KR20220154230A - 잠수기 내압 하우징 및 이의 설계방법 - Google Patents

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KR20220154230A
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resistant
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지엔 장
루이 왕
천양 디
원시엔 탕
신 왕
바오지 인
스지에 수
용메이 쥬
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지앙수 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지
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Abstract

잠수기 내압 하우징은 셀 하우징, 보강 리브, 연결 통로, 캡을 포함하고, 셀 하우징은 다수 개가 설치되어 차례대로 나선식 상승 또는 나선식 하강을 이루면서 배열되고, 첫 번째 자리와 마지막 자리의 상기 셀 하우징에는 각각 캡이 설치되고, 각각의 셀 하우징에는 각각 하나의 관찰 창이 설치되고, 수평방향으로 인접한 2개의 셀 하우징 간은 각각 하나의 상기 보강 리브를 통해 연결되고, 수직방향으로 인접한 두 바퀴의 셀 하우징 간은 적어도 2개의 상기 연결 통로가 설치된다. 설계방법은 나선교접구조를 이용해 셀 하우징 수량의 유기적 조정에 편리하고, 비교적 우수한 공간이용율을 구비하고, 공간의 대폭 확장에 이로우며; 결함에 대한 한계 하중의 민감도가 낮고, 축방향 강도(剛度)를 증가하고, 전체 내압 능력을 향상하고, 안전성이 높으며; 다수 개 구간의 동일 하우징을 플랜지로 연결하는 방법을 이용해 가공 공정이 비교적 간단하고 생산 제조 원가를 낮추며; 이와 동시에, 설계의 방법과 절차를 제공해 잠수기의 설계에 편리하다.

Description

잠수기 내압 하우징 및 이의 설계방법
본 발명은 잠수기에 관한 것으로, 특히, 잠수기 내압 하우징 및 이의 설계방법에 관한 것이다.
해양개발이 신속하게 지속적으로 빨라짐에 따라, 근해에서부터 원해까지 탐색 깊이가 지속적으로 증가되고, 다양한 작업을 목적으로 하는 잠수기의 종류가 갈수록 많아지고 발전이 신속하며, 그의 주요 용도는 해양 자원 탐색과 개발, 과학연구, 군사 탐측과 인양 등을 포함한다.
잠수기는 심해에서 고압과 저온을 견디고, 해수의 유동도 잠수기가 흔들리게 하지만, 이에 반해, 잠수기에 탑재된 다양한 계기설비는 늘 상온 상압 하에서 작동해야 하고, 잠수 기술자의 생존 조건도 육지와 가까워야 하므로, 잠수기의 내압 구조에 대해 매우 높은 요구를 제출한다. 현재, 심해 잠수기의 내압 하우징은 대부분 구형 구조이고, 구형 하우징은 완전 대칭식 하우징이고, 결함에 대한 민감도가 비교적 높고, 비교적 적은 초기 결함이라도 그의 지지능력이 급격하게 떨어지게 되며, 이외에도, 내압 하우징 구조의 단일성으로 잠수 기술자가 계기설비 등과 한 방에 공존하므로, 공간 이용이 불합리해 잠수기의 제조 및 유지보수에 불리하다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로, 그의 목적은, 하우징의 지지력이 향상되고 공간구조가 최적화된 잠수기 내압 하우징 및 이의 설계방법을 제공하는 데 있다.
잠수기 내압 하우징 및 이의 설계방법은 셀 하우징, 보강 리브, 연결 통로, 캡을 포함하고, 상기 셀 하우징은 다수 개가 설치되어 차례대로 나선식 상승 또는 나선식 하강을 이루면서 배열되고, 첫 번째 자리와 마지막 자리의 상기 셀 하우징에는 각각 상기 캡이 설치되고, 각각의 상기 셀 하우징에는 각각 하나의 관찰 창이 설치되고, 수평방향으로 인접한 2개의 상기 셀 하우징 간은 각각 하나의 상기 보강 리브를 통해 연결되고, 수직방향으로 인접한 두 바퀴의 상기 셀 하우징 간은 적어도 2개의 상기 연결 통로가 설치된다.
더 나아가, 상기 셀 하우징은 중공 구형 하우징 형상 구조이고, 상기 중공 구형 하우징 형상 구조의 외표면에는 2개의 연결된 절단면이 상대되게 설치된다.
더 나아가, 각각의 인접한 두 바퀴의 상기 셀 하우징 사이의 상기 연결 통로는 2개가 설치되고, 각각 양자 사이의 에워싸고 회전하는 방향에서의 최초 위치 및 중부 위치에 설치한다.
바람직하게, 각각의 인접한 두 바퀴의 첫 번째 자리의 2개의 상기 셀 하우징은 하나의 상기 연결 통로를 통해 연통하고, 중간에 위치한 2개의 상기 셀 하우징은 다른 하나의 상기 연결 통로를 통해 연통한다.
더 나아가, 상기 셀 하우징이 나선식을 이루면서 배열된 바퀴 수는 적어도 세 바퀴이다.
더 나아가, 상기 보강 리브의 구조는 원환(圓環)형이다.
더 나아가, 상기 셀 하우징의 재료는 탄소섬유 복합재이다.
더 나아가, 상기 셀 하우징의 재료는 초고강도 스틸이다.
바람직하게, 상기 셀 하우징의 강도(强度)는 1000MPa보다 크다.
상기 잠수기 내압 하우징의 설계방법은 아래의 단계를 포함한다.
단계 1: 등가 원환 하우징의 파라미터를 설정하고; 등가 원환 하우징의 파라미터는 회전반경 R, 원환 단면 원 반경 r, 작동 압력 Ps, 탄성계수 E, 푸아송비(Poisson's ratio) μ를 포함하며;
단계 2: 조던(jordan)공식에 근거해 내압 하우징 두께 t를 계산하고, 이의 계산공식은.
Figure pct00001
이며;
단계 3: 셀 하우징은 구형 하우징이고, 셀 하우징의 파라미터를 설정하고; 설정하는 셀 하우징의 파라미터가 탄성계수 E1, 푸아송비 μ1, 구형 하우징 두께 t1를 포함하고, 반경 r1을 구하고, 여기에서, E1＝E, μ1＝μ, t1＝t, r1＝r이며;
단계 4: 보강 리브의 파라미터를 설계하고; 보강 리브의 파라미터가 나사선 반경 R1、나사선 피치(pitch) B를 포함하고, 여기에서, R1＝R, B>2r이며;
단계 5: 나사선 방정식에 근거해 회전각 θ을 계산하고, 이의 계산공식이,
Figure pct00002
이고,
식에서, a＝R1이고,
Figure pct00003
이고,
Figure pct00004
이며;
단계 6: 단계 5에서 기재한 회전각 θ에 근거해 각 바퀴의 셀 하우징 개수 n을 계산하고, 이의 계산공식이,
Figure pct00005
이며;
단계 7: 보강 리브의 외경 Dr와 내경 dr를 계산하고, 이의 계산공식이,
D r＝2(r1+t1)sinα이고,
d r＝D r-2tr이고,
식에서, 교환각이 α이고, 30°≤α≤70°이고, 고리형 보강 리브의 두께가 tr이며;
단계 8: 보강 리브 폭 Lr을 계산하고, 이는,
완전한 구형 하우징의 정수압(static water pressure)에서의 반경방향 변위 공식:
Figure pct00006
식에서, Ps는 내압 하우징이 작동하는 깊이 지점에 위치할 경우의 최대 작동 압력이고,
E는 내압 하우징 재료의 탄성계수로서, 상기 파라미터 수치와 동일하고,
μ는 내압 하우징 재료의 푸아송비로서, 상기 파라미터 수치와 동일하고,
및
보강 리브가 받는 압력의 공식:
Figure pct00007
및
보강 리브 외경 지점 변위 공식:
Figure pct00008
에 의해 계산되고,
또한, 구형 하우징과 보강 리브 간의 변형 적합을 만족시키기 위해, δs＝δr가 이루어지도록 하고, Lr의 계산공식이,
Figure pct00009
이다.
본 발명은 종래기술에 비해 아래의 장점을 구비한다. 나선 교접 구조를 이용해 셀 하우징 수량의 유기적 조정에 편리하고, 비교적 우수한 공간이용률을 구비하고, 공간의 대폭 확장에 이로우며; 기둥형 하우징 및 다수 개의 구가 교접하는 통상적인 하우징에 비해, 결함에 대한 한계 하중의 민감도가 낮고, 축방향 강도(剛度)를 증가하고, 전체 내압 능력을 향상하고, 안전성이 높으며; 다수 개 구간의 동일 하우징을 플랜지로 연결하는 방법을 이용해 가공 공정이 비교적 간단하고 생산 제조 원가를 낮추며; 이와 동시에, 설계의 방법과 절차를 제공해 잠수기의 설계에 편리하다.
도 1은 본 발명에 따른 설계방법 중 등가 원환(圓環)의 구조설명도이고;
도 2는 도 1의 A-A 단면도이고;
도 3은 본 발명의 설계방법 중 셀의 구조설명도이고;
도 4는 도 3의 F-F 단면도이고;
도 5는 본 발명의 설계방법 중 내압 하우징의 정면도이고;
도 6은 본 발명의 설계방법 중 내압 하우징의 조감도이고;
도 7은 도 6 중 C-C 단면도이고;
도 8은 본 발명의 정면 구조설명도이고;
도 9는 본 발명의 평면도이고;
도 10은 본 발명의 측면 구조설명도이다.
이하, 도면과 구체적인 실시예를 결합해 본 발명을 더 설명하며, 이런 실시예는 본발명을 설명하는 데만 사용할 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하는 데 사용하지 않는다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 잠수기 내압 하우징은 셀 하우징(2), 보강 리브(3), 연결 통로(5)와 캡(1)을 포함한다.
셀 하우징(2)은 중공 구형 하우징 형상 구조이고, 셀 하우징(2)의 재료는 탄소섬유 복합재 또는 강도(强度)가 1000MPa보다 큰 초강도 스틸이고, 중공 구형 하우징 형상 구조의 외표면에는 2개의 연결된 절단면이 상대되게 설치되고, 셀 하우징(2)은 다수 개가 설치되어 차례대로 나선식 상승 또는 나선식 하강을 이루면서 배열되고, 수평방향으로 인접한 2개의 상기 셀 하우징(2)의 연결된 절단면은 맞물림을 형성하고, 맞물린 지점은 하나의 보강 리브(3)를 통해 연결하고, 보강 리브(3)의 구조는 원환(圓環)형이고, 나선식 대열의 첫 번째 자리와 마지막 자리의 셀 하우징(2)에는 맞물리지 않은 연결된 절단면을 막는 데 사용하는 하나의 캡(1)이 각각 설치되고, 나선식 대열의 바퀴 수는 적어도 세 바퀴이다.
각각의 셀 하우징(2)에는 하나의 관찰 창(4)이 각각 설치되고, 수직방향으로 인접한 두 바퀴의 셀 하우징(2) 사이에는 적어도 2개의 연결 통로(5)가 설치되고, 예를 들어, 연결 통로(5)는 2개가 설치되고, 수직방향으로 인접한 두 바퀴의 셀 하우징(2)는 첫 번째 자리의 2개의 셀 하우징(2)은 하나의 연결 통로(5)를 통해 연통하고, 중간에 위치한 2개의 셀 하우징(2)은 다른 하나의 연결 통로(5)를 통해 연통한다.
본 내압 하우징의 각각의 셀 하우징은 모두 단독의 개체 공간이고, 이와 동시에, 각 바퀴(층)의 셀 하우징은 상호 연통을 형성해 각 바퀴(층)이 하나의 더 큰 개체 공간을 구성하도록 하고, 이외에도, 각 바퀴(층) 사이는 연결 통로를 통해 연통해 각 바퀴(층)이 상호 연통을 형성하도록 함으로써, 본 내압 하우징을 구성한다.
본 내압 하우징은 나선교접구조를 이용해 셀 하우징 수량의 유기적 조정에 편리하고, 비교적 우수한 공간이용률을 구비하고, 공간의 대폭 확장에 이로우며; 기둥형 하우징 및 다수 개의 구가 교접하는 통상적인 하우징에 비해, 결함에 대한 한계 하중의 민감도가 낮고, 축방향 강도를 증가하고, 전체 내압 능력을 향상하고, 안전성이 높으며; 다수 개 구간의 동일 하우징을 플랜지로 연결하는 방법을 이용해 가공 공정이 비교적 간단하고 생산 제조 원가를 낮춘다.
도 1 내지 7에 도시된 바와 같이, 상기 잠수기 내압 하우징의 설계방법은 아래의 단계를 포함한다.
단계 1: 등가 원환 하우징의 파라미터를 설정하고; 등가 원환 하우징의 파라미터는 회전반경 R, 원환 단면 원 반경 r, 작동 압력 Ps, 탄성계수 E, 푸아송비(Poisson's ratio) μ를 포함하고, 여기에서, E＝200Gpa, μ＝0.291, R＝110mm, r＝40mm, Ps＝4Mpa이며;
단계 2: 조던(jordan)공식에 근거해 내압 하우징 두께 t를 계산하고, 이의 계산공식은.
Figure pct00010
이고,
t＝1.5012mm를 구하며;
단계 3: 셀 하우징(2)의 파라미터를 설정하고; 설정한 셀 하우징(2)의 파라미터가 탄성계수 E1, 푸아송비 μ1, 구형 하우징 두께 t1를 포함하고, 반경 r1을 구하고, 여기에서, E1＝E, μ1＝μ, t1＝t, r1＝r이며;
단계 4: 보강 리브(3)의 파라미터를 설계하고; 보강 리브(3)의 파라미터가 나사선 반경 R1, 나사선 피치(pitch) B를 포함하고, 여기에서, R1＝R, B>2r이고, 여기에서, B＝85mm이며;
단계 5: 나사선 방정식에 근거해 회전각 θ을 계산하고, 이의 계산공식이,
Figure pct00011
이고,
식에서, a＝R1이고,
Figure pct00012
이고,
Figure pct00013
이고,
나선식 대열의 바퀴 수는 적어도 세 바퀴이고, θ＝36°이며;
단계 6: 단계 5에서 기재한 회전각 θ에 근거해 각 바퀴의 셀 하우징의 2개의 수인 n을 계산하고, 이의 계산공식이,
Figure pct00014
이고,
θ＝36°일 경우, n＝10이며;
단계 7: 보강 리브(3)의 외경 Dr와 내경 dr를 계산하고, 이의 계산공식이,
Dr＝2(r1+t1)sinα이고,
dr＝Dr-2tr이고,
식에서, 교환각은 α이고, 교환각 α는 다수 개의 구가 교접하는 내압 하우징의 하나의 중요한 기하학적 파라미터이고, Kloppel와 Jungbluth의 실험에 의하면, 30°≤α≤70°이고, 고리형 보강 리브(3)의 두께는 tr이고, 여기에서,α＝45°, tr＝15mm이고, Dr＝58.6915mm, dr＝28.6915mm를 구하고;
완전한 구형 하우징의 굴곡 동작은 t/R,에 의해 결정되지만, 다수 개의 구가 교접하는 내압 하우징의 굴곡 동작은 고리형 보강 리브의 제약도 받고, 고리형 보강 리브의 두께와 길이가 다수 개의 교접에 대해 미치는 영향이 매우 크므로, 다수 개의 구가 교접하는 내압 하우징이 교접한 후, 구형 하우징의 역학 성능과 안정성이 영향을 받지 않도록 보장하려면 다수 개의 구형의 교접을 설계할 때 변형 적합의 설계 이념을 이용해야 하며, 그 목적은, 교접하는 부분의 고리형 보강 리브 부분의 변형과 완전한 구형 하우징의 변형이 일치하도록 하는 데 있으며;
단계 8: 변형 적합 이론에 근거해 보강 리브(3)의 폭 Lr을 계산하고, 이는,
완전한 구형 하우징의 정수압(static water pressure)에서의 반경방향 변위 공식:
Figure pct00015
식에서, Ps는 내압 하우징이 작동하는 깊이 지점에 위치할 경우의 최대 작동 압력이고,
E는 내압 하우징 재료의 탄성계수로서, 상기 파라미터 수치와 동일하고,
μ는 내압 하우징 재료의 푸아송비로서, 상기 파라미터 수치와 동일하고,
및
보강 리브(3)가 받는 압력의 공식:
Figure pct00016
및
보강 리브(3) 외경 지점 변위 공식:
Figure pct00017
에 의해 계산되고,
또한, 구형 하우징과 보강 리브(3) 간의 변형 적합을 만족시키기 위해, δs＝δr가 이루어지되도록 하고, Lr의 계산공식이,
Figure pct00018
이고,
각각의 파라미터를 대입해 Lr＝4.8689mm를 얻는다.
본 발명의 내압 하우징을 일반 나선 고리형 내압 하우징과 대조하면 아래와 같다.
1. 기하학적 사이즈의 선정:
상기 설계방법으로 아래 표와 같이 본 내압 하우징의 기하학적 사이즈를 얻는다.
Figure pct00019
일반 나선 고리형 내압 하우징은 여전히 나사선 반경 R2＝R＝110mm이고, B＝85mm이고, 바퀴 수는 3바퀴이며, 동등 용적 동등 두께 원칙에 근거해 t2＝t1＝1.5012mm와 r2＝35.7613mm를 구한다.
일반 나사 고리형 내압 하우징의 기하학적 사이즈는 아래 표와 같다.
Figure pct00020
2. 지지능력 대조:
본 실시예는 아래의 방법을 통해 본 발명에 따른 나선 내압 하우징의 지지능력이 일반 나선 고리형 내압 하우징보다 뚜렷하게 높다는 답을 얻었으며, 구체적으로 답을 구하는 방법은 아래와 같다.
내압 하우징 재료의 탄성계수 E＝200Gpa이고, 푸아송비 μ＝0.291이고, 굴곡 강도 σs＝680Mpa이다.
단계 1, 삼차원 모델링: 본 발명에 따른 내압 하우징과 일반 나선 고리형 내압 하우징에 대해, 삼차원 모델링 소프트웨어인 SolidWorks를 이용해 삼차원 곡면 모델링을 진행한다.
단계 2, 격자 구획: 단계 1 중의 3차원 모델링에 대해, ansa 소프트웨어를 이용하여 모델에 대한 격자 구획을 진행하고, 격자 형상은 사각형이고, 격자 수량은 약 10000개이다.
단계 3, 임계 압력값 구하기: Abaqus소프트웨어를 이용해 Riks법으로 계산하여 단계 2 중 각각의 3차원 모델 중의 격자를 대조하고, 경계조건은 레전드식 3개 지점 경계조건이고, Riks법으로 답을 상세하게 구하는 파라미터는 아래와 같이, 최초 증분을 0.2, 최소 증분을 10^내지 50, 최대 증분을 0.5이고, 최대 증가 스텝 수를 1000으로 설정한다.
지지능력의 계산 결과는 아래 표와 같다.
Figure pct00021
상기 표에서부터 알 수 있다 시피, 본 발명의 지지능력이 일반 나선 고리형 내압 하우징보다 높다.
1: 캡
2: 셀 하우징
3: 보강 리브
4: 관찰 창
5: 연결 통로

Claims (10)

  1. 잠수기 내압 하우징에 있어서,
    셀 하우징, 보강 리브, 연결 통로, 캡을 포함하고, 상기 셀 하우징은 다수 개가 설치되어 차례대로 나선식 상승 또는 나선식 하강을 이루면서 배열되고, 첫 번째 자리와 마지막 자리의 상기 셀 하우징에는 각각 상기 캡이 설치되고, 각각의 상기 셀 하우징에는 각각 하나의 관찰 창이 설치되고, 수평방향으로 인접한 2개의 상기 셀 하우징 간은 각각 하나의 상기 보강 리브를 통해 연결되고, 수직방향으로 인접한 두 바퀴의 상기 셀 하우징 간은 적어도 2개의 상기 연결 통로가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징은 중공 구형 하우징 형상 구조이고, 상기 중공 구형 하우징 형상 구조의 외표면에는 2개의 연결된 절단면이 상대되게 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 인접한 두 바퀴의 상기 셀 하우징 사이의 상기 연결 통로는 2개가 설치되고, 각각 양자 사이의 에워싸고 회전하는 방향에서의 최초 위치 및 중부 위치에 설치하는 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 인접한 두 바퀴의 첫 번째 자리의 2개의 상기 셀 하우징은 하나의 상기 연결 통로를 통해 연통하고, 중간에 위치한 2개의 상기 셀 하우징은 다른 하나의 상기 연결 통로를 통해 연통하는 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징이 나선식을 이루면서 배열된 바퀴 수는 적어도 세 바퀴인 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강 리브의 구조는 원환(圓環)형인 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징의 재료가 탄소섬유 복합재인 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징의 재료가 초고강도 스틸인 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 셀 하우징의 강도(强度)가 1000MPa보다 큰 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 잠수기 내압 하우징의 설계방법에 있어서,
    등가 원환 하우징의 파라미터를 설정하고; 등가 원환 하우징의 파라미터는 회전반경 R, 원환 단면 원 반경 r, 작동 압력 Ps, 탄성계수 E, 푸아송비(Poisson's ratio) μ를 포함하는 단계 1;
    조던(jordan)공식에 근거해 내압 하우징 두께 t를 계산하고, 이의 계산공식이,
    Figure pct00022
    인 단계 2;
    셀 하우징은 구형 하우징이고, 셀 하우징의 파라미터를 설정하고; 설정하는 셀 하우징의 파라미터가 탄성계수 E1, 푸아송비(Poisson's ratio) μ1, 구형 하우징 두께 t1를 포함하고, 반경 r1을 구하고, 여기에서, E1＝E, μ1＝μ, t1＝t, r1＝r인 단계 3;
    보강 리브의 파라미터를 설계하고; 보강 리브의 파라미터가 나사선 반경 R1, 나사선 피치(pitch) B를 포함하고, 여기에서, R1＝R, B>2r인 단계 4;
    나사선 방정식에 근거해 회전각 θ을 계산하고, 이의 계산공식이,
    Figure pct00023
    이고,
    식에서, a＝R1이고,
    Figure pct00024
    이고,
    Figure pct00025
    인 단계 5;
    단계 5에서 기재한 회전각 θ에 근거해 각 바퀴의 셀 하우징 개수 n을 계산하고, 이의 계산공식이,
    Figure pct00026
    인 단계 6;
    보강 리브의 외경 Dr와 내경 dr를 계산하고, 이의 계산공식이,
    Dr＝2(r1+t1)sinα이고,
    dr＝Dr-2tr이고,
    식에서, 교환각이 α이고, 30°≤α≤70°이고, 고리형 보강 리브의 두께가 tr인 단계 7;
    보강 리브 폭 Lr을 계산하고, 이는,
    완전한 구형 하우징의 정수압(static water pressure)에서의 반경방향 변위 공식:
    Figure pct00027
    ,
    식에서, Ps는 내압 하우징이 작동하는 깊이 지점에 위치할 경우의 최대 작동 압력이고,
    E는 내압 하우징 재료의 탄성계수로서, 상기 파라미터 수치와 동일하고,
    μ는 내압 하우징 재료의 푸아송비(Poisson's ratio)로서, 상기 파라미터 수치와 동일하고,
    및
    보강 리브가 받는 압력의 공식:
    Figure pct00028

    및
    보강 리브 외경 지점 변위 공식:
    Figure pct00029
    에 의해 계산되고,
    또한, 구형 하우징과 보강 리브 간의 변형 적합을 만족시키기 위해, δs＝δr가 이루어지되도록 하고, Lr의 계산공식이,
    Figure pct00030
    인 단계 8;을 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수기 내압 하우징의 설계방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112149220B (zh) * 2020-08-28 2022-03-11 江苏科技大学 一种潜水器耐压壳体及其设计方法
CN113028052B (zh) * 2021-03-05 2023-05-09 光年探索(江苏)空间技术有限公司 一种带隔板的相交球壳压力容器
CN112963534B (zh) * 2021-03-30 2023-04-11 光年探索(江苏)空间技术有限公司 一种带球壳隔板的相交球壳压力容器
CN114013560A (zh) * 2021-11-16 2022-02-08 江苏科技大学 一种塔螺形深海耐压壳体及其设计方法
CN114383034A (zh) * 2022-01-17 2022-04-22 光年探索(江苏)空间技术有限公司 一种纤维缠绕相交球壳压力容器
CN114475907A (zh) * 2022-03-18 2022-05-13 武汉市海益高端装备结构设计有限公司 一种适用于潜水器的环状耐压壳装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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FR2208375A5 (ko) * 1972-11-30 1974-06-21 France Etat
GB0212374D0 (en) * 2002-05-29 2002-07-10 Whiteley John Submarine escape capsule
CN104648638B (zh) * 2015-02-11 2016-11-02 江苏科技大学 一种深海仿生耐压壳体
CN104986312B (zh) * 2015-06-30 2017-03-08 江苏科技大学 一种仿生耐压装置
CN105197183B (zh) * 2015-09-15 2017-05-03 江苏科技大学 一种自平衡耐压壳装置
CN105216995A (zh) * 2015-10-22 2016-01-06 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 球柱组合式环形耐压结构
CN105691569A (zh) * 2016-02-03 2016-06-22 江苏科技大学 一种可变空间多球交接耐压装置
CN105631165B (zh) * 2016-02-03 2018-08-31 江苏科技大学 一种多蛋形仿生耐压壳体交接设计方法
CN108614912A (zh) * 2018-03-21 2018-10-02 江苏科技大学 一种球形耐压壳力学特性分析计算方法
CN111252186B (zh) * 2020-02-28 2022-04-15 江苏科技大学 一种深海环形耐压壳及其制造方法
CN112149220B (zh) * 2020-08-28 2022-03-11 江苏科技大学 一种潜水器耐压壳体及其设计方法

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