CN109367681A - 一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：包括外球壳（100）和设置在所述外球壳（100）内的内球笼架（200）；所述外球壳（100）包括一对连接的半球壳（101）和一对观测舱壳（103）；所述观测舱壳（103）相对地设置在两个半球壳（101）连接处；所述半球壳（101）的外表面具有若干抗滑件（102）或抗滑结构；所述内球笼架（200）包括一对相连形成球笼结构的半球形框架，每个半球形框架紧贴设置在对应半球壳（101）的内壁；所述观测舱壳（103）与所述半球形框架相连。本发明不仅易于安装，而且提高球形潜水器的整体应力分布和结构强度。

Description

一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置

技术领域

本发明属于无人潜水器技术领域，具体涉及一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置。

背景技术

潜水器作为人类开发利用海洋的主要技术手段之一，已成为海洋高新技术的重要前沿。大量潜水器相继涌现，包括载人潜水器（HOV）、有缆遥控的无人潜水器（ROV）以及无缆自主的无人潜水器（AUV）等。这些潜水器如AUV，最多在近海底巡航或座底待命，无法在海床上自由机动。而可在海底作业的如履带式ROV需要脐带缆水面供电，故目前世界上尚未出现兼具海底运动和水中浮游功能的底栖型潜水器。

底栖型潜水器在海底的滚进运动是其核心功能之一。而海底地质条件直接影响潜水器在海底的机动性能。如何实现内层耐压球体和外球面装置的有效连接，在潜水器沉底过程和海底滚进过程中保持结构强度，减少应力集中，是实现潜水器水面、水下和海底多栖运动的关键技术之一。同时，如何保证滚进球体的球形度，减小海底打滑，提高球形潜水器滚进过程中与海底地质的适应性，改善其抗滑牵引性能，提高牵引驱动力，也是重要的设计难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，不仅易于安装，而且提高球形潜水器的整体应力分布和结构强度。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，包括外球壳和设置在外球壳内的内球笼架；

外球壳包括一对连接的半球壳和一对观测舱壳；观测舱壳相对地设置在两个半球壳连接处；半球壳的外表面具有若干抗滑件或抗滑结构；

内球笼架包括一对相连形成球笼结构的半球形框架，每个半球形框架紧贴设置在对应半球壳的内壁；观测舱壳与半球形框架相连。

作为优选方案，外球壳还包括两对连接半环，每个半球壳的边沿上相对的位置处各设置一安装面，安装面上开设有一半圆形槽；连接半环安装在相应的半圆形槽中；观测舱壳安装在位于同一侧的两个连接半环上。

作为优选方案，连接半环具有外侧板、内侧板和连接环板；

外侧板和内侧板均为半圆环状板体；连接环板的两个环形边沿分别与外侧板和内侧板的内环边沿相连；外侧板和内侧板相互平行并均垂直于连接环板；

内侧板和外侧板分别位于半圆形槽的内外两侧。

作为优选方案，半球形框架包括一对半圆侧板一环形法兰板、若干对半圆形肋条和至少一个弧形龙骨；半圆形肋条的直径分别与外球壳内壁相应位置处对应的直径相匹配；半圆侧板相互平行地设置在环形法兰板的两个端部，半圆形肋条相互平行的设置，并且其两端分别与环形法兰板垂直相连；弧形龙骨依次垂直交叉连接半圆形肋条；

两个半球形框架通过环形法兰板相连。

作为优选方案，半球形框架还包括旋进支撑体，旋进支撑体可调节地安装于弧形龙骨上并朝内设置。

作为优选方案，半球形框架内的弧形龙骨有若干个，且沿周向均匀分布。

作为优选方案，观测舱壳设置有透水通道和提手。

作为优选方案，抗滑件包括同轴一体相连的一螺纹段、一定位段和一抗滑段；半球壳的外表面具有若干垂直地安装螺纹段的螺纹孔，定位段的最大外径大于抗滑段的最大直径。

作为优选方案，抗滑段或抗滑结构为圆锥体、三棱锥体、圆台体、圆柱体、长方体或拱弧体。

作为优选方案，半球壳的制作方法包括球面模具的制作方法和半球壳的制作方法；

球面模具的制作方法如下：

在两个模板的端部各加工一个半圆形缺口，然后将两个模板以相互垂直地方式交叉插接并使两个半圆形缺口的轴线共线；

在半圆形缺口内铺垫软质材料，然后涂覆厚度为10～20mm的原子灰以形成粗球面；

带原子灰固化后，利用具有一圆弧边的修形板绕粗球面的中心轴线转动以修正粗球面得到半球层；

利用与半球壳外表面相匹配的塞尺对半球层的内壁进行检测，并根据检测结果进行修补；

修补结束后对半球层的内壁进行打磨得到球面模具；

半球壳的制作方法如下：

在球面模具的半球层的内壁上涂抹一层油脂；

将玻璃纤维布一层层的贴附在半球层的内壁并交替地涂抹胶衣树脂；

待树脂固化后，将玻璃钢树脂与促进剂和固化剂混合均匀后倒入模腔内；

待完全固化成形后脱模得到半球壳。

本发明具有的有益效果：

1. 增强了球形潜水器在沙质海底的牵引抗滑能力，提高球形潜水器的整体应力分布和结构强度，从而提高其在海底的滚进运动性能，为多栖型潜水器的研制奠定了重要技术基础，具有重要的技术应用前景。

2.外球壳通过快速成型工艺制成，能够在保证球形度的前提降低制造成本，提高制造效率。内球笼架通过快速插装工艺制成，能够在保证承压强度的前提下降低制造成本，提高组装效率。

附图说明

图1是本发明一个优选实施例的结构示意图；

图2是本发明一个优选实施例的结构示意图（无抗滑件或抗滑结构状态）；

图3是图1所示实施例中半球壳的结构示意图；

图4是图3中A-A向剖视图；

图5是图4中B处的局部放大图；

图6是图1所示实施例中连接半环的结构示意图；

图7是图6所示连接半环的结构侧视图；

图8是图1所示实施例中抗滑件的结构示意图；

图9是图1所示实施例中球面模具的结构示意图；

图10是图1所示实施例中球面修形的原理示意图；

图11是图1所示实施例中内球笼架的结构示意图。

附图标记：

100外球壳；101半球壳；1011半圆形槽；102抗滑件；1021螺纹段；1022定位段；1023抗滑段；103观测舱壳；1031透水通道；1032提手；104连接半环；1041内侧板；1042外侧板；1043连接环板；

200内球笼架；201半圆形肋条；202弧形龙骨；203环形法兰板；204半圆侧板；205旋进支撑体；

300球面模具；301模板；302半圆形缺口；303修形板；304塞尺；305半球层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至11所示，一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，包括外球壳100和设置在外球壳100内的内球笼架200。

外球壳100包括一对连接的半球壳101和一对观测舱壳103。观测舱壳103相对地设置在两个半球壳101连接处。具体地，外球壳100还包括两对连接半环104，每个半球壳101的边沿上相对的两个位置处相互平行地各设置一安装面，安装面上开设有一半圆形槽1011，两个半球壳101相连后恰好使位于同一侧的两个半圆形槽1011形成完整圆孔，连接半环104安装在相应的半圆形槽1011中。观测舱壳103安装在位于同一侧的两个连接半环104上。连接半环104具有外侧板1042、内侧板1041和连接环板1043。外侧板1042和内侧板1041均为半圆环状板体；连接环板1043的两个环形边沿分别与外侧板1042和内侧板1041的内环边沿相连；外侧板1042和内侧板1041相互平行并均垂直于连接环板1043；内侧板1041和外侧板1042分别位于半圆形槽1011的内外两侧。

观测舱壳103安装在与其同侧的两个外侧板1042上。每个观测舱壳103都设置有透水通道1031和提手1032，透水通道1031能够令水快速进入外球壳100内部。提手1032可以在回收潜水器时供回收人员抓持从而将其从水中取出并进行转移。观测舱壳103内设置有摄像机、声纳、水质水文传感器及采样器等仪器设备，用于水下探测时相关数据的采集。观测舱壳103位于外球壳100整个球面上轴向相对的两个位置上，因此无论在潜水器在水底滚进还是陆地滚进都不会影响其正常运动，且具有最大的观测视角，便于数据的采集。

由于外球壳100为非承压的透水轻质外壳，可采用硬质橡胶、玻璃钢、碳纤维等轻质非金属材料制作，本实施例中优选玻璃钢复合材料。为了提高潜水器与海底及陆地的摩擦力，在半球壳101的外表面具有若干抗滑件102或抗滑结构，其中的抗滑件102采用可拆卸方式安装在半球壳101的外表面，而抗滑结构则可以与半球壳101一体制成。抗滑件102包括同轴一体相连的一螺纹段1021、一定位段1022和一抗滑段1023；半球壳101的外表面具有若干垂直地安装螺纹段1021的螺纹孔，定位段1022的最大外径大于抗滑段1023的最大直径，这样就会在安装时通过定位段1022实现定位安装，避免抗滑件102过度安装在对应的螺纹孔中而造成高低不一的情况。抗滑段1023或抗滑结构为圆锥体、三棱锥体、圆台体、圆柱体、长方体或拱弧体。

内球笼架200用于将用于承压的内球壳和不承压的外球壳100同心连接，其包括一对相连形成球笼结构的半球形框架，每个半球形框架紧贴设置在对应半球壳101的内壁；观测舱壳103与半球形框架相连。

具体地，半球形框架包括一对半圆侧板204、一环形法兰板203、若干对半圆形肋条201和至少一个弧形龙骨202；环形法兰板203位于赤道位置，两个半球形框架通过环形法兰板203相连。半圆形肋条201的直径分别与外球壳100内壁相应位置处对应的直径相匹配，从而更好地支撑外球壳100；半圆侧板204相互平行地设置在环形法兰板203的两个端部，半圆侧板204与对应的连接半环104的内侧板1042相连。半圆形肋条201相互平行的设置，其根据直径的大小从中间由高到低依次设置，其两端分别与环形法兰板203垂直相连；弧形龙骨202依次垂直交叉连接半圆形肋条201，每个半球形框架内的弧形龙骨202有若干个，且沿周向均匀分布，这样可以提高半球形框架的连接强度。半球形框架还包括旋进支撑体205，旋进支撑体205可调节地安装于弧形龙骨202上并朝内设置。旋进支撑体205的底部与内球壳的外表面相抵接从而实现内球壳与外球壳100的连接。

本实施例还公开了一种半球壳101的制作方法，其包括球面模具300的制作方法和半球壳101的制作方法；其中，

球面模具300的制作方法如下：

在两个木质的长方形的模板301的端部各加工一个半圆形缺口302，半圆形缺口302的直径大于外球壳100的外径，然后将两个模板301以相互垂直地方式交叉插接并使两个半圆形缺口302的轴线共线。

接着在半圆形缺口302内铺垫软质材料用以托底，然后在玻璃纤维布上涂覆厚度为10～20mm的原子灰以形成粗球面。软质材料可采用玻璃纤维布。

带原子灰固化后，利用具有一圆弧边的修形板303绕粗球面的中心轴线转动以修正粗球面得到表面相对更光滑的半球层305，修形板303具有一个缺口以安装塞尺304。

向修形板303的缺口处和半球层305之间塞入塞尺304，利用与半球壳101外表面相匹配的塞尺304对半球层305的内壁进行检测，并根据检测结果用原子灰做进行进一步的修补。

修补结束后利用纱布对半球层305的内壁进行打磨得到表面光滑的球面模具300。

半球壳101的制作方法如下：

在球面模具300的半球层305的内壁上涂抹一层油脂，以便于脱模。

将玻璃纤维布一层层的贴附在半球层305的内壁并交替地涂抹胶衣树脂。

待树脂固化后，将玻璃钢树脂与促进剂和固化剂混合均匀后倒入模腔内。

待完全固化成形后再修边、脱模得到半球形结构的半球壳101。本实施例中半球壳101的两侧还设置有两个平行的安装面，因此需要再将半球壳101两侧切除一部分以设置安装面从而便于半球壳101之间的连接和观测舱壳103的安装。

本发明中，浮游滚进底栖型潜水器的内球壳及其内部组成均为现有技术，故不赘述。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：包括外球壳（100）和设置在所述外球壳（100）内的内球笼架（200）；

所述外球壳（100）包括一对连接的半球壳（101）和一对观测舱壳（103）；所述观测舱壳（103）相对地设置在两个半球壳（101）连接处；所述半球壳（101）的外表面具有若干抗滑件（102）或抗滑结构；

所述内球笼架（200）包括一对相连形成球笼结构的半球形框架，每个半球形框架紧贴设置在对应半球壳（101）的内壁；所述观测舱壳（103）与所述半球形框架相连。

2.根据权利要求1所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述外球壳（100）还包括两对连接半环（104），每个所述半球壳（101）的边沿上相对的位置处各设置一安装面，所述安装面上开设有一半圆形槽（1011）；所述连接半环（104）安装在相应的半圆形槽（1011）中；所述观测舱壳（103）安装在位于同一侧的两个连接半环（104）上。

3.根据权利要求2所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述连接半环（104）具有外侧板（1042）、内侧板（1041）和连接环板（1043）；

所述外侧板（1042）和所述内侧板（1041）均为半圆环状板体；所述连接环板（1043）的两个环形边沿分别与所述外侧板（1042）和所述内侧板（1041）的内环边沿相连；所述外侧板（1042）和所述内侧板（1041）相互平行并均垂直于所述连接环板（1043）；

所述内侧板（1041）和所述外侧板（1042）分别位于所述半圆形槽（1011）的内外两侧。

4.根据权利要求2所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述半球形框架包括一对半圆侧板（204）、一环形法兰板（203）、若干对半圆形肋条（201）和至少一个弧形龙骨（202）；所述半圆形肋条（201）的直径分别与外球壳（100）内壁相应位置处对应的直径相匹配；所述半圆侧板（204）相互平行地设置在环形法兰板（203）的两个端部，所述半圆形肋条（201）相互平行的设置，并且其两端分别与所述环形法兰板（203）垂直相连；所述弧形龙骨（202）依次垂直交叉连接所述半圆形肋条（201）；

两个所述半球形框架通过所述环形法兰板（203）相连。

5.根据权利要求4所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述半球形框架还包括旋进支撑体（205），所述旋进支撑体（205）可调节地安装于所述弧形龙骨（202）上并朝内设置。

6.根据权利要求4所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述半球形框架内的所述弧形龙骨（202）有若干个，且沿周向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述观测舱壳（103）设置有透水通道（1031）和提手（1032）。

8.根据权利要求1所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述抗滑件（102）包括同轴一体相连的一螺纹段（1021）、一定位段（1022）和一抗滑段（1023）；所述半球壳（101）的外表面具有若干垂直地安装所述螺纹段（1021）的螺纹孔，所述定位段（1022）的最大外径大于所述抗滑段（1023）的最大直径。

9.根据权利要求8所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述抗滑段（1023）或所述抗滑结构为圆锥体、三棱锥体、圆台体、圆柱体、长方体或拱弧体。

10.根据权利要求1所述的一种浮游滚进底栖型潜水器的球面装置，其特征在于：所述所述半球壳（101）的制作方法包括球面模具（300）的制作方法和所述半球壳（101）的制作方法；

球面模具（300）的制作方法如下：

在两个模板（301）的端部各加工一个半圆形缺口（302），然后将两个模板（301）以相互垂直地方式交叉插接并使两个半圆形缺口（302）的轴线共线；

在半圆形缺口（302）内铺垫软质材料，然后涂覆厚度为10～20mm的原子灰以形成粗球面；

带原子灰固化后，利用具有一圆弧边的修形板（303）绕粗球面的中心轴线转动以修正粗球面得到半球层（305）；

利用与所述半球壳（101）外表面相匹配的塞尺（304）对半球层（305）的内壁进行检测，并根据检测结果进行修补；

修补结束后对半球层（305）的内壁进行打磨得到球面模具（300）；

半球壳（101）的制作方法如下：

在球面模具（300）的半球层（305）的内壁上涂抹一层油脂；

将玻璃纤维布一层层的贴附在半球层（305）的内壁并交替地涂抹胶衣树脂；

待树脂固化后，将玻璃钢树脂与促进剂和固化剂混合均匀后倒入模腔内；

待完全固化成形后脱模得到所述半球壳（101）。