[发明专利]潜艇非耐压壳体金字塔点阵夹层抗冲击结构及其设计方法

说明书

本发明属于潜艇艇体结构设计领域，涉及一种潜艇非耐压壳体金字塔点阵夹层抗冲击结构及其设计方法。本发明提出了一种将金字塔点阵夹层抗冲击结构应用于非耐压壳体的薄弱区域的结构以及设计方法，该方法在不降低原非耐压壳体的结构性能前提下，通过将常规非耐压壳体替换为金字塔点阵夹层壳板结构以改善其抗爆性能。

技术领域

本发明属于潜艇艇体结构设计领域，涉及一种潜艇非耐压壳体金字塔点阵夹层抗冲击结构及其设计方法。

背景技术

潜艇作为重要的海上作战力量，一直在海战中扮演者不可或缺的角色，由于武器技术的迅速发展，潜艇所处环境也日益严峻，潜艇的抗爆抗冲击性能成为一个重要的性能需求。其中现有的双壳体潜艇设置有外层的非耐压壳体以及内层的耐压壳体，但常规双壳体潜艇的非耐压壳体以及非耐压壳体不具有抗爆性或者抗爆性较低，因此其抵御水中兵器攻击的能力较低，在受攻击后壳体的受损程度以及变形程度较大，对潜艇的安全威胁很大。

发明内容

本发明创造的目的在于，提供一种潜艇非耐压壳体金字塔点阵夹层抗冲击结构及其设计方法，实现有效、简便地提高现有双层壳潜艇艇体结构特别是耐压壳体的抗爆抗冲击性能。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种潜艇非耐压壳体金字塔点阵夹层抗冲击结构，非耐压壳体是指双壳体潜艇的外壳体，本发明中的非耐压壳体由位于潜艇左舷侧的A区、位于潜艇右舷侧的C区、位于潜艇顶部的B区以及位于潜艇底部的D区构成；A区、B区、C区、D区依次相连围成完整的潜艇非耐压壳体；常规结构的A区/C区包含艇体舷侧非耐压壳、舷侧肘板、舷侧托板和舷侧肋骨等结构；

A区和C区在常规结构的基础上加设金字塔点阵夹层壳板结构，金字塔点阵夹层壳板结构由四层面板以及位于各面板之间的金字塔点阵构成；包括位于最外侧的外面板、位于最内侧的内面板、以及位于外面板与内面板之间由内向外设置的第一层间板和第二层间板；相邻的面板之间设置有纵骨和肋骨；纵骨沿潜艇壳体首尾纵向延伸，肋骨垂直于纵骨沿周向布置；纵骨和肋骨上设置有面板以构成密闭空间；各层面板之间的纵骨和肋骨位置相互垂直交叉以支撑和连接金字塔点阵夹层壳板结构，纵骨和肋骨相互交叉构成多网格结构；

各网格结构分别与上方和下方的面板围成长方体结构；各长方体结构内嵌有金字塔单元结构，金字塔单元为四个杆元构成的金字塔形状，相邻金字塔单元底面支点或顶点相互连接构成金字塔点阵；金字塔单元底面的四个支点分别与网格的四个角重合；

B区和D区为常规非耐压壳体结构，B区与上层建筑连接，D区为底部结构。

对上述结构的进一步优化还包括，A区和C区中每隔四个肋位设置为完整的肋板，其余肋位设置为多段托板结构；完整的肋板分别与B区和D区的肋板相连构成环肋，环肋相隔四个肋位，环肋之间为均匀分布的分段肋骨。

对上述结构的进一步优化还包括，金字塔点阵夹层壳板结构的高度小于耐压壳体与非耐压壳体之间负载水舱高度的三分之一。

对上述结构的进一步优化还包括，各长方体结构中充满空气或者泡沫填料。

对上述结构的进一步优化还包括，金字塔单元结构3e中，杆元的长度为100mm，杆元直径15.2mm，每个杆元与其在内面板的投影的夹角为45度，金字塔底面为正方形，边长为100mm，由杆元组成的金字塔的高度为70.72mm。

对上述结构的进一步优化还包括，金字塔点阵夹层壳板结构的外面板为潜艇的外壳板，其厚度范围为5mm至8mm；内面板厚度范围为5mm至8mm，内面板随靠近船底程度的增加而变厚。

本发明还提供潜艇非耐压壳体金字塔点阵夹层抗冲击结构设计方法，其包括如下步骤，

步骤一、对常规薄弱部位的划分的步骤，具体是指：