[发明专利]一种逐层递减内增压的深水耐压结构系统和方法

说明书

本发明提供了一种逐层递减内增压的深水耐压结构系统和方法，包括耐压壳体子系统和内部增压控制子系统，其特征在于，所述耐压壳体子系统从外至内呈多层级结构，分别包括外隔热层、金属质内增压结构和内隔热层；该系统通过逐层递减地向各结构层间腔内海水介质施加压力，辅以对海水介质的温度调节，结合每层结构壳体自身强度，逐渐抵消结构外部压力，最终使结构内部人员设备舱达到常压水平，舱内人员正常工作，设备正常运转。该结构系统能够在减少水下潜器或类似装备耐压壳体材料用量、降低装备总重的同时，降低壳体所需达到力学性能指标，有效提高水下装备、特别是深海装备的工作深度，对未来的深远海探索开发事业具有重要意义。

技术领域

本发明属于水下耐压结构系统技术领域，尤其涉及一种逐层递减内增压的深水耐压结构系统和方法。

背景技术

海洋孕育着种类丰富、储量巨大的资源，包含动物、植物等生物资源；潮汐能、波浪能、温差能等可再生能源；油气、可燃冰、锰结核和热液矿藏等矿产资源；以及海上生活区、海上机场、海底军事基地等空间资源，是人类社会可持续发展的重要保证。航空航天事业的发展已经逐渐成熟，人类步入太空早已不是难事，然而世界上却很少有国家可以畅游大洋深处，人类对于海洋的探索和开发还有很大的发展空间。近二十年来，世界上掀起了一股探索海洋、开发海洋的热潮，直接推动了我国在海洋领域科学技术的大发展，并由此带动了人们对于全方位、多维度、高时效的海洋信息产品的需求。水下潜器是人类开展海洋探索活动的重要装备之一，目前已在海洋探测、深海打捞、水下抢险、深海科学研究方面得到了大量的应用，近年来，伴随着陆地资源的日益枯竭，人类开发和利用海洋的步伐也日益加快，在这种情况下，水下潜器的研究与应用也越来越受到人们的重视。

水下潜器系统构成复杂，需要搭载众多的仪器、设备，其耐压结构构成一个密闭的空间，为潜器上作业人员、仪器和设备提供了常压的工作环境，为潜器水下安全和顺利完成水下作业提供了保障。随着海洋开发与研究的深入，潜器下潜的深度不断增加，在潜深深度方面，国内“蛟龙号”潜器已经成功完成7000米级的海试，国外也在逐步开展潜深可达12000米的水下潜器的研发。在深水环境下，潜器耐压结构需要承受巨大的静水压力，并且伴随着深度的增加，潜器所承受的静水压力也会相应增大(水深每增加100m，压强增加1MPa)，因此对潜器耐压结构的承压能力要求也越来越高，需要通过加大潜器耐压结构壳体壁厚等途径提高结构的安全性，但这与潜器轻量化的发展趋势相矛盾。如何保证潜器耐压结构在深水中具备耐受高压性能的前提下，不再过多增加重量，逐渐成为潜器设计领域新的发展方向之一。

耐压结构伴随着水下潜器多年的发展，由传统的球壳、圆柱壳、扁球壳发展到现代的藕节型壳(多球交结壳)、多平面柱壳、仿生蛋壳等多种新的结构形式。而诸多新型耐压结构的方案设计工作，无一不是从壳体自身材料和结构对深水高压耐受性能的方向开展，耐压机理较为单一，轻量化、耐压性能尚存在一些提高的空间。

发明内容

为解决上述现有技术存在的不足，发明人经过研发设计，本发明提供一种逐层递减内增压深水耐压结构系统，具体的，本发明是这样实现的：

一种逐层递减内增压的深水耐压结构系统，包括耐压壳体子系统和内部增压控制子系统，所述耐压壳体子系统从外至内呈多层级结构，分别包括外隔热层、金属质内增压结构和内隔热层；其中：所述金属质内增压结构包括：由外至内分为若干层子壳体分布呈的多层级壳体结构，层级之间形成空腔互不连通的层内增压腔，层内增压腔中充满海水介质，所述内部增压控制子系统包括：内增压控制主机、内增压腔进/排水控制模块和温度调节模块，所述内增压腔进/排水控制模块包括：位于每层级层内增压腔内的进/排水机构，每层级层内增压腔通过进/排水机构可控通断的连通至外部海水；温度调节模块包括：均布于各层壳体结构的温度调节器，可通过信号线接收内增压控制主机发出的信号对各层内增压腔内海水加热或制冷。