CN104986312B - 一种仿生耐压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生耐压装置，包括若干个蛋形仿生耐压壳体，所述蛋形仿生耐压壳体的两端分别为钝端和尖端，相邻的蛋形仿生耐压壳体的钝端和尖端通过壳体连接装置顺次连接，仿生耐压装置艏部安装有观察窗装置，仿生耐压装置尾部安装有舱门装置。本发明的仿生耐压装置通过多个蛋形仿生耐压壳体相连的方案，增加了舱室空间，提高了人机环特性，同时也便于分段制造；采用不同大小蛋形壳体相连的方案，便于具有流线型轻外壳的布置，降低潜水器流体阻力，提高潜水器的流体动力学特性。

Description

一种仿生耐压装置

技术领域

本发明涉及一种仿生耐压装置，属于潜水装备领域。

背景技术

潜水器是大洋勘查与深海科学研究的重要装备，作为潜水器的重要组成部分，耐压装备起着保障下潜过程中内部设备正常工作和人员健康安全的作用，其重量占潜水器总重的1/4-1/2。耐压装备的设计对潜水器安全性、机动性、空间利用率和人机环等性能具有重要影响。

现役的深海耐压装备多为单球形、少数为多球形结构，但这些结构无法最优协调潜水器的安全性、机动性、空间利用率和人机环等特性。例如，对于单球形耐压装备，在实际受载过程中，由于对缺陷非常敏感，发生失稳时的压力仅为理论值的1/4～1/3，安全性较差；单球形耐压装备只能通过依靠增大球半径来增大内部空间，半径的增大会导致水阻力增大，降低潜水器的机动性；球形耐压装备曲率较小且处处相等，导致内部设备布置困难，空间利用率较低，人员舒适性变差，进而降低潜水器的人机环特性。多球形耐压装备在一定程度上扩大了舱室空间，提高了人员舒适性，但仍然无法克服缺陷敏感度高、空间利用率低等缺点。

蛋壳满足圆顶原理，具有超强的耐压特性，是一种优异的耐压壳的仿生模型。申请号为201510073803.4的发明专利提出了一种概念性的蛋形仿生耐压壳体，使得潜水器的安全性、流体动力学特性、空间利用率、人机环最优协调成为可能，但单舱室空间较小，无法满足深海耐压装备的要求；其次，该发明的耐压壳体的舱门使用简单地螺栓连接，无法满足深海作业的密封及强度要求；再者，该发明的耐压壳体并没有给出观察窗的布置，这样的结构无法进行实际的应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种仿生耐压装置，采用蛋形仿生耐压壳体相连，增加了舱室空间，提高了人机环特性，同时也便于分段制造。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种仿生耐压装置，包括若干个蛋形仿生耐压壳体，所述蛋形仿生耐压壳体的两端分别为钝端和尖端，相邻的蛋形仿生耐压壳体的钝端和尖端通过壳体连接装置顺次连接，仿生耐压装置艏部为蛋形仿生壳体的钝端，安装有观察窗装置，仿生耐压装置尾部为蛋形仿生壳体的尖端，安装有舱门装置。

作为优选，所述蛋形仿生耐压壳体纵截面外曲线满足：

其中：L—蛋形仿生壳体的长轴长度，B—蛋形仿生壳体的短轴长度，e—偏心距，蛋形仿生耐压壳体的长轴为Y轴，短轴为X轴，坐标原点位于蛋形仿生壳体的纵轴线上，原点与蛋形仿生壳体中心相距e，α为点(X，Y)与原点的连线与X轴的夹角。

作为优选，所述B/L＝0.62～0.76，以0.69最优。

作为优选，所述蛋形仿生耐压壳体有三个，三个顺次连接的蛋形仿生耐压壳体的三个短轴长度分别为B₁、B₂和B₃，三个短轴的长度满足以下关系：

作为优选，所述壳体连接装置包括蛋形仿生耐压壳体延伸的法兰，相邻的两个法兰一个设有凸台，另一个法兰设有与凸台配合的凹槽，所述凹槽内设有密封垫，相邻的法兰通过螺栓连接。

作为优选，所述观察窗装置包含观察窗压块、观察窗围壁、观察窗玻璃和硬支撑，所述观察窗围壁为一端设有开孔、一端敞开的圆筒状，在敞开的观察窗围壁那一端延伸有安装凸耳，安装凸耳通过螺钉安装在蛋形仿生耐压壳体上，观察窗围壁内安装有观察窗玻璃，观察窗玻璃通过观察窗压块挤压固定在观察窗围壁上。

作为优选，所述观察窗围壁的安装凸耳和侧壁与蛋形仿生耐压壳体之间均设有若干个密封圈，观察窗压块与观察窗围壁之间也设有密封圈，观察窗围壁与观察窗玻璃之间设有硬支撑，观察窗压块与观察窗玻璃、观察窗玻璃与硬支撑、硬支撑与观察窗围壁之间均以凹凸相钳连接，在凹凸相钳连接处均设有密封垫。

作为优选，所述舱门装置包含舱门盖和连接杆，舱门盖一端通过连接杆绕蛋形仿生耐压壳体转动，舱门盖另一端通过旋转螺钉锁紧在蛋形仿生耐压壳体上。

作为优选，所述观察窗装置、壳体连接装置及舱门装置与各自蛋形仿生耐压壳体中心的距离为单个蛋形耐压壳长轴L长度的30％～40％。

有益效果：本发明的仿生耐压装置，具有以下优点：

1)本发明继承了单一蛋形结构的缺陷敏感度低、安全性高、空间利用率高、人机环特性好等优点，在不降低安全性的前提下去除了曲率较大的端部，用于开孔连接、开设舱门和观察窗，进一步提高了空间利用率；采用多个蛋形结构相连的方案，进一步增加了舱室空间，提高了人机环特性，同时也便于分段制造；采用不同大小蛋形壳体相连的方案，便于具有流线型轻外壳的布置，降低潜水器流体阻力，提高潜水器的流体动力学特性。

2)本发明在观察窗装置中，设计了观察窗围壁加强结构，可降低开孔对壳体承载能力的影响；观察窗围壁与壳体采用螺钉连接，减轻了对壳体开孔密封的负担，同时便于更换、维修，可有效降低围壁变形对玻璃的影响；在紧固观察窗玻璃的结构中，各零件之间均以凹凸相钳连接，有效避免挤压力对玻璃产生影响，且连接处均有密封垫密封，密封效果要优于平面挤压方式。

3)本发明在壳体连接装置中，采用壳体法兰凹凸相钳方式进行连接，可对壳体进行自限位、相互加强，有效提高壳体连接的可靠性，降低开孔对壳体承载能力的影响；在壳体法兰凹凸相钳处、螺栓连接内侧，分别采用密封垫、密封圈进行多重密封，密封效果要优于法兰平面挤压式的单一密封。

附图说明

图1为本发明所采用的蛋形曲线示意图。

图2为本发明结构的全剖示意图。

图3为图2的观察窗装置的B向示意图。

图4为图2的观察窗装置的局部放大示意图。

图5为图2的壳体连接装置的局部放大示意图。

图6为图2的A向剖视示意图。

图7为图2的舱门装置的局部放大示意图。

图8为图2的舱门装置的C向示意图。

图9为图8的D向剖视示意图。

其中：1—观察窗装置；2—第三蛋形仿生耐压壳体；3—第一壳体连接装置；4—第二蛋形仿生耐压壳体；5—第二壳体连接装置；6—第一蛋形仿生耐压壳体；7—舱门装置；8—观察窗玻璃；9—观察窗压块；10—观察窗围壁；11—硬支撑；12—密封垫；13—舱门盖；14—连接杆；15—舱门把手。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图9所示，本发明的一种仿生耐压装置，包括三个蛋形仿生耐压壳体，分别为第一蛋形仿生耐压壳体6、第二蛋形仿生耐压壳体4和第三蛋形仿生耐压壳体2，三个蛋形仿生耐压壳体的两端分别为钝端和尖端，第一蛋形仿生耐压壳体6的钝端与第二蛋形仿生耐压壳体4的尖端通过第二壳体连接装置5相连，第二蛋形仿生耐压壳体4的钝端与第三蛋形仿生耐压壳体2的尖端通过第一壳体连接装置3相连，第一蛋形仿生耐压壳体6的尖端安装有舱门装置7，第三蛋形仿生耐压壳体2的钝端安装有观察窗装置1。

在本发明中，三个蛋形仿生耐压壳体截面外曲线满足：

其中：其中：L—蛋形仿生壳体的长轴长度；B—蛋形仿生壳体的短轴长度；e—偏心距，蛋形仿生耐压壳体的长轴为Y轴，短轴为X轴，坐标原点位于蛋形仿生壳体的纵轴线上，原点与蛋形仿生壳体中心相距e，α为点(X，Y)与原点的连线与X轴的夹角，B/L＝0.62～0.76，以0.69最优，由于该比值是根据实际蛋壳长短轴测试结果选取，因而在此范围内的仿生蛋壳结构具有良好的安全性、空间利用率和人机环特性。

第三蛋形仿生耐压壳体2、第二蛋形仿生耐压壳体4和第一蛋形仿生耐压壳体6三个短轴长度分别为B₁、B₂和B₃，三个短轴满足以下关系：

故而第二蛋形仿生耐压壳体4可最大，第三蛋形仿生耐压壳体2次之，第一蛋形仿生耐压壳体6，由此可在壳体外部布置水滴形轻外壳，使本发明的耐压装备具有较好的机动性。

在本发明中，所述第一壳体连接装置3和第二壳体连接装置5均包括蛋形仿生耐压壳体延伸的法兰，相邻的两个法兰一个设有凸台，另一个法兰设有与凸台配合的凹槽，所述凹槽内设有密封垫12，相邻的法兰通过螺栓连接。两个法兰凹凸相钳的方式进行连接，可对壳体进行自限位、相互加强，有效提高壳体连接的可靠性，降低开孔对壳体承载能力的影响。在法兰凹凸相钳处，采用密封垫12密封。在螺栓连接内侧，采用密封圈再进行多重密封，可避免壳体法兰因加工误差、安装产生的间隙使密封效果变差，故而整体密封效果要优于平面挤压式的单一密封。

在本发明中，所述观察窗装置1包含观察窗压块9、观察窗围壁10、观察窗玻璃8和硬支撑11，所述观察窗围壁10为一端设有开孔、一端敞开的圆筒状，在敞开的观察窗围壁10那一端延伸有安装凸耳，安装凸耳通过螺钉安装在蛋形仿生耐压壳体上，减轻了对壳体开孔密封的负担，同时便于更换、维修，可有效降低围壁变形对玻璃的影响。观察窗围壁10内安装有观察窗玻璃8，观察窗玻璃8通过观察窗压块9挤压固定在观察窗围壁10上，观察窗压块9与观察窗围壁10采用螺钉连接。

在本发明中，所述观察窗围壁10的安装凸耳和侧壁与蛋形仿生耐压壳体均设有若干个密封圈，观察窗压块9与观察窗围壁10之间也设有密封圈，观察窗围壁10与观察窗玻璃8之间设有硬支撑11，观察窗压块9与观察窗玻璃8、观察窗玻璃8与硬支撑11、硬支撑11与观察窗围壁10之间均以凹凸相钳连接。在凹凸相钳连接处均设有密封垫，即在凹陷内设有密封垫，达到多重密封的目的。

在本发明中，所述舱门装置7包含舱门盖13和连接杆14，舱门盖13一端通过连接杆14绕第一蛋形仿生耐压壳体6转动，舱门盖13另一端通过旋转螺钉锁紧在第一蛋形仿生耐压壳体6上。打开舱门时，只需逆时针旋转旋转螺钉，将旋转螺钉取下，拉动舱门把手15即可打开舱门盖13。

在本发明中，所述观察窗装置1、壳体连接装置及舱门装置7与各自蛋形仿生耐压壳体中心的距离为单个蛋形耐压壳长轴L长度的30％～40％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种仿生耐压装置，其特征在于：包括若干个蛋形仿生耐压壳体，所述蛋形仿生耐压壳体的两端分别为钝端和尖端，相邻的蛋形仿生耐压壳体的钝端和尖端通过壳体连接装置顺次连接，仿生耐压装置艏部为蛋形仿生壳体的钝端，安装有观察窗装置，仿生耐压装置尾部为蛋形仿生壳体的尖端，安装有舱门装置；

所述蛋形仿生耐压壳体纵截面外曲线满足：

$\left\{\begin{array}{c}Y=(L/2+esin\mathrm{\α})sin\mathrm{\α}\\ X=B/2cos\mathrm{\α}\end{array}\right.$

其中：L—蛋形仿生壳体的长轴长度，B—蛋形仿生壳体的短轴长度，e—偏心距，蛋形仿生耐压壳体的长轴为Y轴，短轴为X轴，坐标原点位于蛋形仿生壳体的纵轴线上，原点与蛋形仿生壳体中心相距e，α为点(X，Y)与原点的连线与X轴的夹角。

2.根据权利要求1所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述B/L＝0.62～0.76。

3.根据权利要求2所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述蛋形仿生耐压壳体有三个，三个顺次连接的蛋形仿生耐压壳体的三个短轴长度分别为B₁、B₂和B₃，三个短轴的长度满足以下关系：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{B_3}{B_2}=0.5~1\\ \frac{B_2}{B_1}=0.5~2\end{array}\right..$

4.根据权利要求2所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述壳体连接装置包括蛋形仿生耐压壳体延伸的法兰，相邻的两个法兰一个设有凸台，另一个法兰设有与凸台配合的凹槽，所述凹槽内设有密封垫，相邻的法兰通过螺栓连接，两个法兰安装面之间设有密封圈。

5.根据权利要求4所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述观察窗装置包含观察窗压块、观察窗围壁、观察窗玻璃和硬支撑，所述观察窗围壁为一端设有开孔、一端敞开的圆筒状，在敞开的观察窗围壁那一端延伸有安装凸耳，安装凸耳通过螺钉安装在蛋形仿生耐压壳体上，观察窗围壁内安装有观察窗玻璃，观察窗玻璃通过观察窗压块挤压固定在观察窗围壁上。

6.根据权利要求5所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述观察窗围壁的安装凸耳和侧壁与蛋形仿生耐压壳体之间均设有若干个密封圈，观察窗压块与观察窗围壁之间也设有密封圈，观察窗围壁与观察窗玻璃之间设有硬支撑，观察窗压块与观察窗玻璃、观察窗玻璃与硬支撑、硬支撑与观察窗围壁之间均以凹凸相钳连接，在凹凸相钳连接处均设有密封垫。

7.根据权利要求6所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述舱门装置包含舱门盖和连接杆，舱门盖一端通过连接杆绕蛋形仿生耐压壳体转动，舱门盖另一端通过旋转螺钉锁紧在蛋形仿生耐压壳体上。

8.根据权利要求7所述的仿生耐压装置，其特征在于：所述观察窗装置、壳体连接装置及舱门装置与各自蛋形仿生耐压壳体中心的距离为单个蛋形耐压壳长轴L长度的30％～40％。