随着各国经济的飞速发展和世界人口的不断增加,人类消耗的自然资源也是越来越多,陆地上的可利用资源正在减少。为了生存和发展,人们开始向海洋进军占地球表面积49%,最深可达11000m左右的国际深海和洋底区域蕴藏着丰富的战略金属、能源和生物资源近20年来,美国、日本、法国和俄罗斯已发展了6000 m级深海载人潜水器,运载科学家和工程技术人员精确地到达各种深海复杂环境,进行高效的资源勘探科学考察和打捞作业20世纪90年代初,我国也相继投入了大量的人力和物力进行深海载人潜水器的研究,开发载体框架是深海载人潜水器各分系统设备的安装基础,潜水器上的载人舱蓄电池、可弃压载可调压载水舱、高压气罐、浮力块和轻外壳等都将固定在载体框架上,从而形成一艘具有良好水动力性能的载人潜水器同时,载体框架也是深海载人潜水器布放、回收和甲板系固的主要承力结机。因此,载体框架的设计应便于设备仪、浮力块和轻外壳的安装拆卸与维护,并有强度分析和刚度分析,以保证载人潜水器的布放和回收,以及在母船甲板上系固。在上述条件下,还应使其重量尽可能小。
本研究总结和介绍了我国正在建造的深海载人潜水器载体框架的结构设计要点和强度分析方法,并给出了载体框架的强度分析结果,为今后研制同类型产品提供参概为节省价格昂贵的浮力材料,提高深海载人潜水器的机动性和灵活性,在保证足够的强度和刚度的情况下,载体框架的重量应尽可能小,即所选用的制造材料应具有较高的比强度和比刚度。
常用潜水器结构的制造材料为钛合金、高强度钢、铝合金等,这些材料的比强度和比刚度如表所示。显然,钛合金的比强度远远大于高强度钢和铝合金,而其比刚度与高强度钢和铝合金相当。此外,钛合金还具有耐高温、耐腐蚀(表面易产生致密的钝态氧化膜)及良好的低温韧性等特性,已广泛应用于深海载人潜水。所以,可以认为钛合金材料是加工制浩载体框架的理想材料在设计该深海载人潜水器之前,国内并没有研制大深度载人潜水器的参考经验,国外公开发表的相关设计参考资料也极其稀少,因而载体框架结构型式的确定,必须采取循序渐达不断完善的过程这个过程体现在以下三个方案选择过程中:结构型式一(空间斜拉杆式工),结构型式二(平面斜拉式)和结构型式三(最终结构型式)。
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