一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，潛水器外面的壓強(qiáng)≤120MPa，潛水器里面的壓強(qiáng)為0.1MPa，該深海潛水器包括n層球殼，n為大于1的整數(shù)，這些球殼具有同一個(gè)球心，相鄰兩層球殼之間的空間具有指定壓強(qiáng)，相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置。本發(fā)明相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置，因此無(wú)需外加動(dòng)力設(shè)備而不增加潛水器的重量，能夠自我調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的壓強(qiáng)，節(jié)省時(shí)間成本和人力成本，可靠性更高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于深海潛水器的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，主要用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)深海潛水器的兩個(gè)分壓層之間的填充壓強(qiáng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今各國(guó)發(fā)展的深海載人潛水器耐壓艙結(jié)構(gòu)均為單層球殼，材料體系主要有高強(qiáng)鋼和鈦合金兩種。目前下潛最深的是美國(guó)的“深海挑戰(zhàn)者”號(hào)，下潛深度為10908米。此前深海載人潛水器耐壓艙的突破主要在材料和加工精度兩個(gè)方面。以“深海挑戰(zhàn)者”為例，其耐壓殼體為鋼制殼體，內(nèi)徑1.1米，厚度0.066米，在賓州州立大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室的兩次測(cè)試中，該結(jié)構(gòu)均順利通過(guò)IHMPa全海深壓強(qiáng)測(cè)試。從測(cè)試安裝的22個(gè)應(yīng)變片的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該結(jié)構(gòu)能承受114X 1.4 = 159.6MPa的壓強(qiáng)而不發(fā)生屈曲。簡(jiǎn)單地計(jì)算表明，該球殼環(huán)向的壓應(yīng)力已達(dá)100MPa左右。
[0003]除了材料特性，結(jié)構(gòu)的加工精度也會(huì)影響結(jié)構(gòu)的抗壓/抗屈曲的能力?，F(xiàn)今的深潛器球殼加工精度的要求都非常高，以日本“深海6500”制造工藝的精度為例，球殼的真球度(即實(shí)測(cè)的曲率半徑和標(biāo)準(zhǔn)曲率半徑的比)已近1.004。另外，現(xiàn)有的耐壓殼體安全系數(shù)較低，過(guò)高的應(yīng)力水平會(huì)使疲勞壽命大幅降低。
[0004]現(xiàn)今，在材料強(qiáng)度和加工精度方面，提升空間都已很小。只有研發(fā)新型耐壓艙結(jié)構(gòu)，擺脫對(duì)材料強(qiáng)度和加工精度的依賴(lài)，才是新一代深潛器發(fā)展的途徑。
[0005]為此，
【申請(qǐng)人】研發(fā)了一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，潛水器外面的壓強(qiáng)<120MPa，潛水器里面的壓強(qiáng)為0.1MPa，該深海潛水器的分層調(diào)壓裝置包括η層球殼，η為大于I的整數(shù)，這些球殼具有同一個(gè)球心，相鄰兩層球殼之間設(shè)有充入指定壓強(qiáng)的分壓物。這樣就能夠顯著降低殼體的應(yīng)力水平，降低對(duì)殼體的制備工藝要求，提高耐壓艙塑性屈服安全系數(shù)，進(jìn)而有效增加疲勞壽命。
[0006]但是，如何對(duì)分壓物充入指定壓強(qiáng)是一個(gè)研究目標(biāo)。如果采用液壓栗等動(dòng)力設(shè)備來(lái)充壓，需要把液壓栗等動(dòng)力設(shè)備放入深海潛水器的內(nèi)部，這樣明顯增加了潛水器的重量，而且需要根據(jù)潛水器下潛的深度來(lái)實(shí)時(shí)地調(diào)整壓強(qiáng)，浪費(fèi)大量的時(shí)間和人力，操作也不方便，可靠性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其無(wú)需外加動(dòng)力設(shè)備而不增加潛水器的重量，能夠自我調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的壓強(qiáng)，節(jié)省時(shí)間成本和人力成本，操作簡(jiǎn)單方便，可靠性更高。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，潛水器外面的壓強(qiáng)<120MPa，潛水器里面的壓強(qiáng)為0.1MPa，該深海潛水器包括η層球殼，η為大于I的整數(shù)，這些球殼具有同一個(gè)球心，相鄰兩層球殼之間的空間具有指定壓強(qiáng)，相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置。
[0009]本發(fā)明相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置，因此無(wú)需外加動(dòng)力設(shè)備而不增加潛水器的重量，能夠自我調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的壓強(qiáng)，節(jié)省時(shí)間成本和人力成本，操作簡(jiǎn)單方便，可靠性更高。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的主視圖。
[0011]圖2是圖1的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置的右視圖。
[0012]圖3是圖1的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置的剖視圖。
[0013]圖4是根據(jù)本發(fā)明的深海潛水器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]從力學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)看，耐壓殼的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題涉及彈性失穩(wěn)和塑性屈服。從彈性失穩(wěn)角度來(lái)看，由三維空間微桁架結(jié)構(gòu)組成的點(diǎn)陣材料夾層結(jié)構(gòu)具有高比剛度、比強(qiáng)度、多功能性等特點(diǎn)，能有效提高耐壓艙結(jié)構(gòu)抗屈曲能力。而基于層間充壓的分層分壓艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則可以將深海超高壓強(qiáng)分解，由內(nèi)外殼體比較均勻地分擔(dān)，顯著降低殼體的應(yīng)力水平，提高耐壓艙塑性屈服安全系數(shù)，從而有效增加疲勞壽命。因此，基于層間充壓的分層分壓艙具有廣闊的發(fā)展前景。
[0015]
【申請(qǐng)人】研制的深海潛水器如圖4所示，潛水器外面的壓強(qiáng)彡120MPa，潛水器里面的壓強(qiáng)為0.1MPa，該深海潛水器包括η層球殼，η為大于I的整數(shù)，這些球殼具有同一個(gè)球心，相鄰兩層球殼之間的空間具有指定壓強(qiáng)，而
【申請(qǐng)人】研制的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置為:相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置。
[0016]本發(fā)明相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置，因此無(wú)需外加動(dòng)力設(shè)備而不增加潛水器的重量，能夠自我調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的壓強(qiáng)，節(jié)省時(shí)間成本和人力成本，操作簡(jiǎn)單方便，可靠性更高。
[0017]具體地，如圖1-3所示，這種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置可以為活塞，活塞包括液壓缸2、活塞桿1、連接孔3;活塞桿在液壓缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞通過(guò)連接孔與相鄰兩層球殼之間的空間連通，活塞桿的第一端與液壓缸圍成的腔體4和連接孔3導(dǎo)通，活塞桿的第二端與海水接觸，根據(jù)海水深度來(lái)調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的空間的壓強(qiáng)。假定第一端的面積為S1,第二端的面積SS2，海水的實(shí)時(shí)壓強(qiáng)為Pie，相鄰兩層球殼之間的空間的壓強(qiáng)為P殼，因?yàn)榛钊麅?nèi)外的壓力相等，所以成立公式(I):
[0018]P海/p殼=SVS2 (I)
[0019]由此可見(jiàn)，采用活塞這種結(jié)構(gòu)，能夠隨著潛水器下潛的深度，實(shí)時(shí)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的空間的壓強(qiáng)。
[0020]更進(jìn)一步地，所述活塞桿的第一端的面積與所述活塞桿的第二端的面積的比為0.4—0.5 ο[0021 ]更進(jìn)一步地，所述連接孔3為螺紋孔。
[0022]更進(jìn)一步地，所述液壓缸為圓柱體，所述活塞桿的第一端、第二端的橫截面為圓形。
[0023]更進(jìn)一步地，所述活塞桿的第一端與所述活塞桿的第二端的直徑分別為140mm、2 O Omm，所述螺紋孔的直徑為6 Omm。
[0024]更進(jìn)一步地，所述活塞采用高強(qiáng)度鋼、鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金中的一種制造。
[0025]更進(jìn)一步地，所述活塞還包括第二活塞桿，第二活塞桿的結(jié)構(gòu)與所述活塞桿的結(jié)構(gòu)相同，活塞桿和第二活塞桿分別設(shè)在液壓缸的上下兩側(cè)，所述連接孔設(shè)在液壓缸的側(cè)壁上。這樣能夠更好地保持深海潛水器的分層調(diào)壓裝置裝置的平衡性，而且外形更加美觀(guān)大方。
[0026]或者，深海潛水器的分層調(diào)壓裝置采用另外的結(jié)構(gòu):n= 2，球殼包括外殼和內(nèi)殼，外殼和內(nèi)殼的厚度差為計(jì)算值，外殼和內(nèi)殼之間的空間設(shè)置流體，隨著海水壓強(qiáng)的增加，夕卜殼變形而內(nèi)殼維持原狀，流體產(chǎn)生壓力，從而利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。
[0027]更進(jìn)一步地，外殼和內(nèi)殼采用高強(qiáng)度鋼、鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金中的一種或兩種制造。
[0028]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，潛水器外面的壓強(qiáng)彡120MPa，潛水器里面的壓強(qiáng)為0.1MPa，該深海潛水器包括η層球殼，η為大于I的整數(shù)，這些球殼具有同一個(gè)球心，相鄰兩層球殼之間的空間具有指定壓強(qiáng)，其特征在于:相鄰兩層球殼之間的空間設(shè)置流體，并通過(guò)分層調(diào)壓裝置充入指定壓強(qiáng)，所述分層調(diào)壓裝置是利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:其為活塞，活塞包括液壓缸(2)、活塞桿(I)、連接孔(3);活塞桿在液壓缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞通過(guò)連接孔與相鄰兩層球殼之間的空間連通，活塞桿的第一端與液壓缸圍成的腔體(4)和連接孔(3)導(dǎo)通，活塞桿的第二端與海水接觸，根據(jù)海水深度來(lái)調(diào)節(jié)相鄰兩層球殼之間的空間的壓強(qiáng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:所述活塞桿的第一端的面積與所述活塞桿的第二端的面積的比為0.4-0.5。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:所述連接孔(3)為螺紋孔。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:所述液壓缸為圓柱體，所述活塞桿的第一端、第二端的橫截面為圓形。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:所述活塞桿的第一端與所述活塞桿的第二端的直徑分別為140_、200_，所述螺紋孔的直徑為60_。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:所述活塞采用高強(qiáng)度鋼、鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金中的一種制造。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:所述活塞還包括第二活塞桿，第二活塞桿的結(jié)構(gòu)與所述活塞桿的結(jié)構(gòu)相同，活塞桿和第二活塞桿分別設(shè)在液壓缸的上下兩側(cè)，所述連接孔設(shè)在液壓缸的側(cè)壁上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:η= 2，球殼包括外殼和內(nèi)殼，外殼和內(nèi)殼的厚度差為計(jì)算值，外殼和內(nèi)殼之間的空間設(shè)置流體，隨著海水壓強(qiáng)的增加，外殼變形而內(nèi)殼維持原狀，流體產(chǎn)生壓力，從而利用海水壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的深海潛水器的分層調(diào)壓裝置，其特征在于:外殼和內(nèi)殼采用高強(qiáng)度鋼、鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金中的一種或兩種制造。
【文檔編號(hào)】B63G8/00GK105923129SQ201610313152
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】魏宇杰, 劉小明, 方新, 張吟, 宋宏偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所