基于模块化设计思想的装甲车辆结构研究

何志刚， 王克运

（装甲兵工程学院a.机械工程系；b.北京特种车辆研究所，北京100072）

0 引言

装甲车辆是陆军机动突击作战的主体装备，它的设计和发展对部队建设是一项非常重要的工作，随着现代高新技术的不断发展，战场瞬息万变，对装甲车辆的总体要求越来越高，为了能够适应现代化联合作战，提高装甲车辆在战场上的安全性、可靠性、维修性，相关研究单位需要采用先进的研究方法来提高装甲车辆的总体性能，缩短其研发周期，而装甲车辆模块化设计是装甲装备发展的总趋势，因此本文提出了基于模块化思想的装甲车辆结构设计，争取以较少的时间和较高的效率来完成装甲车辆的研制和维修工作。

1 模块化设计

模块化设计是在20世纪中期伴随着工业化技术不断发展而形成的一种标准化概念设计形式，常用于工业产品设计和研发，工业化早期的研究系统一般都比较简单，但随着系统的复杂程度越来越高，一般的解决方法已经不能够适应工业的发展速度，在此背景下，模块化就成为了解决问题的常用方法，它可以把一个大系统分为几个相对独立的子系统，把复杂的问题简单化，从而使得问题更容易解决。

模块化就是以划分的模块为基础，通过模块分解和组合来解决复杂问题的一种过程形式，模块化通过对研究对象进行详细的功能分析和研究，分解出功能独立的模块单元，并结合相关标准对模块进行统一归类和整理，形成相应的模型库，而后组合不同功能的模块形成所需要的产品。

模块化设计就是利用模块化原理进行设计的一种方法，它把一系列的通用模块作为基础，根据所要达到的目标和要求，对划分模块进行有选择的组合，从而形成不同功能或者相同功能的产品。

研究对象模块划分的依据是所要实现的功能，而不是研究对象的物理结构组成，模块作为系统的基本组成部分，它的布局对车辆系统的性能指标有很大影响。划分模块并不是随意进行划分，对于划分的模块，如果对象整体没有相应功能，那么划分的对应模块也不需要有，划分模块的功能必须与整体功能相融合。划分的模块应有独立的结构和功能，并且大小要适中，也不应太复杂。此外，划分的模块应当具有可拓展性，以便更好地进行创新研究。

2 装甲车辆模块化划分

2.1 建立模块化装甲车辆的关键步骤

通过对装甲车辆进行模块化设计探索，可得出建立模块化装甲车辆包含以下关键步骤：1）对装甲车辆的功能和性能进行分析；2）对装甲车辆结构进行相关模块划分；3）对装甲车辆模块进行结构设计，其中包括模块本身的设计和模块之间的接口设计；4）建立相关结构的标准模块库，并进行通用化和系列化设计，建立综合模型库；5）对划分和设计的模块进行重新组合，形成新的装甲车辆模块设计方案。

2.2 模块化装甲车辆总体功能分析

基于模块化思想的装甲车辆主要功能是为适应现代化战争对装甲装备的要求，提高装甲车辆部件的可重复使用性，便于对装甲车辆创新设计的研究。由于装甲装备系统结构的复杂性，必须要考虑各模块之间的通用性，以便提高各模块之间的互换性。此外，模块化装甲车辆还应具备以下功能：1）可以实现各模块的变形设计，从而能够满足不同的尺寸要求；2）可以灵活地对各模块之间进行组合，利用较短的时间对模块尺寸进行调整；3）装甲车辆各模块之间连接应在保证刚度和强度的情况下，尽可能简单，以便于拆卸和安装；4）即便模块性能和结构不同，但功能相同的模块也应该具有互换性。

根据模块化装甲车辆总体功能分析，可将模块化装甲车辆在突出缩短研发周期的基础上进行功能分解，其功能结构图如图1所示。

图1 装甲车辆功能结构图

2.3 装甲车辆模块划分层次和方法

图2 一般车辆模块划分结构图

装甲车辆不同于一般的机动车辆，它的结构相对复杂，零部件也较多，利用模块化思想对其设计，就必须要求在保持车辆稳定性的基础上以尽可能简单的模块组成系统，因此模块划分必须要有层次性。图2为一般车辆模块划分结构图。装甲车辆按部位划分通常由动力舱、驾驶室、炮塔、战斗室、载员舱等组成，则装甲车辆的模块化划分可以根据车辆功能进行划分，并建立相关零件的模块库，各个模块之间应有连接接口，以便通过替换相同功能或者相似模块，研发新的产品。

2.4 装甲车辆模块组成框架

结合以上分析方法，我们把装甲车辆整体模块分为车厢模块、底座模块、驱动模块、控制系统模块、武器系统模块、防护模块等。图3为装甲车辆功能模块细分图，从图中可以看出，装甲车辆从分解的规模来看，模块数量合理，只要能够完善各模块之间的相互连接和位置关系，就可以较好地解决模块数量和制作成本的关系。

3 装甲车辆模块化结构的建立

3.1 装甲车辆模块化设计流程

图4为装甲车辆模块化设计流程图，首先需要了解装甲车辆的各项性能指标和基本特性，确定装甲车辆的总体尺寸参数，再根据需求确定各模块之间的位置关系和连接方式，通过模块之间的组合完成一级模块的整体组装，然后组合各个二级模块，最终完成模块化装甲车辆。

图3 装甲车辆功能模块细分图

图4 装甲车辆模块化设计流程图

3.2 装甲车辆各模块接口设计

装甲车辆划分的各模块想要组合成整体，必须要考虑模块之间怎么连接，接口应该如何设计，接口的稳定性会直接影响到车辆整体的可靠性，针对装甲车辆模块化设计，接口的主要功能包括三个方面：一是为各模块提供支撑作用；二是为模块自身和其它模块进行约束定位；三是向其它模块传递力和相关运动。模块接口设计的过程中，对于功能相同的模块，接口的几何形状也应当相同，对于同一系列模块，其接口几何形状也应当相似。

3.3 装甲车辆各模块连接组件的设计

装甲车辆的框架模块设计主要包括圆筒杆件模块和连接模块，由于装甲车辆的各个组成模块的外边长都不一样，可以采用可螺旋伸缩的螺纹杆件进行连接，从而方便杆件进行连接并且圆筒杆件在受压的情况下，各个方向的受力比较均匀，稳定性较好。

图5为单位长度杆件的结构图，表1为杆件的几何尺寸，图6为连接杆件的结构图，表2为连接杆件的几何尺寸，杆件和联接件连接如图7。

4 结论及展望

随着现代军事变革对装甲车辆的需求，装甲车辆的设计和发展应以模块化设计为主要趋势，采用模块化思想进行设计，能够对推动装甲车辆的创新设计和概念设计方案。本文采用模块化设计思想，对装甲车辆复杂系统进行模块分解、划分和组合，主要工作包括以下内容：1）完成了装甲车辆的总体功能分析；2）对装甲车辆的功能模块进行了划分；3）对装甲车辆各模块之间的连接组件进行了设计；4）在装甲车辆后续的模块化设计中，对各模块库的建立将是一个重点。

图5 单位杆件结构图

表1 杆件的几何尺寸

图6 联接杆件结构图

图7 杆件和联接件组装图

表2 联接杆件的几何尺寸

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