一种水下航行器高速入水缓冲头帽的制作方法

本发明属于航行器入水缓冲装置设计领域，涉及一种水下航行器高速入水缓冲头帽，通过给航行器的头部加装缓冲头帽来实现航行器高速安全入水。

背景技术：

我国是一个陆海兼具的国家，领海水域面积约470多万平方千米，海岸线长达1.8万千米，拥有丰富的海洋资源，为维护国家海洋主权，高效开发海洋资源，发展水下航行器是必需的。水下航行器可通过空中投放，空中投放的优点在于飞行器可以将航行器搭载到特定工作区域进行投放，有利于航行器更快开展工作，空中投放水下航行器相关研究得到各国的重视。

水下航行器在空投入水冲击过程中，结构会遭受极大的瞬时脉冲压力微秒级和过载毫秒级，压力可能使壳体沾水部位皱折失稳，导致薄弱处产生损伤和裂纹；过载会破坏结构的完整性，使得结构断裂，同时可能会影响航行器的弹道。确保水下航行器安全可靠地入水是研究的重点。

在航行器头部安装一缓冲头帽，可有效降低入水过程中航行器头部受到的冲击载荷，缓冲头帽的设计不仅要考虑其缓冲性能，也要考虑其工作条件。因此，缓冲头帽的设计一般需要满足以下的主要性能要求：

1缓冲头帽入水时被破坏，可以有效降低作用在航行器上的入水冲击载荷；

2缓冲头帽具有良好的气动外形，空中阶段与航行器牢固连接，入水后可以完全解体而脱离航行器；

3缓冲头帽结构满足总体设计要求；

4缓冲头帽能经受得住各种环境条件。

已公开的专利中，专利号2889772，这一美国专利提出用泡沫塑料制作鱼雷保护头帽，专利号8256086b2的美国专利研究了适用于缓冲头帽的材料。但上述专利存在结构复杂、安装不可靠、不能提供电磁保护、缓冲性能有限等缺点，其应用受到了限制。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种水下航行器高速入水缓冲头帽，一种结构简单、连接可靠且具有优良性能的缓冲头帽。可以可以实现航行器的安全可靠入水，而且对比以前的专利缓冲性能优异，对航行器的保护更全面。

技术方案

一种水下航行器高速入水缓冲头帽，其特征在于包括罩壳1、金属泡沫缓冲器2、泡塑缓冲器3和结合件4；罩壳1为小球头尖拱体外形结构，包裹航行器5头部；罩壳1内壳顶端与航行器5头部之间依次设有金属泡沫缓冲器2和泡塑缓冲器3，两者紧贴但不作任何连接；罩壳1内壳侧面与航行器5侧面设有多个弹性结合件4；所述金属泡沫缓冲器2和泡塑缓冲器3为回转体结构；所述泡塑缓冲器3后端设有与航行器5头部形状相吻合的凹槽。

所述泡塑缓冲器3与罩壳1采用粘接固定。

所述弹性结合件4采用弹簧夹结构。

所述泡塑缓冲器3采用硬质聚氨酯泡沫塑料。

所述金属泡沫缓冲器2采用泡沫铝。

有益效果

本发明提出的一种水下航行器高速入水缓冲头帽，由外罩壳、组合缓冲件和连接件组成。其中，外罩壳安装在整个缓冲头帽的外部，使得航行器具有良好气动头型，在空中飞行阶段保证缓冲头帽整体结构的稳定性，入水时能够整体破裂解体，不影响航行器在水中的运动性能。组合缓冲件在入水时能够隔离冲击，降低与限制作用在航行器上的入水冲击载荷，组合缓冲件由泡塑缓冲器和金属泡沫缓冲器组成，组合缓冲件为回转体，粘结在罩壳内部前端，缓冲器后端有一凹槽，完全包裹航行器头部，两者结合面成为航行器与头帽结合的支撑面和支撑点。硬质聚氨酯泡沫塑料具有良好的能量吸收特性，能够起到缓冲、减振和降低应力幅值等作用，且受压后呈现很大的塑性变形，具有压实强化后容易破裂的特点，因此作为制作泡塑缓冲器的材料。泡沫铝具有高阻尼减震性能及冲击能量吸收率，比密度小，并具有优良的电磁屏蔽性能和热学性能，因此作为制作金属泡沫缓冲器的材料。硬质聚氨酯材料刚度较小，可以在很大的变形范围内讲传导的力限制在材料屈服应力的水平上，泡沫铝刚度较大，能量吸收率高，在塑性变形时可有效吸收入水冲击的能量，泡沫铝的电磁屏蔽性能很好，可保护航行器头部电器元件。连接件采用弹簧夹装置来实现保证航行器与缓冲头帽牢固可靠连接，结合件的弹簧夹的簧片均布粘结牢固在头帽壳体的后端尾部平直段的内壁上。弹簧夹安装就位后产生的弹性结合力提供头帽和航行器之间的摩擦结合力，使两者可靠结合，能抵抗航行器在载送和运行过程中的各种冲击、振动和外载荷等力学环境下的脱体载荷。

附图说明

图1是缓冲头帽结构及安装图

1-罩壳，2-金属泡沫缓冲器，3-泡塑缓冲器，4-结合件，5-航行器。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明所设计的缓冲头帽主要由罩壳1，金属泡沫缓冲器2和泡塑缓冲器3、结合件4组成。

罩壳1采用小球头尖拱体外形，这是常用的气动外形。根据航行器在空中飞行的速度和角度仿真计算航行器的最大气动载荷和最小入水冲击载荷，确定缓冲头帽外罩壳的强度设计区间。

根据航行器5的壳体强度及缓冲器材料的动态压缩力学性能确定组合结构缓冲件各部分的长度。

缓冲件为回转体，依次为金属泡沫缓冲器2和泡塑缓冲器3，两者紧贴但不作任何连接。泡塑缓冲器3采用泡沫铝，粘结在头帽罩壳1内部前端，将金属泡沫缓冲器2挤压在罩壳内部前端。泡塑缓冲器3采用硬质聚氨酯泡沫塑料，根据航行器5头部形状，在泡塑缓冲器后端挖一凹槽。缓冲头帽安装完毕后，缓冲件后部凹槽与航行器头部前端面紧密贴合，成为航行器与头帽结合的支撑面和支撑点。

本发明所设计的罩壳壳体总长为355mm，圆柱段长为115mm，壳体厚度为3mm，小球头半径为6.8mm，尖拱体内径为162mm，罩壳与航行器相连接的部位长度约为50mm。金属泡沫缓冲器2为回转体，具体尺寸由罩壳内部尺寸决定。泡塑缓冲器和金属泡沫缓冲器长度均为125mm，适用于直径为200mm的航行器。根据航行器5的几何外形确定缓冲头帽具体尺寸。

结合件4采用弹簧夹装置，4个结合件均匀粘结牢固在头帽罩壳1的后端尾部平直段的内壁上。本设计选用约1mm厚的62mnsi2弹簧钢片，制成宽25mm、总长约90mm、中拱高度约达6mm的簧片。结合件安装就位后产生的弹性结合力提供头帽和航行器5之间的摩擦结合力，使两者可靠结合。

将设计好的缓冲头帽安装在航行器5上并压紧。航行器入水时，冲击载荷首先作用在缓冲装置的外壳上，外壳破坏后载荷继续作用在缓冲件上。缓冲件受到压缩变形而具有缓冲效果，从而减小了传递到航行器上面的载荷，保护航行器入水过程不被破坏。

技术特征：

1.一种水下航行器高速入水缓冲头帽，其特征在于包括罩壳(1)、金属泡沫缓冲器(2)、泡塑缓冲器(3)和结合件(4)；罩壳(1)为小球头尖拱体外形结构，包裹航行器(5)头部；罩壳(1)内壳顶端与航行器(5)头部之间依次设有金属泡沫缓冲器(2)和泡塑缓冲器(3)，两者紧贴但不作任何连接；罩壳(1)内壳侧面与航行器(5)侧面设有多个弹性结合件(4)；所述金属泡沫缓冲器(2)和泡塑缓冲器(3)为回转体结构；所述泡塑缓冲器(3)后端设有与航行器(5)头部形状相吻合的凹槽。

2.根据权利要求1所述水下航行器高速入水缓冲头帽，其特征在于：所述泡塑缓冲器(3)与罩壳(1)采用粘接固定。

3.根据权利要求1所述水下航行器高速入水缓冲头帽，其特征在于：所述弹性结合件(4)采用弹簧夹结构。

4.根据权利要求1所述水下航行器高速入水缓冲头帽，其特征在于：所述泡塑缓冲器(3)采用硬质聚氨酯泡沫塑料。

5.根据权利要求1所述水下航行器高速入水缓冲头帽，其特征在于：所述金属泡沫缓冲器(2)采用泡沫铝。

技术总结
本发明涉及一种水下航行器高速入水缓冲头帽，由外罩壳、组合缓冲件和结合件组成。外罩壳安装在整个缓冲头帽的外部，使得航行器具有良好气动头型，在空中飞行阶段保证缓冲头帽整体结构的稳定性，入水时能够整体破裂解体，不影响航行器在水中的运动性能。组合缓冲件在入水时能够隔离冲击，降低与限制作用在航行器上的入水冲击载荷。组合缓冲件为回转体，粘结在罩壳内部前端，缓冲器后端有一凹槽，完全包裹航行器头部，两者结合面成为航行器与头帽结合的支撑面和支撑点。连接件采用弹簧夹装置来实现保证航行器与缓冲头帽牢固可靠连接，能抵抗航行器在载送和运行过程中的各种冲击、振动和外载荷等力学环境下的脱体载荷。

技术研发人员：施瑶;高兴甫;潘光;宋保维;黄桥高
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2020.04.06
技术公布日：2020.07.10