[实用新型]一种水下机器人用碳纤维复合耐压舱体

说明书

本实用新型公开了一种水下机器人用碳纤维复合耐压舱体，属于水下机器人耐压舱体技术领域。该耐压舱体包括圆柱形耐压舱体、密封件和端盖，所述圆柱形耐压舱体包括复合材料筒体、端环和防水涂层，复合材料筒体的两个端面粘接端环，复合材料筒体和端环的外表面设有防水涂层；所述端盖与圆柱形耐压舱体通过密封圈进行密封连接。本实用新型针对水下机器人作业深度变化明显且反复的工作特点，在复合材料筒体两端粘接金属端环用于形成结构密封面，进而实现与两侧端盖的轴向、径向双结构密封，并对端盖与舱体配合处的应力集中现象进行了改善。本实用新型采用了优化后的缠绕工艺和复合材料低损高效加工技术，满足强度及稳定性要求。

技术领域

本实用新型涉及水下机器人耐压舱体技术领域，具体地说是一种水下机器人用碳纤维复合耐压舱体。

背景技术

水下机器人是一种新型的海洋环境自主观测平台。它通常是通过调节自身浮力的微小变化提供驱动力，通过水平翼、垂直舵或内置的姿态调节结构调整姿态角，从而实现滑翔运动。由于调整净浮力和姿态角仅消耗少量能源，因此水下机器人具有航行效率高、续航能力强的优点。耐压舱体是水下机器人的重要部件，起到了承受外界海水压力、保护舱内元器件的关键作用。其形状通常为圆筒形，常规材料为轻质铝合金。但随着水下机器人作业深度的增加，耐压舱体需要承受的压力随之增加，其筒壁的厚度也随之增加。这将增大水下机器人的重量和体积，或压缩内部元器件的布置空间和使用范围，无法满足水下机器人长续航力需求。因此，开发一种轻质、高强度、高稳定性的、用于水下机器人的新型材料耐压舱体具有重要意义。

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，由基体材料和增强材料组成。其中碳纤维复合材料通常以树脂为基体，以碳纤维织物为增强体，具有比强度高、比刚度高及可设计的特点，得到了广泛应用。碳纤维复合材料一般通过模压成型技术、层压成型技术和缠绕成型技术制备。其中缠绕成型技术具有制备纤维体积含量高、可改变纤维缠绕角度和生产效率高的优点，适用于圆柱形、圆筒形等回转体构件。但仅通过该技术制备的碳纤维耐压舱体不具备防水性，限制了复合材料在受外部高压工况下的应用。

同时，由于碳纤维复合材料的界面结构是由树脂基体、界面相和碳纤维组成，而碳纤维表面光滑、呈惰性，树脂对碳纤维表面的浸润性差，使得界面剪切强度低、缺陷多，从而导致复合材料层间性能差。尤其在水下机器人作业过程中的大范围交变应力作用下无法表现出良好的力学性能，限制了碳纤维复合材料在水下机器人领域中的应用。

此外，水下机器人进行深海剖面作业过程中会因海水密度的变化造成浮力损失。由于复合材料各向异性，用其制备的耐压舱体具有可设计性，在保证舱体强度及稳定性的基础上，在对纤维的铺层方式、角度及顺序进行优化设计上缺乏面向水下机器人的应用成果，同样限制了复合材料在水下机器人领域中的应用。

目前，尚未有一种结合水下机器人作业深度变化明显且反复的工作特点、使用复合材料为主材料的耐压舱体。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种水下机器人用碳纤维复合耐压舱体，该耐压舱体结构稳定可靠、密封性能好，可改善水下机器人中端盖与舱体配合处的应力集中现象；防水涂层满足水下机器人对其有效防水、防腐、抗冲击、耐磨损等需求；纤维缠绕工艺中铺层顺序及角度合理，满足水下机器人对其强度和稳定性的要求，能补偿水下机器人作业时由于密度变化造成的浮力损失；该耐压舱体适用于水下机器人长期工作中的高压、低温、交变应力且具有侵蚀作用的海洋环境。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：