軍用車輛底部防護研究與發展綜述

石秉良, 王顯會, 張云, 何建清

(1.江蘇大學 汽車與交通工程學院, 江蘇 鎮江 212013; 2.陸軍汽車試驗場, 江蘇 南京 210028;3.南京理工大學 機械工程學院， 江蘇 南京 210094)

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軍用車輛底部防護研究與發展綜述

石秉良1,2, 王顯會3, 張云2, 何建清2

(1.江蘇大學 汽車與交通工程學院, 江蘇 鎮江 212013; 2.陸軍汽車試驗場, 江蘇 南京 210028;3.南京理工大學 機械工程學院， 江蘇 南京 210094)

底部防護對提高軍用車輛的戰場生存性和形成有效的乘員保護有著重要的意義，是當前軍用車輛領域研究的主要方向之一。綜述了軍用車輛底部防護技術研究、基于數字仿真的防護能力分析與結構優化、車輛底部防護能力評價、防護策略及其應用、主要車輛底部防護技術措施及能力現狀。闡述了 “V”形底部結構、基于新型材料的平板形底部結構、車輛內部結構及乘員約束系統等車輛底部防護技術措施；論述了數字仿真技術在車輛底部防護能力分析及底部結構優化方面的應用及研究情況；分析了爆炸沖擊對車輛內部乘員的影響及車輛底部防護能力試驗評價研究現狀；歸納了局部簡易防護、局部加裝防護組件、專用防護車身加組件和整體綜合防護解決方案等車輛底部防護策略；統計了現有主要防護型車輛底部防護技術措施及能力現狀。在此基礎上提出了軍用車輛底部防護技術研究重點，并對不同類型車輛底部防護能力的發展進行了展望。

兵器科學與技術； 軍用車輛； 底部防護； 研究與發展； 技術措施； 試驗評價； 防護策略

0　引言

隨著沖突性質的改變，非對稱作戰模式下軍用車輛在戰場受到的威脅也在發生改變，來自車輛底部的地雷及簡易爆炸裝置(IED)爆炸沖擊，是戰術車輛遂行任務期間面臨的重要威脅之一。爆炸沖擊波首先作用于車輛的底部結構，對整車產生劇烈的沖擊、顛覆等破壞作用，從而對車內乘員的安全產生威脅[1-2]。為實現日益明確的車輛底部防護要求，各國學者對車輛底部防護技術措施、綜合仿真分析及優化設計、爆炸沖擊對車內乘員傷害及試驗評價等方面開展了深入的研究。

為滿足戰場上的生存需求，各國對車輛采取了不同的底部防護技術措施。第二次世界大戰期間瑞士發展了具有“V”形底部結構的防護型兵員輸送車[3]。戰后，北大西洋公約組織及南非等國對車輛底部防護能力的發展較為重視。20世紀60年代，南非根據國內局勢發展需要，發展了具有較強底部防護能力的軍用車輛；隨后美國、德國、意大利等國家根據其部隊實際作戰使用需求，陸續推出了各種類型具有較強底部防護能力的車輛。這些車輛在21世紀初的伊拉克戰爭和阿富汗戰爭中得到了較為廣泛的應用[4]，明顯減少了部隊人員傷亡，受到普遍贊譽。

1　車輛底部防護技術

IED爆炸沖擊波從地面通過空氣介質作用到車輛底部，響應時間只有短短的幾毫秒，在這個過程中爆炸沖擊波從超壓到負壓多次震蕩，其作用效果與炸藥當量、起爆點與車底距離、車輛底部結構型式之間存在著復雜的耦合關系。爆炸沖擊波傳遞到車內后，對座椅等乘員約束系統和乘員之間產生的相互作用也非常復雜[5-6]。國際上，研究人員對爆炸沖擊通過接觸和非接觸方式作用于板殼結構損傷機理進行深入分析的基礎上，對提高車輛底部防護能力的技術措施進行了研究，主要集中在車輛底部結構、車內乘員約束系統、車輪及其他底部構件等方面[7-10]，取得了很多有價值的研究成果。國內以防爆炸沖擊波為核心的車輛底部防護研究工作還處于起步階段，圍繞車輛底部防護的新型結構、新型材料的研究并不多見，有關院校及科研單位開展的相關研究工作，還主要集中于車輛底部防護結構、輕質防爆材料和車輛防護能力的仿真分析等方面。

1.1“V”形底部結構

為減少來自車輛底部爆炸沖擊對車內乘員的損傷，許多學者開展了車輛底部防沖擊結構型式研究。大量研究表明，“V”形底部結構對爆炸沖擊波的置偏和傳遞到車內沖擊作用的削弱效果非常明顯，能夠有效提升車輛對乘員的保護能力，并已為中重型防護型車輛普遍采用。Ramasamy等[3]在對地雷爆炸沖擊特性研究的基礎上，分析了爆炸與車輛之間的相互作用，通過對比分析爆炸沖擊對細長條形結構與平板結構的作用效果，發現“V”形底部結構能夠有效減小傳遞到車上乘員的沖擊加速度。Kendal等[2]在研究車輛底部受到爆炸沖擊后車內乘員響應時，其試驗裝置也采用了“V”形底部結構。根據這一原理，結合爆炸沖擊波擴散的特征，瑞士在第二次世界大戰期間就研制了具有“V”形底部結構的車身，后來又發展了承載式“V”形車身，實踐證明這種結構能夠有效分散爆炸沖擊波對整車的沖擊[3]。

通常在一定范圍內“V”形結構的卸能角越小，對爆炸沖擊的置偏效果越好，但過小的卸能角會使車輛離地間隙減小或車輛高度增加，導致機動能力等主要作戰使用性能大幅降低。各國學者為尋找合適的卸能角做了大量研究工作。Anderson等[11]采用有限元模擬得出卸能角為120°和90°時，分別可削減17%和36%的爆炸沖擊能量，實際試驗結果表明分別能消減40%和60%的爆炸沖擊能量；張中英等[12]對爆炸沖擊波作用下“V”形底部結構的防護作用進行了仿真分析，得出了車身垂直方向的加速度衰減狀況在卸能角為140°～150°之間呈近似指數關系的結論；南非相關工程技術人員在某型車輛底部防護設計的工程實踐中，提出152°為較合適的卸能角。工程上車輛的“V”形底板與車身側壁的銜接通常采用分段過渡，側壁各段之間比例關系和材料厚度對車輛的防護能力和整體性能也有較大影響。進一步尋找并協調合適的卸能角、對“V”形結構側壁的各段參數進行合理優化是該方向的研究重點。

1.2基于新型材料的平板形底部結構

基于高強度材料的“V”形底部結構對置偏爆炸能量效果較為明顯，但會導致車輛的離地間隙和內部空間減小、車體外形增高，同時會使車輛的自身質量明顯增加，從而使車輛機動能力等重要使用性能受到嚴重影響。

為此，各國學者和專家一直在從吸能的角度，探索基于新型材料能使車輛具有較強防底部爆炸沖擊能力的平板形結構。這類結構能夠較好地吸收爆炸沖擊能量和振動，同時又具有輕質的特點。典型結構有“三明治”式車身底板，它由三部分組成：高硬度面板+沖擊波吸能材料+強韌性背板。即在雙層密實板之間留有適當間距，中間夾有由泡沫、可壓扁材料或鋁制蜂窩材料制成的塑性填充層，用于吸收爆炸沖擊能量，降低因爆炸沖擊引起的底板變形以及由此而引起的垂向沖擊加速度[13-14]。高硬度面板往往采用裝甲鋼防護材料，強韌性背板則大多采用高強度鋼板材料。沖擊波吸能材料應具有良好的塑形吸能能力，大多采用蜂窩結構、泡沫金屬等材料。Bazle等[15]利用LS-DYNA對密實鋁板、鋁板- 蜂窩鋁- 鋁板“三明治”結構、4層三維直交花紋纖維復合材料的吸能能力進行了仿真研究，研究結果表明，鋁板- 蜂窩鋁- 鋁板“三明治”結構在吸收爆炸沖擊能量方面較密實鋁板和纖維復合材料均有較為明顯的優勢。近年來中國兵器工業第52研究所和53研究所研究了一類輕質抗爆轟高吸能彈性復合材料[16]；北京某單位研制了一種由二氧化硅氣凝膠制成的特種納米復合防爆板。這些吸能材料都表現出獨特的抗爆炸沖擊波性能。南京理工大學車輛工程研究院在對蜂窩夾層結構不同失效機制下的臨界應力、準靜態與低速沖擊載荷下的力學性能、不同蜂窩結構在爆炸載荷下的變形特性和吸能機理等進行較為全面研究的基礎上，開展了鋁質蜂窩夾層結構在提高車輛底部防爆炸沖擊能力方面的應用研究，并通過實車試驗驗證了防爆炸沖擊效果[17]。西安交通大學機械結構強度與振動國家重點實驗室，在多年從事輕質、高強度復合結構材料研究的基礎上[18-20]，近年來以提高車輛對地雷爆炸的防護能力和保障乘員安全為目標，設計了不銹鋼波紋板、方孔蜂窩、管狀交叉以及波紋- 泡沫復合結構等為芯體的金屬“三明治”結構防爆炸沖擊板，在2 kg TNT裝藥爆炸下對上述結構的抗爆性能進行了試驗研究[21-22]。這些研究工作為進一步開展車輛底部防爆炸沖擊能力設計奠定了較好的基礎。基于“三明治”夾芯板理論、Hoff 等剛度理論、改進的 Allen 理論及蜂窩板理論，對車輛底部的輕質平板型防護結構及其材料進行進一步優化設計和選型，尋找防護能力強、結構緊湊、成本低廉的新型材料及底部結構是車輛平板型底部防護結構發展研究的主要方向[23-24].

1.3車輛內部結構及乘員約束系統

避免來自車輛底部爆炸沖擊引起的乘員損傷，不僅靠特殊的車身結構或材料減少直接傳遞到車內乘員的能量，還要合理設計座椅安裝方式和和安全帶結構形式。歐美國家很多學者對車輛防爆炸沖擊試驗中乘員替代裝置的坐姿、約束方式等在提高車輛防底部爆炸沖擊作用效果方面進行了研究。研究表明，乘員約束系統和合理的車輛內部結構能有效降低車輛受到爆炸沖擊時內部乘員受到的損傷程度。國內關于乘員約束系統安全性及車輛內部結構優化設計研究，主要集中在車輛碰撞安全領域；以爆炸沖擊防護為目標的車身結構和乘員約束系統優化研究方面的公開文獻較少。

合理地設計車輛內部座椅安裝等結構，對減少車輛內部乘員二次傷害，提高車輛應對底部爆炸沖擊的防護能力，同樣有著重要的意義。地雷爆炸沖擊作用下，車輛結構的瞬態響應很快傳遞到車內乘員，對乘員的腿部、盆骨、頸部造成較大的傷害[25]。 Pandelani等[26]利用Hybrid III 乘員替代裝置通過試驗的方法討論了地雷爆炸環境下乘員在不同坐姿時腿部傷害； Kendale等[2]通過仿真分析和試驗研究得出選用合適的腳凳材料、增加底板厚度、選用合理的約束方式和座椅固定形式均有利于減小乘員損傷程度的結論； Lafrance等[27]利用試驗和計算機仿真手段，對美軍典型的1.25 t皮卡運輸車的乘員保護系統進行了研究，以Hybrid III乘員替代裝置模擬乘員，通過研究乘員在爆炸沖擊中的響應，進而分析了防護系統的有效性。Grujicic等[28]對爆炸沖擊波作用下高機動多用途車(HMMWV)內乘員各關鍵部位的響應進行了仿真研究，進而對車輛加強防護、乘員安全帶、坐墊、頭盔、吸能座椅等措施的有效性進行了分析。針對車輛底部對爆炸沖擊的防護要求，Ramasamy等[3]利用CAE軟件仿真分析了不同座椅支撐方式、車底板墊層、軍靴、安全帶等乘員約束系統對爆炸沖擊防護能力提升的效果。

2　基于數字仿真的底部防護能力分析與結構優化

2.1數字仿真技術的發展應用

數字仿真技術在車輛底部防護領域主要用于爆炸沖擊- 車輛- 乘員系統響應的車輛底部防護能力分析和底部防護結構優化設計等方面，極大地促進了該領域相關技術的發展。尤其是Hallquist在1976年主持完成了LS-DANA軟件的開發以后，為車輛底部防護能力仿真研究提供了較好的求解工具[29]。該軟件可用于求解三維非彈性結構在高速碰撞、爆炸沖擊下的大變形動力學響應問題，其中對爆炸威脅建模提供了光滑粒子(SPH)法和任意拉格朗日- 歐拉(ALE)耦合法[30].

2.2車輛底部防護仿真分析

郭仕貴等[31]利用數字仿真計算軟件計算了不同當量的反坦克地雷的威力，并定性分析了引信等因素對反坦克地雷威力及車輛底部防爆炸沖擊能力的影響；北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室編寫了基于歐拉- 拉格朗日耦合模擬技術的爆炸仿真程序，實現了爆炸流場對結構加載和結構動力響應及對爆炸流場反作用過程的模擬，分析了爆炸作用下飛片的變形、破壞和對靶體的侵徹過程；同時通過仿真對船體救生艙的多種板殼結構進行了抗爆炸載荷模擬，提出了對薄弱環節進行局部加強提高板殼結構抗沖擊性能的方法[32-33].

Willianms等[34]利用數字仿真對預埋的7.5kg的C-4地雷替代品在加裝底部防護裝置的M113 MTVL裝甲車底部爆炸時的作用效果進行了仿真研究，分析中將整個車體分為9大部分劃分有限元單元格，并用Westine經驗公式計算節點速度，利用LS-DANA軟件進行了系統仿真分析。研究結果表明，增加的底部防護裝置能夠消減33%的爆炸沖擊峰值。Barker等[35]同樣利用Westine沖擊經驗公式對車輛底部受到爆炸沖擊時，車輛底板的速度響應進行了分析，為進一步研究乘員下肢運動提供了理論依據。各國學者在研究中發現，爆炸沖擊是一個復雜的大變形、強非線性的瞬態過程，即使采用有效的非線性分析工具，也難以完全復制或等效出實際的物理系統，由于材料參數、模型參數、制造工藝、試驗條件、仿真屈曲與沙漏能控制等諸多方面均存在一定的不確定性[36-37]，仿真分析結果往往也具有不確定性，該不確定性導致了結構性能響應指標的波動。Kennedy等[38]將仿真優化設計中不確定性來源主要歸結為參數不確定性、結構不確定性、算法不確定性、試驗不確定性、插值不確定性等，在這些不確定因素存在的情況下，準確地建立描述實際物理系統的數學預測模型顯得十分困難。

2.3車輛底部防護優化設計

隨著計算科學的發展，多學科、多目標優化設計方法被廣泛應用于包括車輛在內的機械系統設計領域。近年來歐美國家陸續將多學科、多目標優化方法應用到車輛底部防爆炸沖擊結構優化設計方面。

在車身底部爆炸沖擊波防護技術研究中，涉及到的影響因素很多，一些因素不僅對車輛的防護性能有影響，還對車輛的其他性能(如：機動性和通過性等)產生影響。Grujicic等[39]融合了機動性與防護性要求，對HMMWV增強防護前后的越野性能開展了多學科對比仿真分析研究，研究結果表明，增強防護后車輛的機動能力、制動性能大幅降低，急轉向過程中發生側翻的可能性也大幅增加。Lou等[40]以車身連接緊固件為對象，以爆炸沖擊防護強度和輕量化為目標進行了優化研究。研究結論表明：由套筒和墊圈組成的橡膠緊固件，能較好地減小傳遞到車身和連接螺栓的沖擊載荷。Mohamed等[41]則以美國陸軍M113車身結構為例，利用LS-DANA進行計算，對車身側板與底板之間連接件的搭接長度和厚度進行了優化，得到了延長搭接件或減小其厚度均會使目標函數值明顯下降的結論。后續又有人深入研究了在更高沖擊載荷作用下連接件在減小沖擊傳播時的塑性變形能力和連接件在不同類型載荷下(如炮彈爆炸沖擊等)的魯棒性特性[36]。Bocchieri等[30]于2009年將基于仿真設計(SBD)方法應用于車輛底部防護性能設計，分別建立了預埋地雷和IED的爆炸威脅模型，以降低車輛結構響應和提高乘員生存性為邊界條件，對M113A3型人員輸送車和增強防護的C2500皮卡車的底部結構及內部乘員約束系統進行了優化設計，對節約項目開發資金和降低時間成本產生了明顯效果。

近年來南京理工大學車輛工程研究院與陸軍某部和相關企業合作，圍繞車輛底部防護問題進行了探索研究，利用LS-DANA軟件，系統開展了多型戰術車輛底部防護能力仿真分析、提出了部分車型的底部防護結構優化方案，并進行了試驗評價研究，取得了一定進展[42-46].

根據研究對象不同，多學科多目標優化設計在建模方法、設計過程、分析方法、求解策略和優化算法等方面仍存在著諸多難題需要解決。考慮在參數不確定條件下進行大規模復雜系統的優化設計也是當前學術界與工業界研究的熱點[47]。然而由于實際工程經驗難以定義精確的數據不確定性信息，如何有效地量化數據不確定性[48]是成功進行復雜系統優化設計需解決的關鍵問題。

3　車輛底部防護能力評價

3.1車內乘員響應分析

爆炸沖擊下車內乘員響應是各國學者研究的熱點之一。Horst等對爆炸沖擊作用在車輛底部車內乘員的安全性進行了仿真分析和試驗研究，包括腳、小腿在內的下肢受到車輛底板作用力后迅速上抬，容易受到沖擊力和與別的物體的觸碰傷害[49]。爆炸過程中車內Hybrid III乘員替代裝置下肢局部運動情況仿真結果與試驗結果對比如圖1[49]所示。

圖1　　　　爆炸沖擊下Hybrid III假人下肢運動情況試驗(左)與仿真(右)分析對比[49]Fig.1　Experimental (left) and numerical (right) examples of leg responses of Hybrid III dummy under explosion shock[49]

Lafrance等[27]以Hybrid III乘員替代裝置模擬了在1.25 t皮卡運輸車受到底部爆炸沖擊時其內部乘員的響應。Kendale等利用MADYMO軟件對爆炸沖擊作用下車內乘員的響應進行了研究，通過將仿真人體響應與試驗結果對比驗證了仿真模型的合理性[2]。Grujicic等[28]對爆炸沖擊波作用下HMMWV內乘員各關鍵部位的響應進行了仿真研究。加拿大Williams等利用LS-DYNA軟件及其自帶簡易人體模型對輕型防護型車輛(ALV)受到來自底部的爆炸沖擊時，對無約束條件下車內乘員的行為進行了數字仿真研究， 6 kg C-4爆炸物在左側中間車輪處爆炸時，無約束條件下車內乘員反應過程的仿真結果見圖2[50].

圖2　　　　6 kg C-4炸藥在左側中間車輪下爆炸時車內乘員整體響應過程(車頭朝右)[50]Fig.2　Sequence of crew reactions to the detonation of a 6 kg C-4 surrogate under the left mid-wheel (vehicle faces to the right)[50]

3.2車輛底部防護等級威脅

自從相關能力要求提出以來，車輛底部防護能力試驗評價及相關研究工作就備受重視，對車輛在戰場上受到底部爆炸威脅進行合理規范是對車輛底部防護能力進行合理評價的基礎。2004年北大西洋公約組織針對后勤及輕型裝甲車輛的乘員保護能力等級發布了STANAG 4569(Edition 1)標準[51]，2012年又針對裝甲車輛其中將車輛的乘員保護能力等級發布了STANAG 4569(Edition 2)標準[52]，這兩個標準均將車輛底部受到的威脅根據爆炸物當量不同劃分為手榴彈等小型爆炸裝置、爆炸物質量為6 kgTNT當量、8 kgTNT當量和10 kgTNT當量4個等級；1級爆炸物在車輛底部任何部位爆炸，2～4級根據爆炸物爆炸位置分別在車輪(履帶)下和車輛底部中心下方，又分為a和b兩種情況，共4級7種[51-53]威脅模式。南非車輛底部防護試驗評價標準RSA-MIL-STD-37中，將車輛受到的威脅統一定義為爆炸物質量為8 kgTNT當量在車輛底部任何位置爆炸[54]。

3.3車內乘員損傷等級及評價指標

車輛受到地雷和簡易裝置的爆炸沖擊引起的乘員損傷等級的劃分，可參考國際簡明創傷分級標準(AIS)。簡明創傷分級標準自1969年由美國醫學會和美國汽車醫學學會制定以來，經歷了多次修訂，最終發展為目前國際通用的1990版。簡明創傷分級標準將人體損傷等級從皮膚(包括擦傷與燒傷)、頭顱部、頜面部、頸部、胸部、腹部及盆腔內臟器、脊柱、上肢、下肢等9個方面，劃分為輕度創傷、中度創傷、重度創傷、嚴重創傷、危重創傷、極重創傷等6個等級，各等級損傷分別對應用符號AIS1～AIS6表示。在討論車輛對乘員的保護能力時通常定義為車輛受到襲擊后，導致乘員產生AIS2級的風險不超過10%[49]。

為了對車輛的底部防爆炸沖擊能力做出合理的評價，北約成立了專項研究小組，對車輛基于乘員保護的防護能力評價指標體系、指標限值和試驗方法進行了研究。該小組基于生物醫學研究成果，對人體頭部、頸部、腰椎、小腿及內臟器官的承受極限進行了研究，提出了包含小腿脛骨壓力峰值、胸腰椎動態響應系數、頸部壓縮力、向前彎矩峰值、向后彎矩峰值等基于人體損傷的評價指標體系；根據醫學研究成果確定的人體各個部位耐受情況，結合車內乘員在車輛受到來自底部的爆炸沖擊時損傷程度達到ASI2級及以上不超過10%的要求，確定了各指標限值[49]；制訂了地雷爆炸威脅下后勤及輕型裝甲車輛乘員防護能力評價試驗方法標準AEP-55 Volume 2[55]，明確了車輛底部防護強制執行標準及界限值，見表1.

表1　強制執行標準及界限值

3.4車輛底部防護能力試驗

地雷及IDE等爆炸產生的強大沖擊波直接作用在車輛底部，進而對車輛及其內部乘員造成巨大傷害。車輛底部防護研究的主要目的是如何采取有效措施保護車輛內部乘員，以乘員保護為核心的車輛底部防護能力評價與試驗研究長期以來受到人們的普遍關注。Reineckea等[54,56]和Ahmed等[57-58]在對爆炸沖擊特性試驗研究的基礎上，采用AEP-55第2卷 第1版和RSA-MIL-STD-37試驗評價標準，開展了車輛底部防護能力試驗評價及試驗預測研究工作，試驗中主要采用Hybrid III 乘員替代裝置和假腿裝置采集乘員損傷數據，見圖3(a)。同時，為更加準確地獲取試驗數據，解決Hybrid III乘員替代裝置小腿傳感器不能很好地反映垂向沖擊的問題，研究小組開發了THOR-Lx小腿測試裝置，見圖3(b)。

圖3　車輛底部防護能力測試裝置Fig.3　　　　Test device for testing floor protection ability of vehicle

目前，車輛底部防護能力的試驗評價及相關研究工作主要是以乘員保護為中心，在此方面進一步合理制定乘員損傷評價指標及評價試驗方法，確定合理的評價限值是后續研究工作的重點。前期的相關研究及試驗評價工作對車輛自身的戰場生存能力關注較少，車輛在不喪失基本任務能力的前提下能夠承受的威脅等級，受到底部爆炸沖擊時的損傷模式及試驗評價方法等方面的研究工作可參考文獻較少。基于戰場生存能力評估，車輛受到底部爆炸襲擊時的損傷評價及試驗方法研究，是今后車輛底部防護能力試驗評價研究工作的又一重要研究重點。

4　車輛底部防護策略及應用

20世紀中后期到21世紀初，為適應戰場環境及應對國內安全形勢的需要，美國、德國及南非等國家開始重視發展車輛底部防護能力。尤其是在阿富汗戰爭和伊拉克戰爭中，由于當地惡劣的氣候和地形條件及隨時可能發生的來自輕武器、地雷、IED等的襲擊，給多國部隊造成了較大的威脅和人員傷亡，這使得具備底部防護能力車型得到了迅速發展[31]。這些車輛有的在現有車型的基礎上改裝形成，也有的是通過整體參數優化發展的新型車輛。美軍在歷次戰爭中都對車輛的底部防護非常重視，采取了多種防護策略來對其車載乘員進行保護。在綜合考慮車輛的靈活性、載重量、可行性、道路條件及維修性能等因素的基礎上[59]，在不同的階段根據不同類型車輛的使用用途，分別對車輛采取了簡易局部防護、局部加裝防護組件、專用防護車身加組件和整體綜合防護等不同的防護策略[3].

4.1簡易局部防護

簡易局部防護，是指車輛最初設計時沒有特別考慮駕駛室底部等部位的防護需求，作戰使用時戰士臨時利用戰場可獲取的橡膠塊、鋼板、沙袋等材料，對車輛乘員區部位的底部、側壁、逃生艙、側柱等結構進行局部強化，在一定程度上能夠緩解爆炸沖擊波對車輛和乘員的傷害。由于鋼板、沙袋等防護材料通常是現成的，而且可以隨著戰場局勢變化，很容易就可以在車輛上安裝和拆卸，不會永久地損害車輛的靈活性[59-60]。越南戰爭中采取簡易局部防護的典型車輛如圖4所示。

圖4　車輛的簡易局部防護Fig.4　Vehicles with simple local protection

4.2局部加裝防護組件

局部加裝防護組件，是指車輛設計時沒有特別考慮防護需求，為適應戰場環境且達到一定防護能力要求，由專門設計部門針對不同車型設計局部防護組件，使車輛底部防護能力達到一定的等級要求[61-62]。這些組件通常是可拆卸式的(即披掛式)，并按一定的程序進行設計、試制、試驗鑒定和生產，相關部門采購后發送到戰場后由士兵根據戰場環境和戰爭形勢發展的需要進行加裝。為使各類車輛更好地適應戰場環境，美軍先后為HMMWV 、中型戰術車族(FMTV)與中型戰術車輛替代車型(MTVR)等中型戰術車輛和重型拓展機動型戰術卡車(HEMTT)加裝了相應的防護組件[63-66]，并在后續的伊拉克和阿富汗戰爭中得到了應用，如圖5所示。

圖5　美國陸軍加裝防護組件的戰術車輛Fig.5　USA tactical vehicles with protection kits

4.3專用防護車身加組件

專用防護車身加組件是指在已有的車輛底盤的基礎上，為適應使用需求重新設計防護能力較強的車身。為進一步提高其局部防護能力，同時考慮加裝防護組件。2006年美軍針對戰術應用車輛提出了基于具有基礎防護能力的A車身結構加可以選擇附加的B防護組件的長期防護策略，能夠較好地滿足平時和戰時配置的需求。2009年針對提升底部防護能力的C組件也出現并得到應用[67]。專用防護車身加組件的防護策略從更換防護型駕駛室到發展防護型車輛，在各國均得到較為廣泛的應用。

第二次世界大戰期間，瑞典就以“V”形底部結構的專用車身，發展了SKPF M/42防護型人員輸送車[3]。為應對阿富汗和伊拉克戰場局勢，美國在20世紀末到21世紀初，以專用防護車身加組件的方式發展系列底部防護能力較強的車輛，統稱防地雷反伏擊車(MRAPV)[68]，并陸續裝備美國陸軍及其他北大西洋公約組織國家部隊。主要車型系列有“美洲獅”、“凱門鱷”、“水牛”、Maxxpro XL、RG-31和RG-33等系列。美國典型專用防護車身車輛見圖6.

圖6　美國具有專用防護車身的典型車輛Fig.6　USA typical vehicles with special protection body

20世紀七八十年代，南非為應對國內復雜的形勢，大力發展了防護能力較強的車輛，典型車型有“卡斯皮爾”[69]、“樹蛇”和“大毒蜥”等防護型車輛，這些車輛均具有較強底部防護能力；德國則以Unimog系列底盤發展了Dingo系列防護型車輛；澳大利亞以及印度等均發展了多款同類車輛。其他各國采用現有底盤發展的典型防護型車輛見圖7.

圖7　南非等國的典型防護型車輛Fig.7　Typical protected vehicless

4.4整體綜合防護解決方案

前3種防護策略均是在現有車輛或底盤的基礎上通過加改裝或改進來達到提高防護能力的目的，但由于底盤本身的局限性，導致整車的承載能力、動力性、機動性和通過性能等都有較大的損失，同時底部防護能力也達不到理想水平[50,70]，不能較好地做到機動、防護和承載三者之間的平衡。整體綜合防護解決方案，是指在車輛設計之初就將底部防護能力作為設計的邊界條件之一，綜合考慮了車輛的防護能力與承載能力、制動性能、操縱性能、平順性以及通過能力等之間的平衡，設計時就較好地解決了車輛機動、防護和承載三者之間的關系，使得整車具備較優的綜合性能。有的車型為進一步增強底部防護能力同時發展了可拆卸式底部防護組件。如美國OshKosh公司發展的全地形防地雷反伏擊車(M-ATV)和聯合輕型戰術車輛(JLTV)[71]、俄羅斯的“虎”式多用途車、意大利的輕型多用途車等如圖8所示。

圖8　采用整體綜合防護解決方案設計的防護型車輛Fig.8　　　　Protected vehicles designed with integrated protection solutions

4.5典型車輛底部防護能力分析

車輛的局部簡易防護和局部加裝防護組件防護，均是在現有車輛上通過采取臨時措施來提高其防護能力，此類車輛在設計時未考慮底部防護的特殊需求，其底部防護能力只能達到STANAG 4569 Ⅰ級要求，加裝防護組件后通常也只能達到I～II級之間的水平；采用專用防護車身加組件或整體綜合防護解決方案防護策略的車輛，車身底部結構進行了防爆炸特殊設計，能夠達到STANAG 4569 II級以上底部防護能力。

美軍從對HMMWV和HEMTT進行局部加裝底部防護組件，對中、重型戰術車輛換裝防護型駕駛室，到成系列發展MRAP、M-ATV和JLTV等防護型車輛。這些防護型車輛的底部防護能力根據車型大小不同分別達到不同防護等級，輕型車輛(戰斗全質量10 t以下)達到STANAG 4569 II級、中型車輛(戰斗全質量10～15 t)達到Ⅱ～Ⅲ級，重型車輛(戰斗全質量15 t以上)達到Ⅲ級以上[67]。

德國、意大利、芬蘭等國發展的防護型車輛的底部防護能力達到或接近美國同類車型的防護等級；南非防護型車輛的底部防護能力遠遠超出了STANAG 4569 IV級水平。詳見表2.

表2　典型車型底部防護措施及防地雷能力

5　結論與建議

5.1關于車輛底部防護能力發展

以美國為首的世界主要軍事強國多年來根據發展需要，研究了系列車輛底部防護能力解決措施，同時也發展了較為完善的防護型車輛裝備系列，滿足了部隊作戰使用需求。我軍軍用車輛通過30多年的發展，已形成了較為完善體系，但現役車輛未強調底部防護能力的發展，車輛底部防護能力是今后發展的重點之一。

1)隨著國內反恐維穩和國際維和形勢變化，車輛底部防護能力發展越來越受到相關部門的重視，為更好地適應未來使用需求，發展通用戰術車輛時應同時考慮其底部防護能力提升，同步發展具備較強底部防護能力的防護型車輛。

2)防護型車輛的發展應進行系統規劃，可參照美軍模式，根據不同使用用途分別發展輕、中、重型裝備。輕型防護型車輛應達到STANAG 4569 II級底部防護水平，中型防護型車輛應達到Ⅱ級、Ⅲ級，重型防護型車輛應達到Ⅲ級以上。

3)借鑒外軍防護型車輛發展模式，輕型防護型車輛宜采用整體綜合防護解決方案，底部采用平板結構，以較好地做到機動、防護和承載之間的相互平衡；中、重型防護型車輛可采用現有戰術車輛關鍵總成部件，底部采用“V”形結構，進行系統設計，同樣可以較好地解決機動、防護和承載之間的矛盾。

4)通用戰術車輛的底部防護能力應在發展之初予以充分考慮，具備一定的基礎防護能力(Ⅰ級以上)的前提下，可通過加裝底部防護組件將底部防護能力提升至Ⅱ級以上。

5.2關于車輛底部防護技術研究

國內外相關研究機構和學者通過多年的研究揭示了爆炸沖擊作用下車內乘員的響應機理、提出了多種有利于提高車輛乘員保護的技術措施和評價試驗方法。研究核心是車內乘員非聽覺器官免受超過一定限值的沖擊引起的損傷，主要聚焦以下三個方面：一是底部結構有效分散爆炸沖擊波，減少直接作用于車身的沖擊；二是底部結構能夠有效吸收爆炸沖擊波能量，減少向車內的傳遞，底部結構不能出現貫穿性損傷；三是車內座椅—乘員—約束系統能夠有效降低或減緩傳遞進來的沖擊載荷對人體的影響。今后研究工作的重點應側重于以下四個方面：

1)針對前期研究工作重點在于乘員安全保護，很少綜合考慮整個人- 車綜合系統安全，也沒有關注車輛自身安全性，開展爆炸沖擊波作用下車輛損傷及人- 車綜合系統損傷研究，揭示爆炸、結構、材料、乘員約束系統及人員之間的相互作用機理是未來研究重點之一。

2)針對技術研究中底部“V”形結構僅限于一些確定狀態的研究，沒有綜合考慮諸如角度、材料參數、結構參數的耦合關系和動態效應，“三明治”式平板型底部結構理論研究還不夠深入，新型替代結構研究沒有獲得新的突破，基于爆炸沖擊波作用下垂向作用乘員約束系統安全性研究成果不多見等問題，應開展包括乘員約束系統在內的車輛底部防護構型研究，探索爆炸沖擊波與車身底部結構、材料和乘員約束系統間的作用關系，研究參數變異對系統性能響應的影響，提出相應構型優化設計方法和規律。

3)構建爆炸沖擊作用下包含車輛自身防護和乘員保護能力在內的綜合評價指標體系，參照現有研究成果研究提出相關指標限值和試驗評價方法；進一步研究相關測試儀器、設備及裝置，為后續開展相關研究及試驗鑒定工作提供必要的手段。

4)加強材料特性對底部防護性能的影響研究。材料特性參數如密度、彈性模量、屈服應力、失效應力、失效應變、泊松比和應變率等，尤其是對沖擊動力學敏感的動態應變率等參數的確定，是開展底部結構優化設計的關鍵因素之一。尋找具有最優吸能效率和質量的輕質材料，配合開展新型結構優化設計是值得期待的底部防護技術發展方向之一。

References)

[1]Grujicic M, Arakere G, Nallagatla H, et al. Computational investigation of blast survivability and off-road performance of an up-armored high mobility multi-purpose wheeled vehicle[J]. Journal of Automobile Engineering, 2009, 223(3): 301-325.

[2]Kendale A, Jategaonkar R, Shkoukani M. Study of occupant responses in a mine blast using MADYMO[C]∥47th Annual SAFE Symposium. San Diego, CA, US: SAFE Association, 2009: 1-13.

[3]Ramasamy A, Hill A M, Hepper A E, et al. Blast mines: physics, injury mechanisms and vehicle protection[J]. Journal of the Royal Army Medical Corps, 2009, 155(4): 258-264.

[4]張云, 譚梅鳳, 石秉良, 等. 世界軍用車輛[M]. 北京:國防工業出版社, 2013.

ZHANG Yun, TAN Mei-feng, SHI Bing-liang, et al. World military vehicles[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2013.(in Chinese)

[5]路先鋒. 基于地雷爆炸的某軍用汽車底部防護技術研究[D]. 南京:南京理工大學, 2013.

LU Xian-feng. Research on protection technology of vehicle bottom based on mine explosion [D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2013. (in Chinese)

[6]Kania E. Developmental tendency of landmine protection in vehicle [J]. Modeling and Optimization of Physical Systems, 2009(8): 67-72.

[7]王飛, 陳衛東. 爆炸沖擊載荷作用下板殼結構數值仿真分析[J]. 強度與環境, 2010, 37(4): 37-39.

WANG Fei, CHEN Wei-dong. The numerical simulation analysis of the shell structure subjected to contact explosion[J]. Structure & Environment Engineering, 2010, 37(4): 37-39. (in Chinese)

[8]Dharmasena K P, Wadley H N G, Xue Z Y, et al. Mechanical response of metallic honeycomb sandwich panel structures to high-intensity dynamic loading[J]. International Journal of Impact Engineering, 2008, 35(9): 1063-1074.

[10]Hoo Fatt M S, Palla L. Analytical modeling of composite sandwich panels under blast loads[J]. Journal of Sandwich Structures and Materials, 2009, 11(4): 357-380.

[11]Anderson J, Behner T, Weiss C, et al. Mine blast loading: experiments and simulations[C]∥ARL Research in Ballistic Protection Technologies Workshop. Herndon VA, US: ARL, 2009.

[12]張中英, 何洋楊, 王樂陽, 等. 車底結構對爆炸沖擊波響應特性影響研究[C]∥2009年全國仿真技術學術會議論文集.北京:計算機仿真雜志社,2009: 123-127.

ZHANG Zhong-ying, HE Yang-yang, WANG Le-yang, et al. Study on the bottom the structure of the car of the response characteristics of the explosive shock wave impact[C]∥Symposium of National Conference on Simulation Technology. Beijing: Periodical office of Computer Simulation, 2009: 123-127.(in Chinese)

[13]Sun J L, Vlahopoulos N, Stabryla T J , et al. Blast event simulation for a structure subjected to a landmine explosion[C]∥SAE 2006 World Congress. Detroit, Michigan, US: SAE, 2006.

[14]Kang S G, Gama B A, Yarlagadda S. Modeling the low velocity impact on thick-section composite cylinder[C]∥11th International LS-DYNA Users Conference. Detroit, MI, US: Livermore Software Technology Corp., 2010.

[15]Blaze A G, Venkat S C, John W G J. Modeling blast damage of composite plates[C]∥11th International LS-DYNA Users Conference. Detroit，MI, US: Livermore Software Technology Corp., 2010.

[16]翟文, 李峰, 王忠法, 等. 輕型防護型越野車的發展及新型抗沖擊復合材料的應用[C]∥第五屆中國越野車及改裝車大會暨軍事輪式車輛裝備發展論壇. 溫州：中國汽車工程學會越野車專業委員會, 2014:141-150.

ZHAI Wen, LI Feng, WANG Zhong-fa, et al. The development of light protective off-road vehicle and the application of new anti-shock composites[C]∥The 5th Conference of Off-road Vehicle & Special Vehicle and Development Forum of Military Wheeled Vehicle. Wenzhou: Off-road Vehicle Branch of Society of Automotive Engineers of China, 2014:141-150. (in Chinese)

[17]王顯會, 佘磊, 郭啟濤, 等. 基于抗沖擊波響應的新型蜂窩夾層結構多目標優化設計[J]. 車輛與動力技術, 2014(4): 25-30.

WANG Xian-hui,SHE Lei, GUO Qi-tao, et al. Multi-objective optimization for new honeycomb sandwich structure on blast-resistant response[J]. Vehicle and Power Technology, 2014(4): 25-30. (in Chinese)

[18]盧天健, 張錢城, 金峰. 輕質多孔材料與結構研究的最新進展[J]. 中國材料進展, 2012, 31(1): 13-25.

LU Tian-Jian，ZHANG Qian-cheng，JIN Feng. Recent progress in the development of lightweight porous materials and structures[J]. Materials China, 2012, 31(1):13-25. (in English)

[19]張錢城, 楊立博, 韓賓, 等. 非對稱結構鋁合金波紋夾層板的三點彎曲力學性能研究[J]. 應用力學學報, 2014, 31(6): 836-842.

ZHANG Qian-cheng, YANG Li-bo, HAN Bin, et al. Three-point bending properties of asymmetric aluminum sandwich panels with corrugated cores[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2014, 31(6): 836-842. (in Chinese)

[20]張錢城, 盧天健, 何思淵, 等. 閉孔泡沫鋁的孔結構控制[J]. 西安交通大學學報, 2007, 40(3): 255-270, 252.

ZHANG Qian-cheng，LU Tian-jian，HE Si-yuan，et al. Control of pore morphology in close-celled aluminum foams[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2007, 40(3): 255-270, 252. (in Chinese)

[21]張錢城, 郝方楠, 李裕春，等. 爆炸沖擊載荷作用下車輛和人員的損傷與防護研究[J]. 力學與實踐, 2014, 36(5): 527-539.

ZHANG Qian-cheng, HAO Fang-nan, LI Yu-chun, et al. Research progress in the injury and protection to vehicle and passengers under explosive shock loading[J]. Mechanics In Engineering, 2014, 36(5): 527-539.(in Chinese)

[22]多功能材料與結構教育部重點實驗室. 點陣結構與材料沖擊動力學[EB/OL]. [2015-08-03]. http:∥lmms.xjtu.edu.cn/ research/273514/.

MOE Key Laboratory for Multifunction Materials and Structures. Lattice structure and impact dynamics of materials [EB/OL].[2015-08-03]. http:∥lmms.xjtu.edu.cn/ research/273514/.

[23]Wu E, Jiang W S. Axial crush of metallic honey-combs[J]. International Journal of Impact Engineering, 1997, 19(5) :439-456.

[24]Xue Z Y, John W H. A comparative study of impulse-resistant metal sandwich plates[J]. International Journal of Impact Engineering,2004, 30(10): 1283-1305.

[25]Fujiwara H, Tokuda O, Watanabe K, et al. Optimal shock-absorbing design of a seat of a military vehicle subject to blast load (Modeling and proposal of a vehicle acceleration model)[J]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2013, 79(807): 4153-4163.

[26]Thanyani P, David R, Frans B. In pursuit of vehicle landmine occupant protection：evaluating the dynamic response characteristic of the military lower extremity leg (MiL-Lx) compared to the Hybrid III (HIII) lower leg[C]∥Science Real and Relevant Conference. Pretoria, South Africa: CSIR, 2010.

[27]Lafrance,L P, Eng P. Mine blast protection system for military support vehicles[J]. American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division,1998,361: 305-309.

[28]Grujicic M, Arakere G, Bell W C, et al. Computational investigation of the effect of up-armouring on the reduction in occupant injury or fatality in a prototypical high mobility multi-purpose wheeled vehicle subjected to mine blast[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D: Journal of Automobile Engineering, 2009, 223(7): 903-920.

[29]胡遠志, 曾必強, 謝書港. 基于LS-DYNA 和HyperWorks的汽車安全仿真分析[M]. 北京: 清華大學出版社, 2011: 11-17.

HU Yuan-zhi, ZENG Bi-qiang, XIE Shu-gang. Simulation of automobile safety based on LS-DYNA and HyperWorks [M].Beijing：Tsinghua University Press, 2011: 11-17.(in Chinese)

[30]Bocchieri R T, Kirkpatrick S W, Peterson B. Simulation- based design of vehicles exposed to blast threats for improved occupant survivability[C]∥3rd International Conference on Safety and Security Engineering. Rome, Italy: WIT Computational Mechanics, 2009: 459-470.

[31]郭仕貴, 張中英, 劉自力, 等. 反坦克車底地雷威力數值分析[J]. 兵工學報, 2010, 31(7): 968-972.

GUO Shi-gui, ZHANG Zhong-ying, LIU Zi-li, et al. Numerical simulation and analysis on power of anti-tank belly mine[J]. Acta Armamentarii, 2010, 31(7): 968-972. (in Chinese)

[32]浦錫鋒, 王仲琦, 白春華, 等. 用于爆炸流場與結構間相互作用分析的Euler-Lagrange耦合模擬技術[J]. 爆炸與沖擊, 2011, 31(1): 6-10.

PU Xi-feng, WANG Zhong-qi, BAI Chun-hua, et al. An Euler-Lagrange coupling method for numerical simulation of explosion-structure interaction[J]. Explosion and Shock Waves, 2011, 31(1): 6-10. (in Chinese)

[33]趙煥娟, 黃平, 錢新明. 救生艙板殼結構抗沖擊結構安全分析及優化對策[J]. 煤炭學報, 2013, 38(6): 1096- 1100.

ZHAO Huan-juan, HUANG Ping, QIAN Xin-ming. Structure safety analysis and optimization of refuge chamber shell under explosion load[J]. Journal of China Coal Society, 2013, 38(6): 1096-1100. (in Chinese)

[34]Willianms K, Poon K. A numerical analysis of the effect of surrogate anti-tank mine blasts on the M133, DREV TM-2000-007 [R]. Valcartier, Quebec, Canada: DRDC, 2004: 1-19.

[35]Barker C, Howle D. Predicting floor velocity of a vehicle subjected to an underbody blast event[C]∥80th Shock & Vibration Symposium. San Diego, US: Shock and Vibration Information Analysis Center, 2009: 719-729.

[36]Chen T Y, Hao J H. An efficient and practical approach to get a better optimum solution for structural optimization[J]. Engineering Optimization, 2012, 44(8): 242-265.

[37]Goel T, Hafkta R T, Shyy W. Comparing error estimation measures for polynomial and Kriging approximation of noise-free functions[J]. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2009, 38(5): 429-442.

[38]Kennedy M, O′Hagan A. Bayesian calibration of computer models[J]. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology), 2001, 63(3): 425-464.

[39]Grujicic M, Marvi H, Arakere G, et al. The effect of up-armoring of the high-mobility muli-purpose wheeled vehicle (HMMWW) on the off-road vehicle performance[J]. Multidiscipline Modeling in Materials and Structures, 2010, 2(6): 229-256.

[40]Lou K, Perciballi W, Tierney J, et al. Optimization of fastener system design for blast protection appliqués[C]∥78th Shock and Vibration Symposium. Philadelphia, PA: Shock and Vibration Information Analysis Center , 2007.

[41]Mohamed B T, Jinhua H, Brendan J O, et al. Optimization of joint design for bottom panel of a military vehicle for shock reduction under blast loading[C]∥77th Shock and Vibration Symposium. Monterey, CA, US: Shock and Vibration Information Analysis Center, 2006.

[42]Guo Q T, Zhou Y B, Wang X H, et al. Numerical simulations and experimental analysis of a vehicle cabin and its occupants subjected to a mine blast[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D: Journal of Automobile Engineering, 2016, 230(5):10.1177/ 0954407015591098.

[43]魏然, 王顯會, 周云波, 等. 帕累托最優在車輛底部防護結構設計中的應用研究[J]. 兵工學報, 2015, 36(6): 1061-1066.

WEI Ran, WANG Xian-hui, ZHOU Yun-bo,et al. Application study of protective vehicle underbody with Pareto optimality[J]. Acta Armamentarii, 2015, 36(6): 1061-1066. (in Chinese)

[44]張堃, 鄭雅麗, 王顯會, 等. 基于遺傳算法的某防護結構優化設計[J]. 車輛與動力技術, 2014, 134(2): 34-38.

ZHANG Kun, ZHENG Ya-li, WANG Xian-hui, et al. Optimization of a protective structure based on genetic algorithm[J]. Vehicle and Power Technology, 2014, 134(2): 34-38. (in Chinese)

[45]鄭雅麗, 王顯會, 張堃, 等.基于響應面法的某防護結構優化設計[J].機械工程與自動化, 2014(1):40-42.

ZHENG Ya-li, WANG Xian-hui, ZHANG Kun, et al. Protective structure optimization based on response surface methodology[J]. Mechanical Engineering and Automation, 2014(1): 40-42. (in Chinese)

[46]王顯會, 吳旭, 魏然, 等. 爆炸沖擊波作用下某軍用汽車燃油箱防護強度分析[C]∥ 2012中國汽車工程學會越野車技術分會學術年會論文集.武漢:中國汽車工程學會, 2012: 220-226.

WANG Xian-hui, WU Xu, WEI Ran, et al. The protection level analysis of a military truck’s fuel tank subjected explosive blaster wave[C]∥2012 Annual Conference of SUV Branch of SAE-China. Wuhan: Society of Automotive Engineers of China, 2012: 220-226.(in Chinese)

[47]Roy C J, Oberkampf W L. A comprehensive framework for verification, validation, and uncertainty quantification in scientific computing[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2011, 200(25): 2131-2144.

[48]Khuri A I, Mukhopadhyay S. Response surface methodology [J]. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics, 2010, 2(2): 128-149.

[49]HFM-090 Task Group 25. Test methodology for protection of vehicle occupants against anti-vehicular landmine effects, TR-HFM-090[R]. France: RTO/NATO, 2007.

[50]Williams K. Numerical simulation of light armored vehicle occupant vulnerability to anti-vehicle mine blast[C]∥7th International LS-DYNA Users Conference. Dearborn, Michigan：LSTC and ETA, 2002: 8-14.

[51]NATO. STANAG 4569 Protection levels for occupants of logistic and light armored vehicles[S]. Brussels: Allied Engineering Publication, 2004.

[52]NATO. STANAG 4569 Protection levels for occupants of armored vehicles[S]. 2nd ed. Brussels: Allied Engineering Publication, 2012.

[53]Frank D. Methods to verify protection levels[J]. Wehrtechnischer Report. 2009(6):30-32.

[54]Reineckea J D, Snymana I M, Ahmeda R, et al. A safe and secure South Africa: vehicle landmine protection validation testing[C]∥2nd CSIR Biennial Conference. Pretoria, South Africa: CSIR, 2008.

[55]AEP-55 Procedures for evaluating the protection level of logistic and light armored vehicles Volume 2[S]. Brussels: Allied Engineering Publication, 2006.

[56]Reineckea J D, Snymana I M, Ahmeda R, et al. A safe and secure S.A.: Blast characterization through impulse measurements[C]∥2nd CSIR Biennial Conference. Pretoria, South Africa: CSIR, 2008 .

[57]Ahmed R, Reinecke J D, Snyman I, et al. The design and implementation of a lower leg impact tester to assist in lower limb injury criteria research[C]∥Science Real and Relevant Conference. Pretoria, South Africa: CSIR, 2010.

[58]Pandelani T, Reinecke D, Beetge F. The evaluation of the South African surrogate leg for landmine protection injury measurements[C]∥Seventh South African Conference on Computational and Applied Mechanics. Pretoria, South Africa: CSIR, 2010: 292-302.

[59]Vehicle hardening[EB/OL]. (2011-07-07)[2013-05-07]. http:∥www.globalsecurity. org/military/systems/ ground/vehicle-hardening.htm.

[60]Ramasamy A, Hill1A M, Heppe A E, et al. Blast mines: Pphysics, injury mechanisms and vehicle protection[J]. Journal of the Royal Army Medical Corps, 2009, 155(4): 258-264.

[61]Armor survivability kit (ASK)[EB/OL]. (2011-07-07) [2014-01-07]. http:∥www.globalsecurity. org/ military/systems/ground/ask.htm.

[62]Fragmentary armor (Frag) kits[EB /OL]. (2011-07-07)[2014-02-17]. http:∥www.globalsecurity. org/ military/systems/ground/frag-armor.htm.

[63]HMMWV marine armor kit (MAK) [EB/OL]. (2011-07-07) [2015-05-07]. http:∥www. globalsecurity.org/military/systems/ground/mak.htm.

[64]FMTV RADIAN armor crew kits (RACKs)[EB/OL]. (2011-07-07) [2015-05-07]. http:∥www. globalsecurity.org/military/systems/ground/ fmtv-racks.htm.

[65]MTVR armor protection kit(APK) & MTVR Armor System(MAS) [EB/OL]. (2011-07-07)[2015-05-17]. http:∥www.globalsecurity.org/military/ systems/ground/mtvr-armor.htm.

[66]FHTV crew protection kit (CPK)[EB/OL]. (2011-07-07) [2015-05-17]. http:∥www. globalsecurity.org/military/systems/ground/hemtt-cpk.htm.

[67]Long-term armor strategy (LTAS)[EB/OL]. (2011-12-09) [2015-08-09]. http:∥www. globalsecurity.org/military/systems/ground/ltas.htm.

[68]Mine resistant ambush protected (MRAP) vehicle program[EB/OL]. (2012-10-01)[2015-08-07].http:∥www.globalsecurity.org/military/systems/ground/mrap.htm.

[69]Casspir [EB/OL]. [2015-08-03]. http:∥ www.globalsecurity.org/military/world/rsa/casspir.htm.

[70]Grujicic M, Marvi H, Arakere G, et al. The effect of up-armoring of the high-mobility multi-purpose wheeled vehicle (HMMWW) on the off-road vehicle performance[J]. Multidiscipline Modeling in Materials and Structures, 2010, 6(2): 229-256.

[71]Joint light tactical vehicle (JLTV) [EB/OL]. [2015-06-03]. http:∥www.globalsecurity.org/ military/systems/ground/jltv.htm.

An Overview of Developmentand Research on Bottom Protection Capability of Military Vehicle

SHI Bing-liang1,2， WANG Xian-hui3， ZHANG Yun2， HE Jian-qing2

(1.School of Automotiveand Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, Jiangsu, China; 2.PLA Army Automobile Proving Ground, Nanjing 210028, Jiangsu, China; 3.School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China)

Bottom protection，which is of great significance for improving the survivability of military vehicles and providing effective protection for crew，has become one of the research hotspots of the military vehicles. The research on bottom protection technique of military vehicles, the analysis of protection capability and optimization of structure based on numerical simulation, the evaluation of bottom protection capability, the bottom protection strategies and their applications, the technical measures and protection capability of typical vehicles are reviewed. The technical measures which include V-shape bottom hull, tabulate bottom floor made of new type material, interior structure of vehicle and crew restraint systems are expatiated. The application and research status of numerical simulation technology which is used to analyze the protection capability of military vehicle and optimize the bottom structure of vehicle are discussed. The research status of the effects of explosion shock on vehicle and its crew and the test evaluation of the bottom protection abilities of vehicle are analyzed. Simple local protection, locally added protection kits, special protection body with protection kits, and integrated protection solution are summed up. The bottom protection measures and capability of typical vehicles are analyzed. In addition，the future research direction and priorities of bottom protection , and how to develop the protection capability of military vehicles are suggested.

ordnance science and technology; military vehicle; bottom protection; research and development; technical measure; test evaluation; protection strategy

2015-12-27

國家自然科學基金項目(51405232)

石秉良(1974—), 男， 高級工程師, 博士研究生。E-mail: shibingliang@139.com;

王顯會(1968—)， 男， 教授， 碩士生導師。 E-mail: 13770669850@139.com

TJ81+0.38

A

1000-1093(2016)10-1902-13

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.10.018