另外,陶瓷因为其较高的强度和较低的密度越来越受到研究者的重视。同样潜深的钛合金耐压壳要比陶瓷耐压壳重得多。这意味着采用陶瓷耐压壳的载人潜器有更大的有效载重。陶瓷材料还具有抗氧化、耐腐蚀、隔热性好、刚度大等优点。但是陶瓷作为脆性材料抗拉强度较低,韧性和塑性非常差。美国无人深潜器“海神”号的耐压舱主体就采用了高强度陶瓷材料。2009年5月,“海神”号无人深潜器成功下潜至10902m的马里亚纳海沟底部[16]。这证明了陶瓷作为载人深潜器耐压舱材料具有很好的发展前景。

3 耐压壳的制造

耐压壳往往会分成几个部分分别制造,最后再进行组装。组装时常采用:焊接、螺栓连接、用环扣或夹具连接和粘合连接。下面对焊接和螺栓连接方法作简要介绍。

焊接是载人潜器耐压壳最常用的制造方法。规范对焊接材料的性能有相当明确的规定。焊接材料的力学性能应不低于耐压壳本体材料的力学性能。为了防止焊接材料中的水分在焊接时产生初生态氢从而见底焊接强度,规范还对焊接材料的存放环境作出了要求。焊接完成并通过产品检验后,还需要消除结构中的残余应力。常用的方法是将耐压壳结构加热到一定温度,并保持这个温度一定的时间,最后再让结构在不通风的环境中自然玲却。保持时间和壳体厚度有关,一般为2分钟每毫米。“阿尔文”号耐压舱即为两个半球壳焊接而成。

当耐压壳材料不适合焊接时,常采用螺栓连接。螺栓连接对连接表面和螺栓的加工精度都有很高的要求。每个螺栓孔和螺栓都要进行单独测量,并根据测量结果进行匹配。要采用低温装配的方法,以使结构在常温下的连接更紧密。“阿鲁明纳”号耐压壳就是采用螺栓连接的方法建造而成。它的耐压壳由11个筒体和两个半球壳封头组成。共使用了约400个螺栓。

4 耐压壳的尺寸

如何增大耐压壳的尺寸是当下的一大难题。以球形耐压壳为例,较小的耐压壳内径将不利于舱内设备的布置和潜航员的操作。但是,增大耐压壳内径的同时,为了保证结构的强度和稳定性,结构的质量将会迅速提升。例如:法国在设计建造“鹦鹉螺”号载人深潜器时就曾经考虑采用内部直径径为2。2m的球壳 ,但是受限于但是的技术条件和材料性能,这一方案没有得到实现。最终,“鹦鹉螺”号载人深潜器的耐压壳内径被定为2。1m。从表1-4中可以看出,大深度载人潜水器多采用内径在2m到2。1m之间的耐压壳。

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