孙杰华，蒋明明，赵西友

中件空投托盘缓冲包装设计

孙杰华1，蒋明明2，赵西友2

（1.桂林旅游学院，广西 桂林 541006；2.空降兵训练基地，广西 桂林 541003）

解决现役中件空投无缓冲、货台空投成本高等问题。在保证中件空投托盘和运输机具有良好的空投适应性和匹配性的基础上，以托盘的缓冲功能为核心，设计托盘的框架结构。确定托盘的主要材料，设计具有一定缓冲功能、效费比较高的中件空投托盘。以厚度为50 mm的边8蜂窝纸板缓冲垫为例计算，当承载质量为500 kg空投物资时，需要厚度为143 mm的蜂窝纸板缓冲垫。计算结果表明，中件空投托盘的缓冲材料选择合理，结构设计正确，能够实现设计的目的。设计的中件空投托盘具有储运方便、装机简单、吸能缓冲、成本低廉等特点，为中件空投系统的改进和空投货台的设计提供了一种思路。

中件空投；托盘；缓冲

在传统小件和中件空投系统中，通过捆吊系统把货台、空投物资和降落伞连成一个整体[1]。在空投过程中，货台需要承受巨大的开伞过载和落地冲击力。传统货台的强度较高、重量较大[2-6]，且没有采取缓冲措施，存在2种弊端：对货台材料强度要求高，加工难度大；缓冲功能较差，为了保证空投系统以较小的速度降落，减小落地冲击力，因此降落伞面积必须足够大，这样增加了空投的成本。由此可见，设计一种具有缓冲功能的中件空投托盘很有必要，既能通过托盘的缓冲性能保护空投物资安全，又能降低降落伞和托盘的设计要求，从而降低整个空投系统的成本，提高效费比。

1 设计思路

将中件空投托盘与运输机和机上空投设备配套使用，应适用于现役中型运输机双路重力空投方式，必须满足储存、运输和装卸等基本功能，且易于加工、成本低。很显然，新设计的中件空投托盘应改变传统货台的结构设计和材料选择，传统小件和中件空投系统结构和实际使用情况如图1—3所示。

图1 小件空投托盘

图2 中件空投托盘

图3 中件空投集装箱

以落地速度16 m/s、额定载质量500 kg和通用标准尺寸1 200 mm×1 200 mm×110 mm作为基本性能指标。通过对中件空投系统进行结构设计，实现托盘不承受开伞过载，以结构强度好、成本低廉、轻质环保的纸质材料作为主要缓冲材料设计中件空投托盘[2,7-9]。

2 结构设计

中件空投托盘由底板、纸方管、面板、蜂窝纸板缓冲垫、导向轮和捆吊连接环等部分组成。设计成双向进叉结构，具有捆绑、装卸、存储、转运、空投和着陆缓冲等功能。设计导向轮与载机舱内侧导板交联，见图4。捆吊连接环与穿过载物囊（或载物网）的捆吊带配合使用，将托盘与载物囊（或载物网）连接固定。

图4 托盘装机状态

中件空投托盘的结构见图5，纸方管配装导向轮安装见图6。

2.1 底板

底板采用优质的胶合板。底板与载机舱内导轨上的滚棒系统交联，是重要的承压部分。胶合板为可降解的环保材料。

2.2 纸方管

纸方管共有4根，布置在两边和中间，为托盘的骨架结构。通过胶黏剂和捆吊连接环把底板、面板连接牢固，以对托盘起到整体支撑作用，具有一定的承压能力和缓冲作用。4根纸方管的布置符合联运托盘叉车叉位标准，方便从托盘双向叉移转运。

图5 中件空投托盘结构

图6 纸方管配装导向轮

2.3 面板

面板采用蜂窝纸板（30 mm，边4工业纸板），四周采用U型纸槽包边粘合而成，这样既具有承压作用又有缓冲作用。面板是起到缓冲作用的重要组成部分。

2.4 蜂窝纸板缓冲垫

蜂窝纸板缓冲垫采用50 mm边4工业纸板，将其平铺于托盘面板上面，四周用捆吊连接环卡位限制。缓冲垫是起到缓冲作用的主要部分，所用层数可根据空投物资进行调整。

2.5 导向轮

导向轮设计成可伸缩式，一是为了使托盘尺寸符合国军标要求；二是方便储存、运输。当储存和运输时，导向轮收进托盘的纸方管内，空投时从纸方管内拉出导向轮，实现托盘与载机舱内侧导板系统的交联，见图7。

图7 导向轮结构

2.6 捆吊连接环

由金属制作的12个捆吊连接环沿托盘四周均匀分布，并穿过底板、纸方管、面板，是实现托盘与载物囊（载物网）连接的关键部件，其只承受中件空投托盘的开伞过载，而不承受空投物资的开伞过载。

3 承压和缓冲性能计算

根据设计指导思想，将托盘作为离机部件，在着陆时起缓冲作用，不承受空投物资的开伞动载，故不考虑托盘的抗弯刚度，仅计算着陆时托盘的承压和蜂窝纸板垫的缓冲性能。

3.1 托盘的承压计算

计算模型见图8，托盘稳定着陆时其底板首先接触地面，承受地面的反作用力，然后把反作用力传递给纸方管纵梁，纸方管又把力传递给托盘的面板，面板再把力传递给上层蜂窝纸板缓冲垫。在传递过程中，受力主要集中在纸方管与纸方管的接触面上，因此，承压计算也就是比较蜂窝纸板的平压强度与所受到的应力[10-14]。

图8 托盘承压计算模型示意

最大载质量=500 kg，接触面积为5 280 cm2，则面板应力的计算见式（1）。

作为缓冲用的蜂窝纸板的最小平压强度不小于200 kPa，故着陆瞬间面板上的蜂窝纸板不会压坏。根据挠度相应公式计算可知，当载质量为500 kg时，蜂窝纸板变形挠度不超过5.3 mm。

3.2 蜂窝纸板垫缓冲性能计算

3.2.1 相当跌落高度的计算

空投物与托盘的初速0=0；落地速度=16 m/s；重力加速度=9.8 m/s2；等效跌落高度的计算见式（2）。

3.2.2 空投物脆值的确定

空投物资为食品、粮食、油料等不易碎物品，目前尚没有关于此类物品的脆值资料，但参考已有物品的脆值，可认为此类物品的脆值大于150，可取180～200。

3.2.3 蜂窝纸板缓冲系数的确定

拟用厚度为50 mm的蜂窝纸板，蜂窝孔边长为8 mm，面纸选择定量为200 g/m2的牛卡纸，芯纸选择定量为100 g/m2的瓦楞原纸。蜂窝纸板密度的计算见式（3）。

计算得到所用蜂窝纸板的密度为0.034 g/cm3，对照《蜂窝纸板规范》可知，计算结果符合缓冲性能要求。

计算空投物的动应力：500 kg的空投物资用1 200 mm×1 200 mm托盘装载的承载面积=1.44 m2。动应力计算见式（4）。

式中：为空投物的脆值。当空投物质量为500 kg时，动应力m≈681 kPa。

查找蜂窝纸板动应力-缓冲系数曲线[15-17]（见图9），其对应的缓冲系数为2.1～2.3，对上述空投状态可取=2.2。

图9 动应力-缓冲系数曲线

3.2.4 蜂窝纸板缓冲垫厚度计算

蜂窝纸板缓冲垫厚度的计算见式（5）[8,18-19]。

在结构设计过程中，缓冲材料的各项性能是设计缓冲包装件的重要依据。根据中件空投托盘既要具备托盘自身结构的高稳定性，又要具备一定的着陆抗冲击性能要求，在材料选择上必须考虑上、下面板和中间层的功能需求，使用性能互补、满足需求的包装材料，使其既能抗冲击，又具有缓冲作用，防止空投物资发生毁损，保证其正常使用。由此可见，根据托盘结构遴选性能优异的缓冲材料至关重要。

4 结语

中件空投系统的设计比较复杂，需要考虑的因素很多。托盘或货台是其中的一部分。文中以中件空投系统的托盘为对象，对托盘的结构和材料选择进行了设计，通过计算验证了设计的可行性，为后勤物资空投托盘（或货台）提供了较好的缓冲包装设计方法。

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Design of Middle Airdrop Pallets Buffer Packaging

SUN Jie-hua1, JIANG Ming-ming2, ZHAO Xi-you2

(1.Guilin Tourism University, Guangxi Guilin 541006, China; 2.Airborne Training Base, Guangxi Guilin 541003, China)

The work aims to solve the problem of no buffer and high cost of existing middle airdrop platform. On the basis of ensuring the good adaptability and matching between the middle airdrop pallet and the transport plane, the frame structure of the pallet was designed with the buttering function of pallet as the core. The main material of the pallet was determined, and the middle airdrop pallet with certain buffering function and high efficiency cost ratio was designed. An edge 8 honeycomb paperboard with a thickness of 50 mm was used as the cushion. When carrying the dynamic stress generated by 500 kg airdrop materials, a honeycomb paperboard cushion with a thickness of 143 mm should be used for buffering. The calculation results showed that the cushioning material selected was reasonable and the structure design was correct, which can realize the design purpose. The middle airdrop pallet designed has the characteristics of convenient storage and transportation, simple installation, energy absorption and buffering, low cost, etc., which provides a way of thinking for the improvement of middle airdrop system and the design of airdrop platform.

middle airdrop part; pallet; buffer

TB485.1

A

1001-3563(2022)07-0154-06

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.019

2021-07-11

后勤技术革新项目（CKJ20C025）

孙杰华（1985—），女，讲师，主要研究方向为应用数学。

蒋明明（1983—），男，讲师，主要研究方向为空降空投。

责任编辑：彭颋