CN114212223B - 一种无人潜航器干湿结合载荷舱 - Google Patents

一种无人潜航器干湿结合载荷舱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人潜航器干湿结合载荷舱，包括：功能设备舱，浮力补偿舱，主梁和U形梁；主梁为工字型梁的变形梁，其上、下水平部分均加工成内凹圆弧形，上部内凹圆弧面与功能设备舱的外圆弧面和U形梁下部的圆弧面凹凸配合并固定，下部内凹圆弧面与浮力补偿舱的外圆弧面凹凸配合并固定；功能设备舱、U形梁和浮力补偿舱的外表面及U形梁的内部用于安装湿端载荷，功能设备舱为密封耐压舱，用于安装干端载荷；同时，浮力补偿舱上设有进水孔，载荷输送前，进水孔通过进水机构密封，浮力补偿舱用于提供浮力，输送载荷后，控制进水机构打开进水，以补偿所输送的载荷对应的浮力。

Description

一种无人潜航器干湿结合载荷舱
技术领域
本发明涉及无人潜航器技术领域，具体涉及一种无人潜航器干湿结合载荷舱。
背景技术
随着无人潜航器技术的快速发展，其可以完成海洋环境监测与地质勘探、侦察监视与处置、搜救作业、载荷输送等多种使命任务。无人潜航器作为水下移动平台，需要搭载声学探测/侦察设备、水下装备等不同的任务载荷才能完成各种使命任务。如何将多样化任务载荷方便快捷的布置在体积有限的无人潜航器内一直是该行业面临的问题。
目前，大型无人潜航器上的干端电子设备载荷通常采用独立的耐压舱密封后再安装于无人潜航器载荷舱内，导致多个干端电子设备载荷需要多个独立的耐压舱，增加了无人潜航器的重量和制造成本，且占用了更多的空间。同时，对于大型载荷输送类的无人潜航器，需要设置湿端载荷舱；且除了需要设置湿端载荷舱外，还要另外设计浮力补偿装置对载荷输送后进行浮力补偿。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无人潜航器干湿结合载荷舱，能够同时集中安装干端载荷和湿端载荷，且设有浮力补偿舱配合进水机构可以解决大型载荷输送前后浮力补偿的问题。
本发明的技术方案为：一种无人潜航器干湿结合载荷舱，包括：功能设备舱，浮力补偿舱，主梁和U形梁；
所述主梁为工字型梁的变形梁，其上、下水平部分均加工成内凹圆弧形，上部内凹圆弧面与功能设备舱的外圆弧面和U形梁下部的圆弧面凹凸配合并固定，下部内凹圆弧面与浮力补偿舱的外圆弧面凹凸配合并固定；其中，上下方向为主梁竖直部分所在方向，左右方向与主梁的长度方向一致，前后方向与上下方向和左右方向均垂直、且与两个水平部分宽度所在方向一致；同时，功能设备舱和浮力补偿舱的外形均为圆柱形；
所述功能设备舱、U形梁和浮力补偿舱的外表面及U形梁的内部用于安装湿端载荷，所述功能设备舱为密封耐压舱，用于安装干端载荷；同时，浮力补偿舱上设有进水孔，载荷输送前，进水孔通过进水机构密封，浮力补偿舱用于提供浮力，输送载荷后，控制进水机构打开进水，以补偿所输送的载荷对应的浮力。
优选地，所述主梁的竖直部分沿长度方向设置三个以上减重孔，相邻减重孔之间形成斜腹杆用于承重，且中部的斜腹杆的宽度大于两端斜腹杆的宽度。
优选地，还包括：中法兰；所述中法兰的左侧设有内径与功能设备舱的外圆周面匹配的圆环形凹槽，右侧设有与U形梁外形匹配的U形凹槽，功能设备舱的右侧与中法兰的圆环形凹槽凹凸配合，U形梁的左侧与中法兰的U形凹槽凹凸配合，并将功能设备舱、中法兰及U形梁固定为上载荷舱。
优选地，还包括：前法兰和后法兰，所述前法兰的上部和下部分别设有内径与功能设备舱和浮力补偿舱外径匹配的圆孔，利用此上、下圆孔将功能设备舱和浮力补偿舱的左侧分别与前法兰固定，前法兰的右端面与主梁的左端面贴合并固定；后法兰的上部设有内径与U形梁下部圆弧外径匹配的圆孔，下部设有内径与浮力补偿舱外径匹配的圆孔，利用此上、下圆孔将U形梁和浮力补偿舱的右侧分别与后法兰固定，后法兰的左端面与主梁的右端面贴合并固定。
优选地，还包括：上筋板Ⅰ、下筋板和上筋板Ⅱ，所述功能设备舱的上部沿轴向焊接有两个以上上筋板Ⅰ，U形梁的上部前后两侧对称焊接有上筋板Ⅱ、且每一侧沿轴向焊接有两个以上上筋板Ⅱ，浮力补偿舱的下部沿轴向焊接有两个以上下筋板；所述上筋板Ⅰ、上筋板Ⅱ、下筋板、前法兰、中法兰和后法兰同轴，且外径一致；同时，上筋板Ⅰ、上筋板Ⅱ、下筋板、前法兰、中法兰和后法兰的外圆上均设有螺纹孔，用于安装蒙皮。
优选地，还包括：上安装座和下安装座，所述功能设备舱和U形梁上分别沿轴向固定一对以上上安装座，所述浮力补偿舱上沿轴向固定一对以上下安装座，且每对上安装座和每对下安装座分别前后对称布置；上安装座和下安装座上均设有螺纹孔，用于固定安装位于主梁前后两侧的湿端载荷。
优选地，还包括：前起吊梁和后起吊梁，其固定在功能设备舱上部靠近U形梁的一端，用于对所述无人潜航器干湿结合载荷舱进行整体起吊。
优选地，所述前起吊梁和后起吊梁上均设有两个以上起吊点，通过在不同起吊点之间切换，以适应装载不同的载荷而导致整个无人潜航器干湿结合载荷舱的重心变化。
优选地，所述功能设备舱包括：端盖，壳体，导轨座，导轨和导轨限位板；所述壳体为圆筒形结构，其轴向两端通过端盖密封，用于安装干端载荷；壳体的内部沿轴向设有一对以上导轨座，且每对导轨座前后对称焊接在壳体的内壁面上，导轨安装在导轨座上，用于为干端载荷进入功能设备舱导向；导轨长度方向的右端安装有导轨限位板，用于对干端载荷进行限位；其中，导轨的长度方向与壳体的轴向平行。
优选地，除功能设备舱内部的导轨座、导轨、导轨限位板外，其余结构均采用钛合金材料制成。
有益效果：
1、本发明的干湿结合载荷舱通过主梁将功能设备舱、浮力补偿舱和U形梁焊接成一个稳定的圆柱形的容纳框架，主要用于无人潜航器各种载荷的装载，既可以装载不带水密耐压壳体(干端)的电子设备载荷，又可以装载自带水密(湿端)的大型输送类载荷；具有装载集中、重量轻、载荷装载空间及重量大、起吊点可调等优点，同时，设置的浮力补偿舱配合进水机构解决了载荷输送前后浮力补偿的问题。
2、本发明中主梁竖直部分的具体设计，既能够减重，又能够保证该载荷舱中部能够承载较大的载荷。
3、本发明中中法兰的设置，能够有效将功能设备舱和U形梁轴向对接成整体，从而将干、湿载荷集成在一起。
4、本发明中设置的上筋板Ⅰ、下筋板和上筋板Ⅱ，其与前、中、后法兰配合，便于安装蒙皮，从而对无人潜航器干湿结合载荷舱进行整形。
5、本发明中上、下安装座的设计，能够将湿端载荷稳定地安装在功能设备舱和浮力补偿舱的外表面。
6、本发明中前、后起吊梁上的起吊点可以组合调整，具有适应装载不同的载荷导致无人潜航器干湿结合载荷舱的重心变化的能力。
7、本发明中功能设备舱的具体设计，既能够为干端载荷的安装导向，又能够对安装在舱内的干端载荷进行稳定和限位。
附图说明
图1为本发明干湿结合载荷舱的总体结构示意图。
图2为图1中俯视图的局部放大图。
图3为本发明中主梁结构的示意图。
图4为本发明中法兰结构的示意图。
图5为本发明中功能设备舱的剖面结构示意图。
其中，1-前法兰；2-上筋板Ⅰ；3-下筋板；4-功能设备舱；5-浮力补偿舱；5a-进水孔；6-主梁；7-前起吊梁；8-后起吊梁；9-上安装座；10-下安装座；11-中法兰；12-U形梁；13-上筋板Ⅱ；14-后法兰；15-端盖；16-壳体；17-导轨座；18-导轨；19-导轨限位板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种无人潜航器干湿结合载荷舱，能够同时集中安装干端载荷和湿端载荷，且设有浮力补偿舱配合进水机构可以解决大型载荷输送前后浮力补偿的问题。
如图1所示，该无人潜航器干湿结合载荷舱包括：前法兰1，上筋板Ⅰ2，下筋板3，功能设备舱4，浮力补偿舱5，主梁6，前起吊梁7，后起吊梁8，上安装座9，下安装座10，中法兰11，U形梁12，上筋板Ⅱ13和后法兰14；
所述主梁6是该无人潜航器干湿结合载荷舱的“脊梁”，起到承上启下的连接作用；如图3所示，主梁6为工字型梁的变形梁，其上、下水平部分均加工成内凹圆弧形，上部内凹圆弧面与功能设备舱4(外形为圆柱形)的外圆弧面和U形梁12下部的半圆弧面匹配(U形梁12的开口朝上)，下部内凹圆弧面与浮力补偿舱5(外形为圆柱形)的外圆弧面匹配；主梁6的竖直部分沿长度方向设置三个以上减重孔，相邻减重孔之间形成斜腹杆用于承重，从而竖直部分形成矩形桁架结构；考虑到装载的载荷不是均布载荷，通过拓扑优化设计，使主梁6沿长度方向中部的斜腹杆的宽度大于两端斜腹杆的宽度，从而在主梁6中间部位能够承载较大的载荷；其中，需要说明的是，本实施例中，上下方向为主梁6竖直部分所在方向，左右方向与主梁6的长度方向一致，前后方向与上下方向和左右方向均垂直、且与两个水平段宽度所在方向一致；
中法兰11用于将功能设备舱4和U形梁12轴向对接成整体，具体地：如图4所示，中法兰11的左侧设有内径与功能设备舱4的外圆周面匹配的圆环形凹槽，右侧设有与U形梁12外形匹配的U形凹槽，功能设备舱4的右侧与中法兰11的圆环形凹槽凹凸配合，U形梁12的左侧与中法兰11的U形凹槽凹凸配合，通过焊接将功能设备舱4、中法兰11及U形梁12连接为上载荷舱；
主梁6的上部内凹圆弧与上载荷舱凹凸配合并焊接固定，主梁6的下部内凹圆弧与浮力补偿舱5(作为下载荷舱)凹凸配合并焊接固定；前法兰1的上部和下部分别设有内径与功能设备舱4和浮力补偿舱5外径匹配的圆孔，利用此上、下圆孔将功能设备舱4和浮力补偿舱5的左侧分别与前法兰1固定(如通过过盈配合等方式实现)，前法兰1的右端面与主梁6的左端面贴合，贴合部位通过焊接形成一体；后法兰14的上部设有内径与U形梁12下部圆弧外径匹配的圆孔，后法兰14的下部设有内径与浮力补偿舱5外径匹配的圆孔，利用此上、下圆孔将U形梁12和浮力补偿舱5的右侧分别与后法兰14固定(如通过过盈配合等方式实现)，后法兰14的左端面与主梁6的右端面贴合，贴合部位通过焊接形成一体；
功能设备舱4的上部沿轴向焊接有两个以上上筋板Ⅰ2(优选两个以上上筋板Ⅰ2沿功能设备舱4的轴向均匀分布)，U形梁12的上部前后两侧对称焊接有上筋板Ⅱ13、且每一侧沿轴向焊接有一个以上上筋板II13(优选两个以上上筋板Ⅱ13沿U形梁12的轴向均匀分布)，浮力补偿舱5的下部沿轴向焊接有两个以上下筋板3(优选两个以上下筋板3沿浮力补偿舱5的轴向均匀分布)；上筋板Ⅰ2、上筋板Ⅱ13、下筋板3、前法兰1、中法兰11和后法兰14同轴设计，且外圆弧直径一致(用于适应圆柱形蒙皮结构)；同时，上筋板Ⅰ2、上筋板Ⅱ13、下筋板3、前法兰1、中法兰11和后法兰14的外圆上均设有螺纹孔，以便于安装蒙皮，从而对无人潜航器干湿结合载荷舱进行整形。
本实施例中，所述功能设备舱4和U形梁12上分别沿轴向固定(如焊接)一对以上上安装座9，所述浮力补偿舱5上沿轴向固定一对以上下安装座10，且每对上安装座9和每对下安装座10分别前后对称布置；上安装座9和下安装座10上均设有螺纹孔，用来固定安装位于主梁6前后两侧的大型湿端载荷，U形梁12内部空间也用于安装湿端载荷。
本实施例中，如图5所示，功能设备舱4包括：端盖15，壳体16，导轨座17，导轨18和导轨限位板19；壳体16为圆筒形结构(优选采用圆柱形薄壳加环肋结构)，其轴向两端分别安装有端盖15，壳体16和左右两侧的端盖15共同组成一个密封耐压舱，用于集中安装干端电子设备载荷；壳体16的内部沿轴向设有一对以上导轨座17，且每对导轨座17前后对称焊接在壳体16的内壁面上，导轨座17上预留有螺纹孔，用来固定安装导轨18，导轨18采用L型材制成，前后两个导轨18的水平段在同一平面上，导轨18长度方向的右端安装有导轨限位板19，干端电子设备载荷可通过导轨18进入功能设备舱4(导轨18用于导向，干端电子设备载荷进入功能设备舱4之前，端盖15打开，干端电子设备载荷进入功能设备舱4之后，再将端盖15与壳体16密封为一体)，通过导轨限位板19对干端电子设备载荷进行限位；其中，导轨18的长度方向与壳体16的轴向平行。
本实施例中，如图2所示，功能设备舱4上部靠近U形梁12的一端焊接有前起吊梁7和后起吊梁8，用于对无人潜航器干湿结合载荷舱进行整体起吊；其中，前起吊梁7和后起吊梁8上均设有两个以上(优选三个)起吊螺纹孔(作为起吊点)，当装载不同的载荷导致整个无人潜航器干湿结合载荷舱的重心变化时，可以通过在不同起吊点之间切换，来适应装载不同的载荷导致整个无人潜航器干湿结合载荷舱的重心变化，从而保持起吊平衡。
本实施例中，浮力补偿舱5上设有两个以上(优选四个)进水孔5a，载荷输送前，通过进水机构(如电磁阀)，将进水孔5a堵住以密封，此时浮力补偿舱5内部是空的，可以提供浮力；当无人潜航器输送载荷后，控制进水机构打开进水，设置进水量与被输送的载荷在水中的重量相等，以补偿所输送的载荷对应的浮力，即可保持无人潜航器输送载荷前后该无人潜航器干湿结合载荷舱整体在水中浮力不变。
本实施例中，为了保证无人潜航器干湿结合载荷舱长期在水下工作而不被腐蚀，除功能设备舱4内部的导轨座17、导轨18、导轨限位板19外，其余结构(前法兰1、上筋板Ⅰ2、下筋板3、浮力补偿舱5、主梁6、前起吊梁7、后起吊梁8、上安装座9、下安装座10、中法兰11、U形梁12、上筋板Ⅱ13、后法兰14、端盖15和壳体16)均选用耐海水腐蚀的钛合金材料制成。
本实施例中，中法兰11径向两相对侧的外表面上分别设有带孔耳板，耳板便于整个载荷舱外表面上安装蒙皮，耳板中的孔作为减重孔。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，包括：功能设备舱(4)，浮力补偿舱(5)，主梁(6)和U形梁(12)；
所述主梁(6)为工字型梁的变形梁，其上、下水平部分均加工成内凹圆弧形，上部内凹圆弧面与功能设备舱(4)的外圆弧面和U形梁(12)下部的圆弧面凹凸配合并固定，下部内凹圆弧面与浮力补偿舱(5)的外圆弧面凹凸配合并固定；其中，上下方向为主梁(6)竖直部分所在方向，左右方向与主梁(6)的长度方向一致，前后方向与上下方向和左右方向均垂直、且与两个水平部分宽度所在方向一致；同时，功能设备舱(4)和浮力补偿舱(5)的外形均为圆柱形；
所述功能设备舱(4)、U形梁(12)和浮力补偿舱(5)的外表面及U形梁(12)的内部用于安装湿端载荷，所述功能设备舱(4)为密封耐压舱，用于安装干端载荷；同时，浮力补偿舱(5)上设有进水孔(5a)，载荷输送前，进水孔(5a)通过进水机构密封，浮力补偿舱(5)用于提供浮力，输送载荷后，控制进水机构打开进水，以补偿所输送的载荷对应的浮力。
2.如权利要求1所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，所述主梁(6)的竖直部分沿长度方向设置三个以上减重孔，相邻减重孔之间形成斜腹杆用于承重，且中部的斜腹杆的宽度大于两端斜腹杆的宽度。
3.如权利要求1所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，还包括：中法兰(11)；所述中法兰(11)的左侧设有内径与功能设备舱(4)的外圆周面匹配的圆环形凹槽，右侧设有与U形梁(12)外形匹配的U形凹槽，功能设备舱(4)的右侧与中法兰(11)的圆环形凹槽凹凸配合，U形梁(12)的左侧与中法兰(11)的U形凹槽凹凸配合，并将功能设备舱(4)、中法兰(11)及U形梁(12)固定为上载荷舱。
4.如权利要求3所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，还包括：前法兰(1)和后法兰(14)，所述前法兰(1)的上部和下部分别设有内径与功能设备舱(4)和浮力补偿舱(5)外径匹配的圆孔，利用此上、下圆孔将功能设备舱(4)和浮力补偿舱(5)的左侧分别与前法兰(1)固定，前法兰(1)的右端面与主梁(6)的左端面贴合并固定；后法兰(14)的上部设有内径与U形梁(12)下部圆弧外径匹配的圆孔，下部设有内径与浮力补偿舱(5)外径匹配的圆孔，利用此上、下圆孔将U形梁(12)和浮力补偿舱(5)的右侧分别与后法兰(14)固定，后法兰(14)的左端面与主梁(6)的右端面贴合并固定。
5.如权利要求4所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，还包括：上筋板Ⅰ(2)、下筋板(3)和上筋板Ⅱ(13)，所述功能设备舱(4)的上部沿轴向焊接有两个以上上筋板Ⅰ(2)，U形梁(12)的上部前后两侧对称焊接有上筋板Ⅱ(13)、且每一侧沿轴向焊接有两个以上上筋板Ⅱ(13)，浮力补偿舱(5)的下部沿轴向焊接有两个以上下筋板(3)；所述上筋板Ⅰ(2)、上筋板Ⅱ(13)、下筋板(3)、前法兰(1)、中法兰(11)和后法兰(14)同轴，且外径一致；同时，上筋板Ⅰ(2)、上筋板Ⅱ(13)、下筋板(3)、前法兰(1)、中法兰(11)和后法兰(14)的外圆上均设有螺纹孔，用于安装蒙皮。
6.如权利要求1所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，还包括：上安装座(9)和下安装座(10)，所述功能设备舱(4)和U形梁(12)上分别沿轴向固定一对以上上安装座(9)，所述浮力补偿舱(5)上沿轴向固定一对以上下安装座(10)，且每对上安装座(9)和每对下安装座(10)分别前后对称布置；上安装座(9)和下安装座(10)上均设有螺纹孔，用于固定安装位于主梁(6)前后两侧的湿端载荷。
7.如权利要求1所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，还包括：前起吊梁(7)和后起吊梁(8)，其固定在功能设备舱(4)上部靠近U形梁(12)的一端，用于对所述无人潜航器干湿结合载荷舱进行整体起吊。
8.如权利要求7所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，所述前起吊梁(7)和后起吊梁(8)上均设有两个以上起吊点，通过在不同起吊点之间切换，以适应装载不同的载荷而导致整个无人潜航器干湿结合载荷舱的重心变化。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，所述功能设备舱(4)包括：端盖(15)，壳体(16)，导轨座(17)，导轨(18)和导轨限位板(19)；所述壳体(16)为圆筒形结构，其轴向两端通过端盖(15)密封，用于安装干端载荷；壳体(16)的内部沿轴向设有一对以上导轨座(17)，且每对导轨座(17)前后对称焊接在壳体(16)的内壁面上，导轨(18)安装在导轨座(17)上，用于为干端载荷进入功能设备舱(4)导向；导轨(18)长度方向的右端安装有导轨限位板(19)，用于对干端载荷进行限位；其中，导轨(18)的长度方向与壳体(16)的轴向平行。
10.如权利要求9所述的无人潜航器干湿结合载荷舱，其特征在于，除功能设备舱(4)内部的导轨座(17)、导轨(18)、导轨限位板(19)外，其余结构均采用钛合金材料制成。
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