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《兵工自動(dòng)化雜志》2016年第7期

摘要：

為提高士兵的戰(zhàn)場生存能力，保持戰(zhàn)斗力，對單兵軀干的防護(hù)裝備進(jìn)行了介紹和展望。通過回顧其發(fā)展歷程，總結(jié)單兵防護(hù)鱗甲的特點(diǎn)，分析單兵軀干防護(hù)裝備的織物基體柔性化、防彈板結(jié)構(gòu)離散化、防彈板材料非金屬化和整體功能多樣化的發(fā)展趨勢。結(jié)果表明：單兵軀干防護(hù)裝備使單兵防護(hù)更為輕便和有效，從而提高士兵的戰(zhàn)場生存能力。

關(guān)鍵詞：

甲胄；防彈背心；單兵鱗甲；結(jié)構(gòu)離散化

0引言

防彈背心是用于單兵軀干戰(zhàn)傷防護(hù)的裝備，能夠有效地防護(hù)槍彈、彈片等低強(qiáng)度的侵徹殺傷。其作用相當(dāng)于冷兵器時(shí)代用于單兵防護(hù)的甲胄。冷兵器時(shí)代的甲胄，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為3類：鱗甲、板甲和鎖子甲。其中，鱗甲的使用最為廣泛，在世界各個(gè)古文明國度的軍隊(duì)里，都曾裝備過各式各樣的鱗甲。如中國，戰(zhàn)國時(shí)期就出現(xiàn)了將魚鱗或柳葉形狀的鐵制甲片，經(jīng)過穿綴連接而成的鐵甲。秦漢到唐宋，出現(xiàn)了魚鱗甲、鐵圈甲等，鱗甲的制作工藝和防御能力都有了長足的發(fā)展[1]。在歐洲，早期的鱗甲通常是在戰(zhàn)袍上縫上小金屬片，雖然容易制造，但是實(shí)戰(zhàn)防護(hù)能力有限。如古波斯軍隊(duì)，穿戴的就是這種鱗甲。古羅馬人則把鱗甲片放大成弧形，形成了羅馬鱗甲—環(huán)片甲。到了公元8世紀(jì)，歐洲的鱗甲改為甲片間相互疊合連接，這一改進(jìn)使鱗甲的靈活性和防御能力都有了較大的提高。世界進(jìn)入熱兵器時(shí)代后，在高速飛行的子彈面前，傳統(tǒng)的甲胄形同虛設(shè)，反而因其沉重而影響單兵行動(dòng)的靈活性；因此，除了鋼盔之外，其他的單兵防護(hù)裝備幾乎為零。隨著高強(qiáng)度的現(xiàn)代復(fù)合材料的出現(xiàn)，為單兵防護(hù)鱗甲的發(fā)展帶來了新的空間，現(xiàn)代鎧甲—防彈衣再次成為單兵的防護(hù)裝備[1]。

1防彈背心的發(fā)展現(xiàn)狀

第二次世界大戰(zhàn)中，一些參戰(zhàn)國對士兵戰(zhàn)傷部位做了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：70%的受傷部位為軀干。防彈衣的研制受到了英、美等各參戰(zhàn)國的高度重視。由于防彈衣主要用于對軀干的防護(hù)，因此，也被稱為防彈背心。防彈背心在二戰(zhàn)以來得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。先是英軍于1942年10月率先研制出實(shí)用型防彈背心。該防彈背心由織物連接3塊高錳鋼板組成，依稀可見鱗甲的影子。美軍緊隨其后，在1943年推出了23防彈背心。早期的防彈背心沿用了鱗甲的形式，用天然織物把特種鋼板連接在一起，起到防護(hù)士兵軀干的作用。到了1945年6月，美軍推出了M12步兵防彈背心，創(chuàng)新地用合成纖維尼龍66(學(xué)名聚酰胺66纖維)替代了天然織物，用鋁合金替代了鋼板[2-4]。這一舉措在提高單兵防護(hù)能力的同時(shí)，大大降低了防彈背心的整體質(zhì)量，從而使防彈背心趨于實(shí)用化和普及化。而合成纖維織物也就此成為防彈背心的主要材料。到了20世紀(jì)70年代初，隨著美國杜邦(DuPont)公司研制的具有超高強(qiáng)度、超高模量、耐高溫的合成纖維——?jiǎng)P夫拉(Kevlar)的出現(xiàn)，防彈背心的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段[5]。用多層凱夫拉織物制成的防彈背心質(zhì)量輕，穿著舒適。由凱夫拉(Kevlar)和后來出現(xiàn)的特沃綸(Twaron)、斯派克特(Spectra)等高性能合成纖維織物制成的軟體防彈背心在各國軍警中得到了廣泛的應(yīng)用[6-7]。軟體防彈背心雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在關(guān)鍵的防護(hù)能力上仍然存在致命的缺陷。例如，雖然子彈難以擊穿軟體防彈背心，但卻能夠造成較大的變形，致使被防護(hù)者身體出現(xiàn)如鈍器打擊般的損傷，有時(shí)甚至是致命的。而對于軍用步機(jī)槍射出的子彈，單純由高強(qiáng)度尼龍構(gòu)成的軟體防彈背心更是難以防護(hù)。為此，沿用古代鱗甲思路的復(fù)合式防彈背心再次出現(xiàn)了?，F(xiàn)代復(fù)合式防彈背心一般以高性能纖維織物作為連接介質(zhì)，以高強(qiáng)度輕質(zhì)陶瓷片作為鱗甲片，兼顧了防護(hù)能力和穿著舒適度。這類結(jié)構(gòu)形式已成為目前防彈背心主要的發(fā)展方向。自1985年以來，前蘇聯(lián)紅軍研制了多種型號的防彈背心并列裝到部隊(duì)，這些防彈背心幾乎都是織物加防彈板的結(jié)構(gòu)形式，不同的是防護(hù)部位、背心樣式和防彈板材料在不斷地更新[8]。俄軍繼承了蘇軍的裝備，其裝備的АДУ-605Т-83(制式號ВТ-23)型防彈背心采用了6.5mm厚的鈦合金防彈板[9]，能夠擋住АКМ的7.62mm普通鋼芯彈50m距離的穿透。防彈板采用魚鱗式布局，前胸13塊，后背12塊，由30層凱夫拉纖維織成背心，將前后25塊防彈板連接在一起，構(gòu)成完整的現(xiàn)代防護(hù)鱗甲。據(jù)有關(guān)資料顯示，我軍防彈背心的研制始于20世紀(jì)50年代末，到1964年，我軍第一款防彈背心研制成功。該防彈背心以多層棉綸織成外套和護(hù)肩，以3mm厚的玻璃鋼片作為防彈板，有效地減輕了防彈背心的質(zhì)量，全重不足7kg。該背心對手榴彈破片和M1911手槍射擊防護(hù)效果較好，但對步機(jī)槍彈防護(hù)能力有限。20世紀(jì)60年代末至70年代初，我軍研制出了玻璃鋼-鉻鋼玉-碳化硼復(fù)合結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)2種材料的用于防彈背心的防彈板，雖然整體質(zhì)量有所增加，但防護(hù)能力得到了大幅度的提升[10]。20世紀(jì)80年代，總后軍需裝備研究所研制出了TF90-54和TF90-79防彈背心，這就是主要用于外銷的“護(hù)神”系列防彈背心。該系列防彈背心仍然采用經(jīng)典的鱗甲式結(jié)構(gòu)，防彈板材料為高性能特種防彈鋼，對于5m內(nèi)的54式手槍和10m以外79式?jīng)_鋒槍射擊，具有較好的防護(hù)作用。20世紀(jì)90年代以來，采用芳綸及超高分子量聚乙烯纖維材料為主要材料制成的軟體防彈衣，需要時(shí)插入防彈插板則可成為硬體防彈衣。鱗甲類結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸成為防彈背心的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式[11]。

2現(xiàn)代防彈背心的特點(diǎn)

以織物襯里加防彈板組合而成的防彈衣，應(yīng)用最為普遍，幾乎成為現(xiàn)代防彈衣的標(biāo)準(zhǔn)樣式，而這種樣式的防彈衣在第一次世界大戰(zhàn)期間就已經(jīng)出現(xiàn)。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上來看，此類結(jié)構(gòu)是古代鱗甲的一種現(xiàn)代衍化形式。鱗甲由若干防護(hù)片構(gòu)成，如同鱗片一般。鱗片之間通常用絲線、繩索或紡織物連接。相對于板甲和鎖子甲，鱗甲具有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)：1)符合模塊化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，單個(gè)防彈鱗片結(jié)構(gòu)簡單，便于大量生產(chǎn)；2)便于局部維護(hù)，單個(gè)鱗片更換容易，修復(fù)速度快；3)構(gòu)成多樣，可根據(jù)防護(hù)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)鱗片的結(jié)構(gòu)形狀，穿戴靈活，對人體的適應(yīng)性好，即能實(shí)現(xiàn)局域防護(hù)，又可實(shí)現(xiàn)全身防護(hù)?，F(xiàn)代防彈背心繼承了鱗甲的優(yōu)點(diǎn)，并且在材料和結(jié)構(gòu)上有所發(fā)展。具有以下特點(diǎn)：1)高性能合成纖維織物的出現(xiàn)，使防彈背心的織物基體本身具備了一定的防彈性能，甚至出現(xiàn)了純織物的軟體防彈背心；2)采用復(fù)合材料制作的防彈板在增加了防彈能力的基礎(chǔ)上，還大大降低了自身質(zhì)量，使防彈背心不再影響士兵的機(jī)動(dòng)能力；3)口袋式的結(jié)合方式，使防彈板的維護(hù)更新十分便利。這些特點(diǎn)將推動(dòng)防彈背心的推廣普及，提高士兵的戰(zhàn)場生存能力。

3防彈背心的發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念的融入，鱗甲式結(jié)構(gòu)逐漸成為了防彈背心發(fā)展的主流方向。在材料、功能等方面，越來越呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢。一是織物基體柔性化。隨著凱夫拉等高強(qiáng)度合成纖維的出現(xiàn)，防彈背心的基體越來越柔性化，這也使得防彈背心不再笨拙，士兵在穿著防彈背心時(shí)，動(dòng)作靈活性不會受到限制。并且還可以根據(jù)防護(hù)場合的需要，選擇防彈背心穿著在外衣的里面；根據(jù)防護(hù)等級的不同，選擇是否插入防彈板。柔軟舒適的防彈背心織物基體，有利于設(shè)計(jì)出更為靈活的防彈背心組合樣式，以便在不同的情況下提供適當(dāng)和可靠的防護(hù)方式[12-15]。二是防彈板結(jié)構(gòu)離散化。早期的防彈背心，其防護(hù)鋼板普遍較大，通常由前后二三片等構(gòu)成。隨著防彈板和基體材料的改進(jìn)，防彈板的數(shù)量也增加，以提高防彈背心穿著的舒適度。如俄軍的6Б3(6B3)型防彈背心一共采用了25塊防彈板；美國尖峰裝甲公司推出的名為龍鱗甲(dragonskin)的防彈衣，防彈板數(shù)量更多。眾多小塊的陶瓷防彈瓦和新型的防彈纖維編織成魚鱗狀的防護(hù)甲，在結(jié)構(gòu)上與中世紀(jì)的鱗甲相近，因而得名“龍鱗甲”[16]。三是防彈板材料非金屬化。近年來，除了高強(qiáng)度防彈鋼板、高強(qiáng)度鋁合金等金屬材料防彈板之外，還出現(xiàn)了復(fù)合陶瓷防彈板、玻璃鋼-鉻鋼玉-碳化硼復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板、高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合防彈板等非金屬輕量化固體材料制成的防彈板[17]。這些非金屬材料防彈板，在有效地減輕防彈背心整體質(zhì)量的同時(shí)，還提高了單兵防護(hù)能力。近年來出現(xiàn)了液體防彈衣(liquidbodyarmor)。由英國BAE公司研發(fā)了一種被稱為“防彈蛋奶糊”的STF剪切增稠液體[18-19]，當(dāng)這種液體受到子彈撞擊時(shí)，分子會緊緊結(jié)合在一起，迅速變厚變硬，吸收因撞擊產(chǎn)生的沖擊力。BAE公司將這種液體材料注入多層凱夫拉(Kevlar)纖維中間，制成了新型的液體防彈衣。這種液體防彈衣的質(zhì)量僅有普通防彈衣的一半，因其輕便實(shí)用而被譽(yù)為世界上最先進(jìn)的防彈衣。據(jù)報(bào)道，我國中物功能材料研究院研發(fā)成功了基于液體防彈材料(TBS)的液體防彈衣，是繼美國和英國之后第3個(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)的國家?？梢灶A(yù)見，新型防彈材料的出現(xiàn)，將引領(lǐng)單兵防護(hù)裝備的發(fā)展。四是整體功能多樣化。目前的防彈背心功能普遍比較單一，用于對槍彈和動(dòng)能破片的防護(hù)。防護(hù)的機(jī)理基本都是通過能量的吸收和耗散來減輕甚至消除槍彈動(dòng)能對人體的傷害。未來在防彈背心的功能上應(yīng)該有所擴(kuò)展。例如，可以根據(jù)防護(hù)需求，采用局部質(zhì)量原理，給不同部位的鱗甲賦予不同的防護(hù)功能。在重點(diǎn)防護(hù)部位，甚至可以設(shè)計(jì)微主動(dòng)裝甲模塊。根據(jù)單兵隱蔽功能需求，可研發(fā)紅外輻射屏蔽模塊、環(huán)境映射式隱蔽模塊等[20-22]。根據(jù)單兵隱蔽行進(jìn)功能需求，可研發(fā)爬行模塊等。

4結(jié)束語

單兵鱗甲具有仿生的特點(diǎn)，其中以模仿魚鱗造型者居多。仿生鱗甲可以看作是傳統(tǒng)鱗甲的現(xiàn)代制式。它在傳統(tǒng)鱗甲的基礎(chǔ)上，融入了現(xiàn)代仿生學(xué)的理念，使單兵防護(hù)系統(tǒng)更為輕便和有效。從發(fā)展的角度看，基于高分子復(fù)合材料的多功能單兵仿生鱗甲，必將成為單兵防護(hù)裝備的發(fā)展趨勢。

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作者:黃海英 王克印 張璜煒 趙排航 單位:軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系