一种智慧型AUV壳体结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种智慧型AUV壳体结构及其制备方法，属于AUV壳体壳体领域，由内到外依次包括金属密闭腔体、刚性层、强化层和防渗层，所述刚性层为多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层，所述刚性层采用混杂纤维三维编织预制体织物结构增强高性能树脂基体构成，所述刚性层的三维编织预制体织物结构中混杂有光纤；所述强化层为二维缠绕混杂纤维增强树脂基复合材料强化层，所述强化层采用二维缠绕的方式设置在所述刚性层的表面；所述防渗层为多维碳纤维增强橡胶基防渗层，所述防渗层采用碳纤维三维编织织物结构与高强度橡胶复合而成。本发明专利技术可实时监控AUV壳体受力状态的，同时具有较好的耐压性、防渗性、防冲击和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种智慧型AUV壳体结构及其制备方法
本专利技术涉及AUV壳体
，特别是指一种智慧型AUV壳体结构及其制备方法。
技术介绍
自主式水下机器人(AUV)是新一代水下航行器，具有活动范围大、机动性好、安全和智能化的诸多优点，成为完成各种水下探测任务和研究工作的主要工具。例如在民用领域可用于水下铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工以及水下设备维护维修等重要工作；在军用领域则可用于侦察、布雷、扫雷、水下救援、潜水救生等。由于水下机器人不受电缆活动范围的限制，隐蔽性好，所以成为工业界和军方研究的重点。水下环境的力学受力要求复杂，对整个设备的耐压、防渗漏、防冲击以及耐腐蚀等性能要求十分苛刻，传统的水下机器人壳体材料均采用金属材质配合表面的防锈涂层构成，这种复合结构虽然整体的密闭性较好，但是长期的水下作业给金属的耐腐蚀性能带来了极大的挑战，此外金属自身的自重较大，对于下潜深度较大或者水下作业要求复杂的工况，自身携带的设备或部件由于自重空间的限制，其工作的复杂水平必然受到限制。除此之外，传统金属材质自身的成型方式决定了其壳体材料自身对水下受力状态变化的响应措施几乎没有，而这也是现代智能材料发展所无法匹配的。因此要改变这种水下航行器制备材料的诸多问题，迫切需要一种新型的复合材料材质的结构来取代原有的金属材料，同时在AUV壳体自身的成型过程中，在材料内引入响应智能组件来提高机器人壳体的复杂应力响应功能特性。
技术实现思路
本专利技术提供一种可实时监控AUV壳体受力状态的，同时具有较好的耐压性、防渗性、防冲击和耐腐蚀性的智慧型AUV壳体结构及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种智慧型AUV壳体结构，由内到外依次包括金属密闭腔体、刚性层、强化层和防渗层，其中：所述刚性层为多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层，所述刚性层采用混杂纤维三维编织预制体织物结构增强高性能树脂基体构成，所述刚性层的三维编织预制体织物结构中混杂有光纤；所述强化层为二维缠绕混杂纤维增强树脂基复合材料强化层，所述强化层采用二维缠绕的方式设置在所述刚性层的表面；所述防渗层为多维碳纤维增强橡胶基防渗层，所述防渗层采用碳纤维三维编织织物结构与高强度橡胶复合而成。进一步的，所述金属密闭腔体采用圆柱体形式，所述金属密闭腔体的直径为10-50cm，长度为1-5m；所述金属密闭腔体的材质为铝合金、钛合金或镁铝合金。进一步的，所述光纤为8-10μm的单模光纤或50-60μm的多模光纤。进一步的，所述强化层的厚度为刚性层厚度的0.5-2倍，所述防渗层的厚度为3-6mm。另一方面，本专利技术提供一种上述智慧型AUV壳体结构的制备方法，包括：步骤1：刚性层的制备：采用三维编织预制体织物结构制备多维混杂纤维增强树脂复合材料刚性层，在混杂多维织物中选择光纤混杂作为智能传感部件，预制体织物结构在金属密闭腔体的表面编织完成后，采用树脂基体的真空导入方式进行浸渍，浸渍过程中的真空度控制在0.06-0.1MPa，浸渍完成后采用热固化成型方式最终形成刚性层，所述多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层的树脂基体含量控制在20％-40％之间；步骤2：强化层的制备：在步骤1得到的刚性层表面采用二维缠绕方式制备强化层，缠绕的材料选用主纤维和混杂纤维，缠绕角度为10°-45°，螺旋缠绕的纤维织物预先浸渍树脂，在缠绕并浸渍树脂之后采用热固化成型方式最终形成强化层；步骤3：防渗层的制备：在步骤2得到的强化层的表面采用三维编织织物结构制备预制体，之后将整个壳体预成型样品置于密闭模具内，采用注射成型方式，将橡胶熔融体注射到预制体织物内部，冷却固化形成表面的防渗层。进一步的，步骤1中，所述刚性层中三维编织预制体织物结构采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向；所述混杂纤维包括主体纤维和辅助纤维，所述主体纤维为碳纤维，辅助纤维为氧化铝、碳化硅、碳化硼、玄武岩或玻璃纤维，所述主纤维与辅助纤维的比例为1:1-10:1。进一步的，所述刚性层中的树脂基体为热塑性树脂改性环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂或聚醚醚酮树脂，其中，热塑性树脂改性体为聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚或聚氨酯。进一步的，步骤2中，二维缠绕的材料包括主纤维和混杂纤维，所述主纤维为碳纤维，混杂纤维为玻璃纤维，所述碳纤维与玻璃纤维的比例为1:1-1:10，二维缠绕的角度为10°-45°之间；步骤2中，浸渍树脂的树脂为环氧树脂、酚醛树脂或不饱和聚酯树脂。进一步的，步骤3中，所述防渗层中三维编织织物结构为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向，所述防渗层中橡胶基体为丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚硫橡胶或聚氨酯橡胶。进一步的，在步骤1中，固化时间为2-3小时，固化温度为120℃-180℃，混杂纤维中的碳纤维为T300、T700、T800或T1000；在步骤2中，固化时间为2-3小时，固化温度为120℃-160℃，主纤维的碳纤维为T300。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的智慧型AUV壳体结构及其制备方法，利用混杂纤维复合材料与多层复合基体成型，其金属密闭腔体、刚性层、强化层和防渗层紧密的采用特定工艺结合在一起，具有较好的耐压性、防渗性、防冲击和耐腐蚀性，保证AUV在水下的正常工作，同时，在其内部嵌入智能部件光纤，可实时监控AUV壳体的受力状态，同时在特定部位采用光纤感应部件可以实时感应AUV不同位置的水压变化和水下冲击变化，有效保证壳体的安全性和结构稳定性。附图说明图1为本专利技术的智慧型AUV壳体结构的整体结构示意图，其中，1-金属密闭腔体，2-刚性层，3-光纤，4-强化层，5-防渗层。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本专利技术提供一种智慧型AUV壳体结构，如图1所示，由内到外依次包括金属密闭腔体1、刚性层2、强化层4和防渗层5，其中：刚性层2为多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层，刚性层2采用混杂纤维三维编织预制体织物结构增强高性能树脂基体构成，刚性层2的三维编织预制体织物结构中混杂有光纤3，值得注意的是，此处光纤3与数据采集设备之间的连接关系以及电路连接方式等均可按照现有技术进行连接，电路连接不是本专利技术的重点；强化层4为二维缠绕混杂纤维增强树脂基复合材料强化层，强化层4采用二维缠绕的方式设置在刚性层2的表面；防渗层5为多维碳纤维增强橡胶基防渗层，防渗层5采用碳纤维三维编织织物结构与高强度橡胶复合而成。本专利技术的智慧型AUV壳体结构，利用混杂纤维复合材料与多层复合基体成型，将金属密闭腔体、刚性层、强化层和防渗层紧密结合在一起，具有较好的耐压性、防渗性、防冲击和耐腐蚀性，保证AUV在水下的正常工作，同时，在其内部嵌入智能部件光纤，可实时监控AUV壳体的受力状态，同时在特定部位采用光纤感应部件可以实时感应AUV不同位置的水压变化和水下冲击变化，有效保证壳体的安全性和结构稳定性。进一步的，金属密闭腔体1优选采用圆柱体形式，金属密闭腔体1的直径优选为10-50cm，长度为1-5m；金属密闭腔体1的材质可以为铝合金、钛合金或镁铝合金。进一步的，光纤优选为8-10μm的单模光纤或50-60μm的多模光纤。优选的，强化层4的厚度为刚性层2厚度的0.5-2倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智慧型AUV壳体结构，其特征在于，由内到外依次包括金属密闭腔体、刚性层、强化层和防渗层，其中：所述刚性层为多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层，所述刚性层采用混杂纤维三维编织预制体织物结构增强高性能树脂基体构成，所述刚性层的三维编织预制体织物结构中混杂有光纤；所述强化层为二维缠绕混杂纤维增强树脂基复合材料强化层，所述强化层采用二维缠绕的方式设置在所述刚性层的表面；所述防渗层为多维碳纤维增强橡胶基防渗层，所述防渗层采用碳纤维三维编织织物结构与高强度橡胶复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种智慧型AUV壳体结构，其特征在于，由内到外依次包括金属密闭腔体、刚性层、强化层和防渗层，其中：所述刚性层为多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层，所述刚性层采用混杂纤维三维编织预制体织物结构增强高性能树脂基体构成，所述刚性层的三维编织预制体织物结构中混杂有光纤；所述强化层为二维缠绕混杂纤维增强树脂基复合材料强化层，所述强化层采用二维缠绕的方式设置在所述刚性层的表面；所述防渗层为多维碳纤维增强橡胶基防渗层，所述防渗层采用碳纤维三维编织织物结构与高强度橡胶复合而成。2.根据权利要求1所述的智慧型AUV壳体结构，其特征在于，所述金属密闭腔体采用圆柱体形式，所述金属密闭腔体的直径为10-50cm，长度为1-5m；所述金属密闭腔体的材质为铝合金、钛合金或镁铝合金。3.根据权利要求2所述的智慧型AUV壳体结构，其特征在于，所述光纤为8-10μm的单模光纤或50-60μm的多模光纤。4.根据权利要求3所述的智慧型AUV壳体结构，其特征在于，所述强化层的厚度为刚性层厚度的0.5-2倍，所述防渗层的厚度为3-6mm。5.一种权利要求1-4任一所述的智慧型AUV壳体结构的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：刚性层的制备：采用三维编织预制体织物结构制备多维混杂纤维增强树脂复合材料刚性层，在混杂多维织物中选择光纤混杂作为智能传感部件，预制体织物结构在金属密闭腔体的表面编织完成后，采用树脂基体的真空导入方式进行浸渍，浸渍过程中的真空度控制在0.06-0.1MPa，浸渍完成后采用热固化成型方式最终形成刚性层，所述多维混杂纤维增强树脂基复合材料刚性层的树脂基体含量控制在20％-40％之间；步骤2：强化层的制备：在步骤1得到的刚性层表面采用二维缠绕方式制备强化层，缠绕的材料选用主纤维和混杂纤维，缠绕角度为10°-45°，螺旋缠绕的纤维织物预先浸渍树脂，在缠绕并浸渍树...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡珣，朱波，王强，赵大涌，乔琨，郝继刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37