CN106828834B - 一种全海深无人深潜器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全海深无人深潜器，它包括：深潜器维壳采用耐海水腐蚀、具有一定结构强度，可以抗碰撞的、方便易得、成本较低、重量较轻的普通材料；将液体加注并充盈深潜器维壳内部及其搭载的所有设备设施、元器件的所有内部间隙，从而由以往深潜器外层坚硬的抗压维壳，承载全部压力的“封闭空间抗压”模式，转化为深潜器维壳、以及内部搭载的所有设备设施、元器件的制作材料，共同承载压力的“材料抗压”模式。利用了“液体不可压缩”、“密度基本一致的液体之间基本不承载较大压力”、“压力可以传导”的特性，大幅度降低深潜器的制作建造成本、不受下潜深度限制。

Description

一种全海深无人深潜器

技术领域

本发明属于潜航技术领域，具体涉及一种全海深无人深潜器。

背景技术

近年来，伴随着深海探矿勘测、石油开采、样品采集等资源开发，电缆管线铺设、跨海大桥等工程施工，以及科考勘测、摄影观察等一系列海洋开发事业的快速发展，深潜器建造和需求数量急剧增多。

但由于深海环境中，自然环境非常严酷和危险，存在着海水的腐蚀、阻力、电源、通讯手段、观测及位置保持等一系列问题。特别是深潜器耐水压的轻量容器、材质、造价等问题，要比陆上和空间使用的系统要困难的多。为确保人身安全研发潜航深度大、费用成本低、安全可靠的智能型无人深潜器就尤为重要。作为动力系统、通讯设施、科研设备、采样摄影器具等的承载和保护工具，是深潜器研发的重中之重，也占了深潜器研发、建造成本的相当大的比重。

目前，为了建造出下潜深度更大的深潜器，世界许多国家的研发机构争相投入巨资，对深潜器维壳进行研发。但均把研发设计思路，放在如何选择抗压力强的材料制作深潜器外层坚硬的抗压维壳，承载全部压力的封闭“空间结构抗压”抵抗深海压力的模式，内部再搭载相应设备设施的设计研发思路，至今没有取得突破性进展。

发明内容

本发明目的是利用“液体不可压缩”、“密度基本一致的液体之间基本不承载较大压力”、“压力可以传导”等特性，创造性提出崭新的设计思路：由以往深潜器外层坚硬的抗压维壳，承载全部压力的封闭“空间结构抗压”模式，转化为深潜器维壳、以及内部搭载的所有设备设施、元器件的制作材料，共同承载压力的“材料抗压”模式，从而实现一种全海深无人深潜器及其制造方法。

一种全海深无人深潜器，它包括：

1、深潜器维壳采用耐海水腐蚀、具有一定结构强度，可以抗碰撞的不锈钢、铝合金、朔胶、橡胶等方便易得、成本较低、重量较轻的普通材料即可；

2、选择一种或几种成本较低的液体，并符合以下要求：

（1）物理性状稳定，不易凝结、沸腾、燃烧；

（2）不导电、无腐蚀；

（3）不影响通讯遥控信号传输；

（4）符合特殊元器件的具体要求，例如：加注到摄像头内部空间的液体，还要同时满足透明度高的要求。

3、将上述液体，加注并充盈深潜器维壳内部及其搭载的所有设备设施、元器件的所有内部间隙，尽量避免残存的气泡或空隙。

4、如果个别特殊的设备设施、元器件，对添注液体有特殊要求，而需要加注不同液体的，为避免不同液体间相互流动、混杂，可以采取相应的密封措施加以避免，例如：对添注了特殊液体的设备设施及元器件进行塑封、打胶密封或包裹相应密封材料等，即可实现不同液体间的隔离。

5、经过上述技术处理，深潜器内部，以及所有搭载物之间，以及其内部，均没有了明显的气泡和间隙，从而由以往深潜器外层坚硬的抗压维壳，承载全部压力的“封闭空间抗压”模式，转化为深潜器维壳、以及内部搭载的所有设备设施、元器件的制作材料，共同承载压力的“材料抗压”模式。

一种全海深无人深潜器制造方法，它包括：

1、深潜器维壳制作

（1）选取具有一定结构强度、抗碰撞冲击，同时耐海水及内部添注液体腐蚀的材料，制作维壳；

（2）维壳上适当位置，预留适当大小的安装、检修口，并具有紧固后密封防水设计；

（3）维壳的顶部位置，分别留有一个或多个排气孔、液体加注孔，并可以紧固密封；

（4）当选择刚性（硬质）材料制作维壳时，为防止维壳及内部搭载元器件、设施设备的空气没有完全排净，形成小的含有气体的密闭空间，导致下潜到一定深度时压力增加，引起维壳细微变形。因此，采取在维壳适当位置上设置一个压力调节孔，即：在维壳上开一个适当大小的园孔，加装一块可以自由凸凹伸缩的橡胶片或类似材料，并加装法兰盘固定、密封。当维壳内一旦存在未排净的空气时，随水压增大，压力调节孔上的橡胶片向维壳内凹陷，从而起到压力调节、使维壳内外压力平衡，避免维壳产生变形；

（5）维壳外可以按照通行设计，加装稳定、防撞支架，以及设备搭载支架、采集取样设备安装点等。

2、加注液体的选择

可以选择的液体分为油脂性或水性液体。也可以根据具体需要，选择一种或几种不同液体，通过设备密封，分别或同时使用。如导热油、纯净水等。但必须符合以下要求：

（1）物理性状稳定，不易凝结、沸腾、燃烧；

（2）不导电、无腐蚀；

（3）不影响通讯遥控信号传输；

（4）符合特殊元器件的具体要求，例如：加注到摄像头内部空间的液体，还要同时满足透明度高的要求。

3、液体的加注添注

（1）将现有或特殊加工的元器件及小型设备设施（暴露在深潜器外部，或自身可以抗压或开放型设备设施除外），通过后期单个元器件单独加注、置于深潜器维壳内统一加注等方式方法，用所加注的液体添注空隙、排除空气；

（2）需要加注与维壳内统一加注液体不同的特殊液体的，可以单独加注后，单独密封，以避免不同液体之间的流动、混淆；

（3）集成电器、线路板等，如需加注特殊液体的，也可以整体加注、整体密封；

（4）如果上述元器件需要链接电源等的，在密封时留出电源接头或插口；

（5）小型元器件，可以在所需液体的完全浸润环境下，浸泡加注排除空气，并粘合密封；

（6）可以采取塑封、胶封等常规方式密封。

4、搭载设备设施、元器件的安装

（1）无需单独加注、单独密封的，以及单独加注、单独密封处理的元器件、设备设施，按照设计要求，逐一安装在维壳内的固定承载支架上，接通电源等进行测试；

（2）经过测试调整后，把设备安装检修口紧固密封；打开预设的排气孔，通过预设的液体添注孔，加注液体，并最大限度住满液体、排出空气，即完成深潜器制作安装工作，待陆地测试合格后，即可下潜操作。

本提供了一种全海深无人深潜器及其制造方法，利用“液体不可压缩”、“密度基本一致的液体之间基本不承载较大压力”、“压力可以传导”的特性，以及现有电子元器件、设备设施所使用的原材料（包括：塑料密封薄膜、电线电缆、电路板等等）具有的“抗压能力”、“抗弯曲能力”，以及“不导电、无腐蚀”的液体材料等，均广泛存在，价格低廉、易于获得，并已广泛应用于加工制造领域的现实情况。结合材料力学、流体力学等原理，摒弃现有深潜器采取厚重、高耐压的材料制作维壳，形成内部抗压空间，来抗拒深海巨大水压的研发思路。采取深潜器及内部所搭载电子元器件、设备设施等的所有空间、间隙均添注满符合特殊要求的液体，通过压力传导，实现维壳内部与外部压力均衡。因此，由封闭“空间结构抗压”模式转化为“材料抗压”模式，从而化解和抵消深海巨大水压的全新研发方向和设计思路，形成了崭新的技术解决方案，并完全实现了全海深任意深度潜航、制作材料易得、深潜器综合比重与海水基本相同、下潜上升或水平行进快速易操控、节省动力、材料廉价易得，建造费用成本大幅度降低的重大技术突破。

此技术的实施，可以实现无人深潜器、智能型自持深潜器的大批量、低成本建造，而且深潜器的下潜深度不受限制，使用范围、潜航时间得以极大拓展和延长。

本设计充分利用“液体不可压缩”、“密度基本一致的液体之间基本不承载较大压力”、“压力可以传导”的特性和原料，以及具有“一定抗压能力”、“抗弯曲能力”的材料、“不导电、无腐蚀”的液体材料等，广泛存在、价格低廉、易于获得，并且已经广泛应用于加工制造领域的现实情况，采取深潜器及内部所搭载的电子元器件、设备设施等的所有空间、间隙均加注满符合特殊要求的液体，实现内部与外部压力均衡，由封闭“空间抗压”模式转化为“材料抗压”模式，从而化解和消除深海巨大水压的全新研发方向和设计思路，形成了崭新的技术解决方案，并完全实现了全海深任意深度潜航、建造材料易得、深潜器综合比重与海水基本相符、下潜上升水平移动快速、易操控、节省动力、费用成本大幅度降低的重大技术突破。

本技术实施后，可以大幅度降低深潜器的制作建造成本、不受下潜深度限制，降低技术难度、加大搭载空间、增加功能，拓展使用范围。可以像无人机、遥控舰船、遥控汽车等一样，迅速实现大规模、批量生产，广泛用于科研、探测、取样、施工、搜救、捕捞、拍摄、旅游、娱乐以及军用等诸多领域。

具体实施方式

实施例1一种全海深无人深潜器

1、深潜器维壳采用耐海水腐蚀、具有一定结构强度，可以抗碰撞的不锈钢、铝合金、朔胶、橡胶等方便易得、成本较低的普通材料即可；

2、选择一种或几种成本较低的液体，并符合以下要求：

（1）物理性状稳定，不易凝结、沸腾、燃烧；

（2）不导电、无腐蚀；

（3）不影响通讯遥控信号传输；

（4）符合特殊元器件的具体要求，例如：加注到摄像头内部空间的液体，还要同时满足透明度高的要求。

3、将上述液体，加注并充盈深潜器维壳内部及其搭载的所有设备设施、元器件的所有内部间隙，尽量避免残存的气泡或空隙。

4、如果个别特殊的设备设施、元器件，对添注液体有特殊要求，而需要加注不同液体的，为避免不同液体间相互流动、混杂，可以采取相应的简易密封措施加以避免，例如：对添注了特殊液体的设备设施及元器件进行塑封、打胶密封或包裹相应密封材料等，即可实现不同液体间的隔离。

5、经过上述技术处理，深潜器内部，以及所有搭载物之间，以及其内部，均没有了明显的气泡和间隙，从而由以往深潜器外层坚硬的抗压维壳，承载全部压力的封闭“空间抗压”模式，转化为深潜器维壳、以及内部搭载的所有设备设施、元器件的制作材料，共同承载压力的“材料抗压”模式。

6、无人深潜器通过上述承压方式、设计理念的根本性转变，就杜绝了在深海巨大水压环境下，违反自然规律，人为制造一个坚硬的抗压维壳，形成充盈空气的密闭空间的做法，而是通过寻求和实现“压力平衡”的顺应了自然规律的方式实现“压力抵消、压力均衡”。这就好比再深的海底，也有鱼类、贝类、虾蟹、海藻、海绵等大量质地柔嫩的动植物，自由、长期、健康的生长是同一原理。

7、由于构成深潜器维壳、所搭载的设备设施及元器件的所有制作材料，均可以非常方便、廉价的选取，并且具有以下特性：

（1）具有承受最大深海（目前人类探测深海最深深度均未超过14000米）压力的能力（例如：近期，中国深海探测器在寻找深海冷泉“可燃冰”的探测活动中，附带的趣味试验表明，普通灯泡和鸡蛋在未加任何防护的情况下，灯泡约在315米深度被压爆；而鸡蛋在数千米以下的深海，依旧完好无损。这佐证了以下问题：

A、由于鸡蛋壳存在微小孔隙，压力可以透过蛋壳壳体，传导至蛋壳内部。因此，即使是非常脆弱的鸡蛋壳，只要不形成密封“空间抗压”结构，就可以化解而非抵抗深海巨大水压；

B、由于鸡蛋壳存在微小孔隙，不是完全密封的封闭空间，使得“鸡蛋蛋室”内的空气被压缩或排出蛋壳，海水压力得以直接作用于蛋壳内部的蛋清、蛋黄等液体。因液体不可以压缩，并且其密度与海水差异不大，承受的压力也因此得以化解和消除；

C、深潜器及设备设施、元器件所用材料，均比鸡蛋壳的密度大、韧性强、抗弯曲度大、质地硬，其“材料抗压”能力均是脆弱的蛋壳的数十倍甚至数百倍。因此，深潜器维壳、所搭载设备设施、元器件的材料抗压能力，完全可以抵抗住全海深（任意海水深度）的压力。

（2）即使出现以下两种极端情况，在深海巨大水压环境下，也仅仅会使深潜器维壳及其搭载设备设施、元器件的制作材料本身，产生极其细微的弯曲变形。而材料抗弯曲的特性决定，这样的极其细微的弯曲变形，不会影响设备设施、元器件的运转及功能。这两种极端情况如下：

A、制造深潜器维壳、设备设施及元器件的材料本身的内部，存在极其微小的间隙、气泡；

B、在液体的添注、或个别具有特殊要求的设备设施和元器件，为了防止所添注的不同液体间流动混淆，而进行密封隔离的过程中，留有残存的微小的气泡、间隙。

8、目前，符合以下特点及要求：材料密度较大，具有一定的弯曲度、自身抗压力较强的材料非常广泛，符合上述设计制作要求的材料，完全可以方便、廉价的获得。并且，现有的可能使用在深潜器所搭载的设备设施、元器件，也绝大多数由上述材符合要求的料制作而成。

9、通过上述转变，以往制约深潜器下潜深度的重中之重，即：抗压维壳的价格高昂的特种材料，以及标准高、要求严、工艺难度大的焊接、制作等，都变得非常容易获取、非常容易加工、价格成本非常低廉。例如：

精密电子元件所使用的线路板、导电线路、支架、壳体及焊锡胶体等焊接黏贴材料、塑料等本身就符合抗压要求；用于元器件、设备设施间隙加注液体后的密封隔离用材料，如胶类物质、塑料薄膜、橡胶等等，也方便易得，成本低廉。

10、本技术可以利用大多数现有的各种设备设施、元器件，通过加注符合要求的液体、胶体，采取相应的密封、隔离等技术措施，即可实现排除空气、填满间隙，抗压密封，实现动力系统、传动系统、电力输出系统、信号传输通讯联络系统、操控系统、机械系统等的正常运转工作，实现深潜器的任意深度潜航、快速下潜上升、水平移动行进、样品采集、摄像观测等所有功能。

实施例2一种全海深无人深潜器加工方法

1、深潜器维壳制作

（1）选取具有一定结构强度、抗碰撞冲击，同时耐海水及内部添注液体腐蚀的材料，制作维壳；

（2）维壳上适当位置，预留适当大小的安装、检修口，并具有紧固后密封防水设计；

（3）维壳的顶部位置，分别留有一个或多个排气孔、液体加注孔，并可以紧固密封；

（4）当选择刚性（即硬质）材料制作维壳时，为防止维壳及内部搭载元器件、设施设备的空气没有完全排净，形成小的含有气体的密闭空间，导致下潜到一定深度时压力增加，引起维壳细微变形。因此，采取在维壳适当位置上设置一个压力调节孔，即：在维壳上开一个适当大小的园孔，加装一块可以自由凸凹伸缩的橡胶片或类似材料，并加装法兰盘固定、密封。当维壳内一旦存在未排净的空气时，随水压增大，压力调节孔上的橡胶片向维壳内凹陷，从而起到压力调节、使维壳内外压力平衡，避免维壳产生变形；

（5）维壳外可以按照通行设计，加装稳定、防撞支架，以及设备搭载支架、采集取样设备安装点等。

2、加注液体的选择

可以选择的液体分为油脂性或水性液体。也可以根据具体需要，选择一种或几种不同液体，通过设备密封，分别同时使用。如导热油、纯净水、胶质等。但必须符合以下要求：

（1）物理性状稳定，不易凝结、沸腾、燃烧；

（2）不导电、无腐蚀；

（3）不影响通讯遥控信号传输；

（4）符合特殊元器件的具体要求，例如：加注到摄像头内部空间的液体，还要同时满足透明度高的要求。

3、液体的加注添注

（1）将现有或特殊加工的元器件及小型设备设施（暴露在深潜器外部，或自身可以抗压或开放型设备设施除外），通过后期单个元器件单独加注、置于深潜器维壳内统一加注等方式方法，用所加注的液体添注空隙、排除空气；

（2）需要加注与维壳内统一加注液体不同的特殊液体的，可以单独加注后，单独密封，以避免不同液体相互流动、混淆；

（3）集成电器、线路板等，如需加注特殊液体的，也可以整体加注、整体密封；

（4）如果上述元器件需要链接电源的，在密封时留出电源接头或插口；

（5）小型元器件，可以在所需液体的完全浸润环境下，浸泡加注排除空气，并粘合密封；

（6）可以采取塑封、胶封等常规方式密封。

4、搭载设备设施、元器件的安装

（1）无需单独加注、单独密封的，以及单独加注、单独密封处理后的元器件、设备设施，按照设计要求，逐一安装在固定承载支架上，接通电源进行测试；

（2）经过测试调整后，把设备安装到深潜器维壳中，密封设备安装检修口。打开预设的排气孔，通过预设的液体添注孔，加注液体，并最大限度住满液体、排出空气，即完成深潜器制作安装工作，待陆地测试合格后，即可下潜操作。

本技术实施后，可以使深潜器不受下潜深度限制的同时，大幅度降低制作建造成本、降低技术难度、加大搭载空间、增加功能，拓展使用范围。可以像无人机、遥控舰船、遥控汽车等一样，迅速实现大规模、批量生产，广泛用于科研、探测、取样、施工、搜救、捕捞、拍摄、旅游、娱乐以及军用等诸多领域。

Claims (1)

1.一种全海深无人深潜器制造方法，其特征在于它包括：

1）深潜器维壳制作

a.选取具有一定结构强度、抗碰撞冲击，同时耐海水及内部添注液体腐蚀的材料，制作维壳；

b.维壳上适当位置，预留适当大小的安装、检修口，并具有紧固后密封防水设计；

c.维壳的顶部位置，分别留有一个或多个排气孔、液体加注孔，并紧固密封；

d.当选择刚性、硬质材料制作维壳时，为防止维壳及内部搭载元器件、设施设备的空气没有完全排净，形成小的含有气体的密闭空间，导致下潜到一定深度时压力增加，引起维壳细微变形；因此，采取在维壳适当位置上设置一个压力调节孔，即：在维壳上开一个适当大小的圆孔，加装一块自由凸凹伸缩的橡胶片或自由凸凹伸缩材料，并加装法兰盘固定、密封；

当维壳内一旦存在未排净的空气时，随水压增大，压力调节孔上的橡胶片向维壳内凹陷，从而起到压力调节、使维壳内外压力平衡，避免维壳产生变形；

e.维壳外按照通行设计，加装稳定、防撞支架，以及设备搭载支架、采集取样设备安装点；

2)加注液体的选择

为油脂性或水性液体；也根据具体需要，且符合以下要求：

a.物理性状稳定，不易凝结、沸腾、燃烧；

b.不导电、无腐蚀；

c.不影响通讯遥控信号传输；

3)液体的加注添注

a.将现有或特殊加工的元器件及小型设备设施，暴露在深潜器外部、自身抗压或开放型设备设施除外，通过后期单个元器件单独加注、置于深潜器维壳内统一加注，用所加注的液体添注空隙、排除空气；

b.需要加注与维壳内统一加注液体不同的特殊液体的，单独加注后，单独密封，以避免不同液体之间的流动、混淆；

c.集成电器、线路板，如需加注特殊液体的，整体加注、整体密封；

d.如果上述元器件需要链接电源的，在密封时留出电源接头或插口；

e.小型元器件，在所需液体的完全浸润环境下，浸泡加注排除空气，并粘合密封；

f.采取塑封、胶封等常规方式密封；

4)搭载设备设施、元器件的安装；

a.无需单独加注、单独密封的，以及单独加注、单独密封处理的元器件、设备设施，逐一安装在维壳内的固定承载支架上，接通电源等进行测试；

b.经过测试调整后，把设备安装检修口紧固密封；打开预设的排气孔，通过预设的液体添注孔，加注液体，并最大限度注满液体、排出空气，即完成深潜器制作安装工作，待陆地测试合格后，即可下潜操作。