍骨”固定的，其縱向卻仍然是柔軟的。因此，可以收卷以便于攜帶。所以，我們將縱向承重“龍骨”作為附件，使用時(shí)進(jìn)行裝配?？紤]到縱向承重“龍骨”需要很好的剛性和質(zhì)輕，因此，也采用碳纖維制作，并做成插節(jié)式。
　　碳纖維縱向承重“龍骨”在該器材中起承受全部載荷的作用，同時(shí)在縱向上對(duì)該器材起固定作用，使該器材形成一個(gè)穩(wěn)定的構(gòu)造。由于碳纖維承重“龍骨”被置于該器材底部呈凸起狀，也有利于該器材在冰面上的滑行。
　　2.3　系統(tǒng)組成
　　氣囊也是便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)的重要部分，是該器材的圍欄，為該器材提供浮力。氣囊內(nèi)部材質(zhì)為聚氨酯泡沫，外部材質(zhì)為化纖定型織物，具有高強(qiáng)度。整個(gè)氣囊具有低密度和高壓縮比。考慮到該器材在基層非專業(yè)單位使用，和緊急情況下的使用，難有專門(mén)的充氣裝置，因此，我們采用自充氣氣囊。使用時(shí)，只要解開(kāi)系帶，打開(kāi)拉鏈，將氣嘴蓋拔出即可迅速充氣，約60s可完成充氣，迅速投入救援工作。
　　便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)的織物體，是采用普通工業(yè)用布，該織物具有一般的強(qiáng)度，原理樣機(jī)也暫不考慮耐化學(xué)穩(wěn)定性和抗低溫性。在縫制工藝上采用簡(jiǎn)單縫編方法。使碳纖維橫向支撐“龍骨”和織物體緊密結(jié)合，具有較好的整體性?？椢矬w上下表面用高分子膠液進(jìn)行織物閉孔防滲處理，使織物體平挺防滑。
　　自充氣囊被縫制在織物體中，并在設(shè)計(jì)位置制作系留孔和布質(zhì)把手，系留孔便于單元器材的互相連接，布質(zhì)把手則便于使用人員攀扶。
　　總之便攜式多用途涉渡救援器材原理樣機(jī)，其整體呈鏈板式構(gòu)造，既具有硬挺的特性又有柔軟的一面，構(gòu)思獨(dú)特。制造上采用高性能碳纖維復(fù)合材料，在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)，具有一定的新穎性和實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。
　　3　對(duì)今后實(shí)用樣機(jī)制造的指導(dǎo)意義
　　2009年10月25日，便攜式多用途涉渡器材原理樣機(jī)在南京遠(yuǎn)大新紡織聯(lián)合有限公司制作完成，并進(jìn)行了水面實(shí)地測(cè)試。原理樣機(jī)重量為26kg，使用簡(jiǎn)便；樣機(jī)下水后，實(shí)際乘載2人(平均體重75kg)，樣機(jī)實(shí)際吃水<30mm；雙人單側(cè)站立后樣機(jī)略有傾斜，可以在樣機(jī)內(nèi)部自由行走；碳纖維橫向支撐“龍骨”和縱向承重“龍骨”均未發(fā)現(xiàn)受力變形的現(xiàn)象，其強(qiáng)度和剛度是完全可以滿足的。中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院科研所有關(guān)人員以及設(shè)計(jì)、制造單位共同參加了原理樣機(jī)實(shí)地測(cè)試(如圖4)。
　　通過(guò)原理樣機(jī)的制作加工以及水面實(shí)地測(cè)試，對(duì)下一步正樣機(jī)的制造有了重要的指導(dǎo)意義。
　　(1)便攜式多用途涉渡救援器材的織物體，將采用工業(yè)滌綸長(zhǎng)絲纖維，該纖維具有很高的強(qiáng)度，很好的耐化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)越的抗低溫性，其在“NGL-123輕質(zhì)路面器材”上已經(jīng)成熟應(yīng)用。
　　(2)在織造工藝上采用獨(dú)特的編織技術(shù)復(fù)合成雙層穿桿結(jié)構(gòu)，使碳纖維橫向支撐“龍骨”和織物體結(jié)合更致密，整體性更強(qiáng)，該項(xiàng)織造技術(shù)新穎、獨(dú)特，代表了織造行業(yè)較高的水平。采用該技術(shù)織造的織物體致密、厚實(shí)，在其表面用高分子膠液進(jìn)行織物閉孔防滲處理后，能使織物體更平挺防滑、富有彈性，也能夠方便地除去凍結(jié)在器材表面的冰塊。因此，織造過(guò)程是一項(xiàng)需要解決的技術(shù)關(guān)鍵。
　　(3)白充氣囊外部面料將采用耐低溫材料，避免普通面料在低溫下的脆化。
　　專業(yè)部門(mén)有自備充氣裝置，因此該涉渡救援器材也可以采用充氣式氣囊，因?yàn)闅饽依餂](méi)有了填充物，成卷后的直徑將大為減小，涉渡救援器材的長(zhǎng)度可以成倍提高。
　　(4)如果需要進(jìn)一步提高器材在水面上的穩(wěn)定性，提高其通載性能，可以將該器材做的更寬、更長(zhǎng)一些，無(wú)論是碳纖維復(fù)合材料加工還是織物織造及縫制，在目前的工藝條件下都還是允許的。
　　便攜式多用途涉渡救援器材是我們?cè)谘兄啤拜p質(zhì)路面器材”的基礎(chǔ)上，衍生出來(lái)的一種新思路，主要針對(duì)抗災(zāi)領(lǐng)域和戰(zhàn)時(shí)的涉渡救援以及消防領(lǐng)域內(nèi)各種遇險(xiǎn)情況下的救援用途。繼續(xù)展開(kāi)這個(gè)新型涉渡救援器材的研制工作直至產(chǎn)品定型，還是具有一定經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的。我們寄希望于有關(guān)部門(mén)和單位關(guān)注和支持我們的研制工作，也歡迎來(lái)自各個(gè)方面的合作，共同推進(jìn)該產(chǎn)品走向?qū)嶋H的應(yīng)用，也為組建非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事化行動(dòng)部隊(duì)做出貢