彈藥無傘空投包裝技術(shù)研究

【摘要】彈藥包裝對彈藥的安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸使用起著至關(guān)重要的作用。本文綜述了彈藥無傘空投包裝技術(shù)現(xiàn)狀，對彈藥無傘空投技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究，綜合分析現(xiàn)有的彈藥無傘空投技術(shù)包裝材料及技術(shù)，通過對比研究，發(fā)現(xiàn)纖維復(fù)合材料從安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面更適合作為彈藥無傘空投的包裝材料。基于此，本文結(jié)合GJB182B的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以纖維復(fù)合材料為箱體緩沖材料構(gòu)建了空投著陸箱體沖擊狀況的仿真模型。通過仿真分析，初步得到了其著陸過程的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，結(jié)果表明以纖維復(fù)合材料為箱體緩沖材料的空投彈藥箱可以安全著陸。

【關(guān)鍵詞】彈藥|無傘空投|包裝|技術(shù)

彈藥無傘空投，就是將彈藥通過運(yùn)輸機(jī)或直升機(jī)運(yùn)送到指定戰(zhàn)場地帶的行動(dòng)，其目的主要用于支援戰(zhàn)爭為戰(zhàn)場及時(shí)補(bǔ)給彈藥以取得戰(zhàn)爭的勝利。彈藥無傘空投技術(shù)具有準(zhǔn)備時(shí)長短、投放速度快、空投包成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、著陸點(diǎn)集中、二次利用性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，逐漸變?yōu)榱水?dāng)今戰(zhàn)場上常見的彈藥補(bǔ)給手段。近些年來，隨著社會(huì)形勢日益復(fù)雜，國際形勢日益嚴(yán)峻，俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)、巴以沖突不斷升級，戰(zhàn)場態(tài)勢變化莫測，我國周圍局勢動(dòng)蕩不安，戰(zhàn)爭節(jié)奏明顯加快，對戰(zhàn)場物資補(bǔ)給技術(shù)提出更高的要求。在彈藥無傘空投過程中，包裝對彈藥可用性的保障起著最為關(guān)鍵的作用。因此，彈藥包裝材料的選擇及包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。

一、彈藥包裝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

彈藥包裝作為彈藥儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等過程的承載體，要切實(shí)保障彈藥的安全和質(zhì)量。綜合分析近年來國內(nèi)外對彈藥包裝的研究，發(fā)現(xiàn)在彈藥防護(hù)包裝方面，我國與國外還存在著不小的差距。

國外學(xué)者早早地對空投外包裝的研發(fā)產(chǎn)生了重視，并把空投包裝的研發(fā)與彈藥裝備的研發(fā)流程相互結(jié)合。美國的常規(guī)彈藥包裝共分為A、B、C三個(gè)級別[2]，最高級別為A級，在無其他防護(hù)情況下，該類包裝能夠保證彈藥在整個(gè)儲(chǔ)運(yùn)過程的安全。在彈藥包裝上，美軍還研究出了“商業(yè)包裝法”，這種包裝方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以使用能循環(huán)利用的環(huán)保型材料，大大節(jié)省包裝費(fèi)材料，而且內(nèi)外均使用波紋纖維板，用3英寸寬的預(yù)印丙烯酸系壓力敏感膠帶密封，形成一個(gè)整體的貨盤搬運(yùn)體系，極大方便了彈藥的運(yùn)輸。

現(xiàn)階段，我軍空投包裝概括起來有如下特征：品類繁雜、結(jié)構(gòu)差異明顯、工藝原料各有不同。包裝形式主要存在內(nèi)包裝和外包裝兩種；主要原料有木質(zhì)、鋼質(zhì)、玻璃鋼、塑料材料等；結(jié)構(gòu)形狀則主要有筒狀、袋狀、盒狀、籠狀、箱狀等[3]。長期以來，我國的彈藥包裝材料采用了大量的木質(zhì)材料，將其制成木質(zhì)包裝箱。張凱針對我軍歷史上彈藥包裝現(xiàn)狀[3]，提出使用復(fù)合鋁塑料作為彈藥空投包裝的主要材料，該材料經(jīng)由粘結(jié)劑、鋁箔、阻燃劑和增強(qiáng)塑料片等復(fù)合而得制成，耐高溫腐蝕、防潮、阻燃性好、能夠長時(shí)間連續(xù)使用。

二、彈藥無傘空投包裝基本技術(shù)指標(biāo)

彈藥無傘空投的目的是通過運(yùn)輸機(jī)將彈藥安全精確送至戰(zhàn)場，對戰(zhàn)爭的補(bǔ)給保障及時(shí)進(jìn)行支援。要求時(shí)間短，安全系數(shù)高，彈藥無損性強(qiáng)，投送精度高，對戰(zhàn)爭的勝利起到?jīng)Q定性作用。要滿足以上技戰(zhàn)術(shù)效果，對無傘空投包裝技術(shù)提出了一定的要求。

（一）包裝的防殉爆性

當(dāng)空投箱體中的單個(gè)彈藥出現(xiàn)爆炸，繼而使得周邊彈藥出現(xiàn)連鎖式爆炸的現(xiàn)象稱為殉爆，該現(xiàn)象對于彈藥的運(yùn)輸危害極大。故而對于空投箱而言，包裝的防殉爆性能亦是檢驗(yàn)其功能是否符合運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵參量。近些年來，彈藥庫發(fā)生爆炸的新聞數(shù)見不鮮。2006年美國駐伊巴格達(dá)軍事基地彈藥庫起火引發(fā)彈藥殉爆。2015年烏克蘭盧甘斯克州斯瓦托沃市一個(gè)軍火庫起火引起彈藥爆炸，造成2人死亡、多人受傷。2023年，希臘一空軍彈藥庫發(fā)生大規(guī)模爆炸，臺軍在軍演中，彈藥庫突發(fā)爆炸，9名士兵受傷。通過彈藥庫爆炸的案例及其造成的損失可知，提高彈藥在儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)囊直芰︼@得尤為重要。

目前，工業(yè)界主要的空投包裝箱防殉爆手段是使用特殊材質(zhì)的隔板來抵御沖擊和碎片穿透對彈藥的影響，從而有效減少彈藥爆炸后對周邊彈藥的影響[4]。

（二）包裝的經(jīng)濟(jì)性

彈藥無傘空投的包裝技術(shù)需要在保證安全性和可靠性的前提下，盡可能降低成本。通過合理的成本控制，可以提高彈藥無傘空投的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)為了降低包裝成本和減少環(huán)境影響，彈藥無傘空投包裝技術(shù)可以考慮設(shè)計(jì)可重復(fù)使用的包裝，使得包裝能夠經(jīng)受多次空投并保持良好的性能。可重復(fù)使用的包裝可以降低長期運(yùn)營成本，并減少對資源的消耗。

除此之外，彈藥無傘空投包裝技術(shù)應(yīng)該能夠提高運(yùn)輸效率，以減少運(yùn)輸成本和時(shí)間。這包括包裝的緊湊性和輕量化設(shè)計(jì)，以便在運(yùn)輸過程中占用較少的空間和重量，包裝技術(shù)還應(yīng)該考慮到裝載和卸載的便捷性，以提高操作效率。

（三）包裝的環(huán)境適應(yīng)性

彈藥無傘空投包裝技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性需求包括抗沖擊、抗振動(dòng)、耐溫、防潮、耐腐蝕和環(huán)境友好性。這意味著包裝技術(shù)需要能夠保護(hù)彈藥免受空投過程中的沖擊和振動(dòng)影響，具備良好的耐溫性能以適應(yīng)各種氣候條件，防止水分侵入包裝內(nèi)部，抵御腐蝕和化學(xué)侵蝕，同時(shí)也要考慮環(huán)境友好性，減少對環(huán)境的負(fù)面影響，特別是在溫度適應(yīng)性上，能夠適應(yīng)溫度變化，控制熱傳導(dǎo)，并具備熱穩(wěn)定性。這意味著包裝材料需要能夠耐受高溫環(huán)境而不失去功能，保持強(qiáng)度和穩(wěn)定性；同時(shí)，在低溫環(huán)境下保持柔韌性，避免變脆或易碎。此外，包裝材料還需要適應(yīng)溫度的變化，不產(chǎn)生明顯的膨脹或收縮，以保持包裝的穩(wěn)定性。通過滿足這些溫度適應(yīng)性需求，彈藥無傘空投包裝材料可以有效保護(hù)彈藥，在各種溫度條件下提供可靠的包裝保護(hù)。

通過滿足這些環(huán)境適應(yīng)性需求，彈藥無傘空投包裝技術(shù)能夠確保彈藥在各種環(huán)境條件下得到有效保護(hù)，提高空投的成功率和彈藥的可靠性。

三、彈藥無傘空投包裝結(jié)構(gòu)分析

（一）彈藥無傘空投技術(shù)包裝材料分析

彈藥無傘空投包裝材料的選擇對于保護(hù)彈藥的完整性、適應(yīng)不同環(huán)境條件、控制熱傳導(dǎo)和提供便攜性至關(guān)重要。目前，工業(yè)界主要的空投包裝箱防殉爆手段技術(shù)主要是，采用特殊材質(zhì)的隔板來抵御沖擊和碎片穿透對彈藥的影響，用防沖擊波和防碎片穿透效果更好的材料作為隔板材料，從而有效減少削弱彈藥爆炸后對周邊其他彈藥的影響。Mostafa等學(xué)者發(fā)現(xiàn)聚氨酯泡沫是一種能夠有效吸收爆炸沖擊波的復(fù)合材料，使用該材料制成的隔板能夠讓殉爆影響距離減少50%左右[5]。石墨烯增強(qiáng)纖維復(fù)合材料同樣表現(xiàn)出了十分良好的防殉爆能力，Vignesh等學(xué)者在實(shí)驗(yàn)中向凱夫拉纖維層中內(nèi)嵌2.7mm厚度的納米石墨烯隔板之后，讓整塊復(fù)合材料的峰值應(yīng)力從9644MPa下降到了1897MPa，而最大變形量由0.2494m提高到1.091m，抗壓迫性能得到了明顯的提高。除此之外，諸多研究表明多層夾心的構(gòu)架能夠讓材料的抗震及防爆性能獲得顯著的提升。國內(nèi)的田斌、李如江等學(xué)者在實(shí)驗(yàn)中分別測試了泡沫鋁-45鋼板及高強(qiáng)度玻纖維復(fù)合增強(qiáng)材料構(gòu)成的隔板的防殉爆性能。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，當(dāng)泡沫鋁-45鋼板材料厚度不大于4mm的情況下，隔板在面對爆炸沖擊時(shí)出現(xiàn)了較大變形，并出現(xiàn)了和周邊彈藥外殼發(fā)生碰撞的情況；在提升隔板厚度至6mm之后，在爆炸沖擊后產(chǎn)生的形變較小，但在空投著陸瞬間產(chǎn)生的沖擊仍然會(huì)引發(fā)彈藥殉爆的現(xiàn)象；在實(shí)驗(yàn)人員將隔板厚度提升到16mm之后，著陸和單一彈藥爆炸都不再觸發(fā)殉爆現(xiàn)象，具有較好的防殉爆效果。纖維復(fù)合材料相較于單一鋁復(fù)合板材料的防殉爆、防震動(dòng)性能更好，且質(zhì)量較輕，能夠滿足絕大多數(shù)使用環(huán)境的需求，可以確保彈藥無傘空投包裝箱的應(yīng)用需求[6]。

（二）彈藥無傘空投技術(shù)包裝設(shè)計(jì)

無傘空投包裝箱體外形尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)以現(xiàn)役的中、小件空投系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合考慮不同機(jī)型的貨艙尺寸、側(cè)導(dǎo)軌有效工作間距，以及各類裝備物資器材的重量、體積的需要，且符合GJB182B—2013《軍用物資直方體運(yùn)輸包裝尺寸系列》標(biāo)準(zhǔn)，滿足模塊化組合、多樣化使用的要求。為此，本文設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格箱體尺寸：1200mm（L）×800mm（W）×600mm（H）。箱內(nèi)彈體、藥筒區(qū)域內(nèi)的排布主要有水平和豎直2種放置形式，水平放置時(shí)彈體和藥筒層層鋪設(shè)，著陸時(shí)可能會(huì)由于沖擊力過大導(dǎo)致彈體和藥筒的固定支架變形損壞，所以采取在各自區(qū)域內(nèi)的豎直擺放。

為了防止彈體和藥筒在箱內(nèi)互相碰撞，箱內(nèi)安裝了固定彈體和藥筒的支架。同時(shí)為了避免在無傘空投著陸瞬間，彈體和藥筒與箱底的硬性接觸導(dǎo)致塑性變形，故各在底部加有緩沖橡膠墊，如圖1所示。

故而，總的箱體模型如圖2所示。

四、彈藥無傘空投包裝設(shè)計(jì)與仿真

彈藥箱著陸沖擊模型如圖3所示，主要包括箱體、炮彈（在箱體內(nèi)）、底托和地面，同時(shí)設(shè)定10個(gè)觀測點(diǎn)觀察模擬輸入壓力和輸出的反饋壓力值。

利用LS-DYNA瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析軟件，得出設(shè)計(jì)的彈藥箱在不同無傘空投工況下著陸的壓力反饋情況，如圖4所示。

綜上可得，箱體在整個(gè)空投著陸過程中最大應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，理論上可以安全著陸。

五、結(jié)語

本文對彈藥無傘空投技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究，綜合分析現(xiàn)有的彈藥無傘空投技術(shù)包裝材料及技術(shù)，通過對比研究，發(fā)現(xiàn)纖維復(fù)合材料從安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面更適合作為彈藥無傘空投的包裝材料，它將在彈藥無傘空投包裝領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。繼而結(jié)合GJB182B的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以纖維復(fù)合材料為箱體緩沖材料構(gòu)建了空投著陸箱體沖擊狀況的仿真模型。通過仿真分析，初步得到了其著陸過程的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，結(jié)果表明以纖維復(fù)合材料為箱體緩沖材料的空投彈藥箱可以安全著陸。中國軍轉(zhuǎn)民

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【基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金“聚氨酯泡沫吸附儲(chǔ)存汽油吸附機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究”（51143007）】

（作者簡介：石宏濤，武警工程大學(xué)碩士研究生在讀，研究方向?yàn)檐娛卵b備；郭潔，通訊作者，武警工程大學(xué)教授，碩士，研究方向?yàn)檐娛卵b備；王詩雨晴，陜西科技大學(xué)本科在讀，研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)）