[发明专利]大深度潜水器耐压结构

说明书

本发明涉及一种大深度潜水器耐压结构，其为组合结构形式；其包括内壳、外壳、左法兰和右法兰；内壳为主承力结构，内壳在左法兰和右法兰的基础上缠绕而成，外壳为钛合金板卷制并通过纵焊缝焊接而成，并与内壳环肋紧密贴合，外壳再通过两端的环焊缝与左法兰和右法兰连接而成；内壳由采用圆筒加外环肋结构形式，外环肋等间距分布，具体间距根据承受外压时耐压结构最小应力准则进行优化配置；内壳与外壳采用对接环焊缝连接而成，焊缝只承受拉力和压力，受力形式简单。本发明为潜水器提供一种水下耐压能力高、耐压稳定性好、耐压受力均匀、重量轻、比强度高、耐冲击性能好、耐海水腐蚀持续时间长、使用寿命长、无磁性、隐蔽性好的大深度耐压结构。

技术领域

本发明涉及潜水器领域，尤其是一种大深度潜水器耐压结构。

背景技术

圆柱耐压结构，包括等壁厚的圆柱耐压结构、带环筋的圆柱耐压结构，由于其具有重量轻和优异的力学性能等特点，因此在过去几十年里被广泛地应用在航空、航天、航海及车辆工程等各个领域。在潜水器的耐压料耐压结构中，圆柱耐压结构扮演了主要的角色，应用在各型鱼雷、潜艇、无人水下航行器(UUV)、水下自主式无缆机器人(AUV)以及各种水下运载器等各种产品。

钛合金强度高、耐腐蚀性好、耐热性高等特点被广泛地应用在各个领域。但是由于其密度比铝合金高得多，因此在对重量控制很严格的航空、航天以及水下产品等领域中其应用得到了限制。如何设计既能发挥其比强度高、耐腐蚀性好优点，又能有效地减轻整个架构重量将是一个重要的研究课题。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。其强度高于钢铁并且具有耐腐蚀性和高模量的特性，因此在国防军工和民用方面都是重要的材料。碳纤维具有很多优良的性能，轴向强度和模量高，密度低、比性能高、电磁屏蔽高等。如何结合钛合金和碳纤维复合材料进行结构设计，达到既能有效减重、又能大幅度提供产品的性能是一个重要的研究方向。

当前大部分小直径的潜水器采用铝合金材料，一般而言采用单层圆柱加环肋的耐压结构最多。但是随着人类不断向深海探索，航行体使用深度不断增加，单层环肋圆柱耐压结构的劣势逐渐显现，特别是使用深度增加，耐压结构的强度和稳定性都受到了结构和材料极限的考验，特别是深水耐压的稳定性。由于环肋的存在，承受外压时难免在环肋附近出现应力集中，因而大部分区域并未达到材料的屈服强度而导致耐压结构强度破坏。因此需要新的结构形式来更加充分发挥材料的优势，使得耐压结构的重量/排水量与单层圆柱环肋耐压结构一致的情况下，能承受更高的外压力、应力分布更均匀、具有更好的耐压稳定性。随着使用深度的增加，耐压结构承受外压越来越大，铝合金已经不能满足深海探索的需要，因此继续开发密度与其相当，比强度和比模量比之高得多的材料势在必行。但是如果能利用现有的材料进行组合，采用新型的结构形式，是否也能达到上述的要求也是一个非常值得探索的方向。

发明内容