CN103448890B - 小型自主运动海洋观测平台壳体 - Google Patents

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Abstract

一种小型自主运动海洋观测平台壳体，其由前敞水舱段、后敞水舱段和中间的耐压舱段构成；前敞水舱段由鼻尖椭壳(2)和椭球端盖(4)通过直口定位配合；中间的耐压舱段由椭球端盖(4)、前耐压壳(6)、前肋环(7)、中耐压壳(8)、后肋环(10)、后耐压壳(11)、半球端盖(13)前后依次直口连接定位；后敞水舱段由半球端盖(13)、尾部椭壳(14)、尾尖壳体(16)通过直口定位配合；前敞水舱段、后敞水舱段和中间的耐压舱段均采用中间螺杆拉紧连接固定。

Description

小型自主运动海洋观测平台壳体
技术领域
本发明属于机械结构设计领域，具体涉及一种用于海洋环境观测的小型自主运动平台的壳体结构的外形，连接和密封等内容。
背景技术
小型自主水下航行器、自主水下滑翔器、自持式剖面浮标等海洋观测平台目前已被广泛应用于全球的海洋环境观测，它们通常是由外部壳体加装内部电气系统来构成，外部壳体结构对自主运动平台的整体性能具有关键性作用。外部壳体结构的设计需要考虑减小水阻力，增强耐压能力，保证密封性能，简化连接结构等。当前国际上出现的小型自主水下航行器、自主水下滑翔器和自持式剖面浮标等小型自主运动海洋观测平台的壳体结构往往采用如下几种方式：一、整体的壳体结构，壳体不分段；二、采用分段结构，分段之间的接口位置采用螺钉的连接方式；三、壳体分段，在分段壳体的两端开口，利用柔性圆柱条穿过预先设计在两段壳体接口处的半圆型槽将两段壳体连接拉紧。
现有的壳体连接结构连接点多，结构复杂、易损坏。
发明内容
本发明提供了一种通过内拉紧的方式连接多段耐压壳体，多段壳体之间采用肋环连接；本发明的壳体结构易于模块化设计各个舱段的功能，易于实现内部器件的安装和系统的拆卸，易于安装壳体外部需要的附件并实现内外舱的走线。通过适当调整壳体的厚度及长度等参数，本发明的壳体设计结构可以广泛使用于3000米以浅的海洋深度范围。
本发明的技术方案是：一种小型自主运动海洋观测平台壳体，其由前敞水舱段、后敞水舱段和中间的耐压舱段构成；前敞水舱段由鼻尖椭壳和椭球端盖通过直口定位配合，并且鼻尖椭壳顶端通过内六角螺钉与前密封连接器的螺纹连接孔拉紧固定而构成，鼻尖椭壳与椭球端盖的整体外形是半个椭球；中间的耐压舱段由椭球端盖、前耐压壳、前肋环、中耐压壳、后肋环、后耐压壳、半球端盖前后依次直口连接定位，并通过前密封连接器、后密封连接器和长螺杆通过螺纹连接拉紧固定而构成，前密封连接器与椭球端盖之间以及后密封连接器与半球端盖之间均采用直口定位和端面密封的结构；椭球端盖、前耐压壳、前肋环、中耐压壳、后肋环、后耐压壳和半球端盖之间的连接处密封；前肋环、后肋环、以及椭球端盖和半球端盖的开口端的增厚部分形成整个耐压舱段的加强筋；前肋环、后肋环的内部突出一薄层，便于安装内部器件，前肋环、后肋环的外周面壳体开孔便于耐压舱段外部固定附件或者便于耐压舱段内外走线；椭球端盖、半球端盖的外部设有平面，用于安装需要密封连接的设备；后敞水舱段由半球端盖、尾部椭壳、尾尖壳体通过直口定位配合并通过后密封连接器、尾端连接器和尾部螺杆拉紧固定而构成，尾部椭壳的外形为半个椭球的一部分；尾尖壳体与尾部椭壳的外形需要相切过度，尾尖壳体的轴向截面的外形是部分圆弧，尾尖壳体与尾部椭壳通过直口定位后由螺钉连接固定。
鼻尖椭壳与椭球端盖的椭球的长半径根据自主运动平台的运动速度和因运动而产生的水动力学阻力来确定，同时需要考虑内部器件的安装空间，以选择优化尺寸。尾部椭壳的椭球长短半径的确定需要根据流体动力学和内部器件安装的空间来折衷确定。如果耐压舱段长度太大，螺杆长度不足，则可以通过螺杆连接器连接前长螺杆和后长螺杆的形式以延长长度，同时，螺杆连接器可以设计成两端具有喇叭口的形状(如同前密封连接器的前端的喇叭口)以方便安装。前耐压壳、中耐压壳、后耐压壳的长度以及鼻尖椭壳和尾部椭壳的长半径的确定可根据需要更改，以实现系统结构功能与水动力性能的完美统一。
进一步，后密封连接器在其后端设计成喇叭口的形状以便于安装尾部螺杆。
进一步，椭球端盖、前耐压壳、前肋环、中耐压壳、后肋环、后耐压壳和半球端盖之间的密封形式采用径向密封。
进一步，前耐压壳、中耐压壳和后耐压壳的中间段薄壁、两端头厚壁，可以保证壳体加工后以及受力后的圆柱度。
进一步，前肋环、后肋环的外周面壳体的孔为螺纹孔或者光孔。
本发明的小型自主运动海洋观测平台壳体结构具有如下几个优点：1、易于模块化设计，便于可重构各个舱段的功能；2、多舱段便于内部结构的拆卸和内部元器件的更换和调试；3、短圆筒的设计增加了薄壁圆筒抵抗外压力的稳定性；4、易于耐压壳体外部固定安装传感器和功能附件；5、减少了圆筒和端盖之间连接时螺钉的使用，减小了海水电化学腐蚀的可能性；6、水动力学特性和功能结构设计的完美折衷；7、防止薄壁圆筒端头加工后因应力释放造成不圆现象，进而保证了壳体与端盖间的装配和密封；8、前肋环、后肋环、以及椭球端盖和半球端盖的开口端的增厚部分形成整个耐压舱段的加强筋，极大的提高了耐压舱段的抗压能力，为前耐压壳、中耐压壳和后耐压壳消减厚度提供了余量，大大减轻了耐压舱段的质量。
附图说明
图1是本发明的小型自主运动海洋观测平台壳体剖面视图；
图中：1、内六角螺钉，2、鼻尖椭壳，3、前密封连接器，4、椭球端盖，5、前长螺杆，6、前耐压壳，7、前肋环，8、中耐压壳，9、螺杆连接器，10、后肋环，11、后耐压壳，12、后长螺杆，13、半球端盖，14、尾部椭壳，15、后密封连接器，16、尾尖壳体，17、尾部螺杆，18、尾端连接器。
具体实施方式
为进一步阐述本发明小型自主运动平台的壳体的特点及功效，下面结合实施例作更为详尽的说明。
本发明的小型自主运动海洋观测平台壳体结构由前后两个敞水舱段和中间的耐压舱段构成。前敞水舱段由鼻尖椭壳2和椭球端盖4通过直口定位配合，并通过内六角螺钉1与前密封连接器3之间的螺纹连接拉紧固定。鼻尖椭壳2与椭球端盖4的外形是半个椭球，椭球的长半径根据自主运动平台的运动速度和因运动而产生的水动力学阻力来确定，同时需要考虑内部器件的安装空间，以选择折衷尺寸。
中间的耐压舱段由椭球端盖4、前耐压壳6、前肋环7、中耐压壳8、后肋环10、后耐压壳11、半球端盖13前后依次直口连接定位并通过前密封连接器3、后密封连接器15和长螺杆通过螺纹连接拉紧固定。如果耐压舱段长度太大，螺杆长度不足，则可以通过螺杆连接器9连接前长螺杆5和后长螺杆12的形式以延长长度，同时，螺杆连接器9可以设计成两端具有喇叭口的形状(如同前密封连接器3的前端的喇叭口)以方便安装。前密封连接器3和后密封连接器15均采用直口定位和端面密封的结构，后密封连接器15可以在其后端设计成喇叭口的形状便于安装尾部螺杆17。椭球端盖4、前耐压壳6、前肋环7、中耐压壳8、后肋环10、后耐压壳11和半球端盖13之间采用的密封形式为径向密封。
前肋环7、后肋环10、以及椭球端盖4和半球端盖13的开口端的增厚部分形成整个耐压舱段的加强筋，极大的提高了耐压舱段的抗压能力，为前耐压壳6、中耐压壳8和后耐压壳11消减厚度提供了余量，大大减轻了耐压舱段的质量。前耐压壳6、中耐压壳8和后耐压壳11采用中间段薄壁，两端头厚壁的方式，可以保证壳体加工后以及受力后的圆柱度。前肋环7、后肋环10的内部突出一薄层便于安装内部器件，前肋环7、后肋环10的外端面壳体开螺钉孔或者开通孔便于耐压舱段外部固定附件或者便于耐压舱段内外走线。椭球端盖4、半球端盖13的外部平面易于安装各种需要密封连接的传感器等设备。
后敞水舱段由半球端盖13、尾部椭壳14、尾尖壳体16由直口定位配合并通过后密封连接器15、尾端连接器18和尾部螺杆17拉紧固定。尾部椭壳14的外形为半个椭球的一部分，其长短半径的确定需要根据流体动力学和内部器件安装的空间来折衷确定。尾尖壳体16与尾部椭壳14的外形需要相切过度，尾尖壳体16的轴向截面的外形是部分圆弧，尾尖壳体16与尾部椭壳14通过直口定位后由螺钉连接固定。前耐压壳6、中耐压壳8、后耐压壳11的长度以及鼻尖椭壳2和尾部椭壳14的长半径的确定可根据需要更改，以实现系统结构功能与水动力性能的完美统一。
本发明以实例的方式展示耐压舱段的结构，即前耐压壳、中耐压壳、后耐压壳三个耐压壳体和前肋环、后肋环两个肋环的结构，实际使用中可以根据需要拓展耐压壳体和肋环的数量。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种小型自主运动海洋观测平台壳体，其由前敞水舱段、后敞水舱段和中间的耐压舱段构成；其特征在于：前敞水舱段由鼻尖椭壳(2)和椭球端盖(4)通过直口定位配合，并且鼻尖椭壳顶端通过内六角螺钉(1)与前密封连接器(3)的螺纹连接孔拉紧固定而构成，鼻尖椭壳(2)与椭球端盖(4)的整体外形是半个椭球；中间的耐压舱段由椭球端盖(4)、前耐压壳(6)、前肋环(7)、中耐压壳(8)、后肋环(10)、后耐压壳(11)、半球端盖(13)前后依次直口连接定位，并通过前密封连接器(3)、后密封连接器(15)和长螺杆(5、12)通过螺纹连接拉紧固定而构成，前密封连接器(3)与椭球端盖(4)之间以及后密封连接器(15)与半球端盖(13)之间均采用直口定位和端面密封的结构；椭球端盖(4)、前耐压壳(6)、前肋环(7)、中耐压壳(8)、后肋环(10)、后耐压壳(11)、半球端盖(13)之间的连接处密封；前肋环(7)、后肋环(10)、以及椭球端盖(4)和半球端盖(13)的开口端的增厚部分形成整个耐压舱段的加强筋；前肋环(7)、后肋环(10)的内部突出一薄层，用于安装内部器件，前肋环(7)、后肋环(10)的外周面壳体开孔以便于耐压舱段外部固定附件或者便于耐压舱段内外走线；椭球端盖(4)、半球端盖(13)的外部设有平面，用于安装需要密封连接的设备；后敞水舱段由半球端盖(13)、尾部椭壳(14)、尾尖壳体(16)通过直口定位配合并通过后密封连接器(15)、尾端连接器(18)和尾部螺杆(17)拉紧固定而构成，尾部椭壳(14)的外形为半个椭球的一部分；尾尖壳体(16)与尾部椭壳的外形相切过度，尾尖壳体(16)的轴向截面的外形是部分圆弧，尾尖壳体(16)与尾部椭壳(14)通过直口定位后由螺钉连接固定；
后密封连接器(15)在其后端设计成喇叭口的形状以便于安装尾部螺杆(17)；
前耐压壳(6)、中耐压壳(8)和后耐压壳(11)的中间段为薄壁、两端头为厚壁。
2.如权利要求1所述的小型自主运动海洋观测平台壳体，其特征在于：长螺杆包括前长螺杆(5)和后长螺杆(12)，前长螺杆(5)和后长螺杆(12)通过螺杆连接器(9)连接。
3.如权利要求1或2所述的小型自主运动海洋观测平台壳体，其特征在于：椭球端盖(4)、前耐压壳(6)、前肋环(7)、中耐压壳(8)、后肋环(10)、后耐压壳(11)和半球端盖(13)之间的连接处的密封形式采用径向密封。
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