专利名称：双球壳对接裙的制作方法
技术领域：
一种双球壳对接裙，属于潜艇人员的救援设备。
背景技术：
早在1963年美国开始计划研制深潜救生艇DSRV(Deep Submergency RescueVehicle)。1966年6月洛克希德导弹与空间公司开始建造第一艘DSRV-I，1971年下水。这是一艘人工操纵的潜水器，装有专门与失事艇逃逸舱口对接的通道(业内人士常称之为“裙”，以下两个名词可以互换)，以实现失事艇上被救人员的“干”转移。
由于失事艇逃逸舱口平面一般不处于水平状态，有时甚至具有很大的纵、横倾角，使得具有“固定”通道(裙)的四自由度动力定位救生艇难以胜任救援工作，解决这一问题目前有两种办法其一是改进深潜救生艇的动力定位功能，在四自由度动力定位系统的基础上增加纵倾和横倾两种定位功能，实现六自由度动力定位；另一种是将四自由度动力定位的深潜救生艇上的“固定”通道(裙)改装为“转动”通道(裙)，以适应失事艇逃逸舱口平面的纵倾与横倾。
十分明显，在前一种方案中，不仅需要加装纵、横倾调节机构，增加整个艇体纵、横倾运动的控制和调节能力，而且由于其运动的数学模型具有更多的变量、更强的耦合性和非线性动力特性，极大地增加了控制系统的复杂性。值得注意的是由于艇体惯性质量很大，利用推进器对整个艇体进行纵、横倾的精细调解不仅动力消耗大，且抗干扰的能力差。而后一种方案不需要改变已经成熟的四自由度动力定位技术，即把救生艇与失事艇舱口对接时的动力定位工作区分为“整体”和“局部”两大部分，前者是以四自由度动力定位系统为基础，定位的目标是“对中”(使失事艇逃逸舱口处于救生艇传感器的测量范围之内)和“坐台”(对接平面重合)，后者的定位目标是“调平”(使通道对接平面平行)。
美国专利US3987742“Swivel air lock for airtight connection betweensubmergibles”(用于水下艇体之间气密连接的转动气密通道)(1976.10.26)和美国专利US5755532“Articulating pressure conduit”(活动压力通道)(1998.05.26)公开了上述第二个方案的研究情况。前一个专利的结构特点是将两个截头球壳套装在一起(在内的称之为裙(skirt)，在外的称之为裙座(bell))，组成可相对转动的球形通道，并在端部分别与裙和裙座铰接的作动筒(jacks)的推动下转动。十分明显，通道的方位调整实质是在刚体(球形裙)绕球心的定点运动中实现的；此外，作动筒的物理尺寸又减小了裙相对于裙座的活动范围。后一个专利认为前者的调整范围有限(have a limited ability)，故将两个楔形球壳(hollow wedge-shaped segment)的端面动连接形成一个整体通道，除楔形球壳可以相对转动外，整个通道可绕艇体的垂向轴转动。于是，通道对接平面的方位调整实质是在两个楔形球壳单独或整体地绕两个非正交轴的转动过程中实现的。值得提及的是(1)所述的第一个专利中的密封技术可以借鉴；(2)“定点运动”和“绕两个非正交轴的转动”导致通道对接平面的运动描述复杂化，故上述专利文件中没有提及将通道对接平面调整到预定方位的控制策略和步骤。换言之，采用上述两类转动裙时，裙口对接平面的方位调整可能需要潜水员使用挂钩和缆绳等工具(如US5755532专利文献附图所示)。
发明内容
本发明的目的是公开一种双球壳对接裙，球形通道对接平面的方位调整可在绕两个正交轴的两次独立转动中实现。安装有这种双球壳对接裙的四自由度动力定位救生艇可在对接过程中，把救生艇与失事艇舱口对接时所需要的六自由度动力定位功能分解为“整体”和“局部”两大部分，前者是以技术简单、成熟的四自由度动力定位系统为基础，定位的目标是“对中”(使失事艇逃逸舱口处于救生艇裙口传感器的测量范围之内)和“坐台”(对接平面重合)；后者的定位目标是“调平”(使通道对接平面平行)，且由于球形通道对接平面的方位调整是在两次独立转动中实现的，极有利于对接过程的自动控制。
本发明的理论基础在于平面(例如下述球形裙的“赤道面”)欲置的任何方位均可通过绕该平面内一对正交转轴的两次独立转动实现(证明略)；且每次独立转动后通道对接平面(与下述球形裙的“赤道面”平行)所处的方位可由适当布置的数个测距传感器的测量值确定，并用于制定控制策略。控制策略的总原则是由于失事艇逃逸舱口大小有限，为使测距传感器获得测量值，“调平”工作应以救生艇与失事艇对接平面“对中”为前提，对于具有转动通道的四自由度动力定位功能的救生艇来说这是不难做到的；又由于“调平”过程会影响“对中”，故在控制程序中应交叉检测“对中”与“调平”传感器的测量值并设法复位到控制“目标”；一旦两种测量值均满足要求，即可“坐台”，完成对接。
双球壳对接裙包括球形裙座、支架、球形裙、球形裙驱动电机、裙轴、外环、外环驱动电机、外环轴和高压水接头。其中，可转动的球形裙和固定的球形裙座均是两侧具有平行截口且截口直径不同的球壳，两者动密封套装(与US3987742不同的是球形裙在外，球形裙座在内)；在球形裙座的一侧的截口处加装法兰盘并与救生艇救生舱口围管的端部法兰盘固连成一体；而在球形裙上用于与失事艇对接一侧的截口处加装一个锥形座圈；出于装配要求，球形裙在“赤道面”分型，并借助止口插装后用埋头螺栓固接。球形裙与球形裙座间实现动密封的结构设计可依据现有的动密封理论并借鉴美国专利US3987742所提供的密封技术。与此同时，在球形裙座的内侧加装高压水接头，以便借助高压水泵向密封面内注入压力适当的高压水，用以平衡外界海水静压力，进而防止海水中的微小颗粒进入相对滑动面间。内径大于球形裙外径的外环呈厚壁短圆筒状，与其一直径同轴线的两根外环轴固装在筒壁外侧并插装在与救生艇固连的支架轴承孔内；于是，外环可在借助端部法兰固装在支架外侧并与一根外环轴相连的外环驱动电机的带动下双向转动；外环上还固装两个轴承套，其轴线与上述直径轴正交；两根裙轴分别穿过所述轴承套并与球形裙“赤道面”内的一根直径同轴线地固装在球形裙的外表面，于是，球形裙可在借助端部法兰固装在外环外侧并与一根裙轴相连的球形裙驱动电机的带动下双向转动。
十分明显，双球壳对接裙满足本发明理论基础中所提及的条件，两根物理转轴是位于球形裙“赤道面”内的一对正交轴；而理论基础中所涉及的“平面”就是球形裙的“赤道面”。
图1双球壳对接裙结构示意图(主视图)图2双球壳对接裙结构示意图(侧视图)具体实施方式
下面给出本发明的优选实施方式，并结合附图加以说明。
如图1、2所示，双球壳对接裙包括球形裙座03、支架04、球形裙11、球形裙驱动电机12、裙轴13、外环31、外环驱动电机32、外环轴33和高压水接头26。其中，固定的球形裙座03和可转动的球形裙11均是两侧具有平行截口且截口直径不同的球壳，两者动密封套装，球形裙11在外，球形裙座03居内；球形裙座03的一侧截口加装法兰盘并与救生艇00的救生舱口围管02的端部法兰盘固连成一体；而球形裙11上用于与失事艇对接侧的截口处加装一个锥形座圈；出于装配要求，球形裙11在“赤道面”分型，并借助止口插装后用埋头螺栓固接。球形裙11与球形裙座03间实现动密封的结构设计可依据现有的动密封理论和密封技术，与此同时，在球形裙座03的内侧加装高压水接头26，以便借助高压水泵(图中未画出)向密封面内注入压力适当的高压水，用以平衡外界海水静压力，进而防止水中的微小颗粒进入相对滑动面间。内径大于球形裙11外径的外环31呈厚壁短圆筒状，以其一直径为轴线的两根外环轴33固装在筒壁外侧并插装在与救生艇00固连的支架04上的轴承孔内，于是，外环31可在端部法兰固装在支架04外侧并与一根外环轴33相连的外环驱动电机32的带动下双向转动；外环31上还固装两个轴承套，其轴线与上述直径轴正交；两根裙轴13分别穿过所述轴承套并与球形裙11“赤道面”内一根直径同轴线地固装在球形裙11的外表面，于是，球形裙11可在端部法兰固装在外环31外侧并与一根裙轴13相连的球形裙驱动电机12的带动下双向转动。
安装这种双球壳对接裙带来的有益效果是通道对接平面的方位调整是在绕两个正交轴的两次独立转动中实现的。于是，即便是具有四自由度动力定位功能的救生艇，安装了本发明后，也可在对接过程中具有六自由度动力定位救生艇的对接功能。而且救生艇的四自由度动力定位技术要比六自由度动力定位技术成熟、简单得多；通道对接平面的“局部”方位调整也易于实现，极有利于对接过程的自动控制。
使用本发明可极大地减少深潜救生艇所需动力定位设备的数量和通道对接的控制难度。
权利要求
1.一种双球壳对接裙，包括采用动密封结构套装在一起的球形裙(11)和球形裙座(03)，其特征在于球形裙(11)包绕球形裙座(03)；此外，还包括支架(04)、球形裙驱动电机(12)、裙轴(13)、外环(31)、外环驱动电机(32)、外环轴(33)和高压水接头(26)；其中，球形裙座(03)的一侧截口加装法兰盘并与救生艇(00)的救生舱口围管(02)的端部法兰盘固连成一体；内径大于球形裙(11)外径的外环(31)呈厚壁短圆筒状，以其一直径为轴线的两根外环轴(33)固装在筒壁外侧并插装在与救生艇(00)固连的支架(04)上的轴承孔内；外环驱动电机32的端部法兰固装在支架(04)外侧并与一根外环轴(33)相连；外环(31)上还固装两个轴承套，其轴线与外环轴(33)的轴线正交；两根裙轴(13)分别穿过所述轴承套并与球形裙(11)“赤道面”内一根直径同轴线地固装在球形裙(11)的外表面；球形裙驱动电机(12)的端部法兰固装在外环(31)外侧并与一根裙轴(13)相连；球形裙座(03)的内侧加装高压水接头(26)。
全文摘要
一种双球壳对接裙，属于潜艇人员的救援设备，特别适宜替换四自由度动力定位深潜救生艇的“固定”舱口，使之具有六自由度动力定位救生艇的对接功能。本发明包括一个可转动的球形裙和一个固装在救生艇救生舱口上的球形裙座，两者动密封地套装在一起。球形裙外再套装一个外环，轴线与外环直径重合的两根外环轴固装在其外侧并插装在与救生艇固连的支架轴承套内；固装在外环上的两个轴承套的轴线与外环轴轴线正交；两根裙轴分别穿过所述轴承套后固装在球形裙的外表面上，其轴线与球形裙“赤道面”内的一根直径重合。借助端部法兰分别固定在支架和外环上的两台减速电机是正交转动的动力源。本发明可减少深潜救生艇所需动力定位设备的数量和控制难度。
文档编号F16L27/02GK1986329SQ200610151169
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者郑可为, 施小成, 林孝工, 夏国清, 付明玉, 张伟 申请人:哈尔滨工程大学