一种水下潜航快速推进装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水下潜航快速推进装置及加工方法，水下潜航快速推进装置包括半封闭金属壳体头和壳身，壳身外表面贴附有太阳能电池板，壳身内部固设有充电电池、控制器、通讯模块和传感器模块，壳身封闭端面处设有螺旋桨，壳身侧面设有方向舵，壳身内部中心处设有平衡装置，凸轮调节平衡装置的摆动，促使高密度液体在容器内之间流动，调整重心位置，实现潜航。本发明专利技术还公开了水下潜航快速推进装置的加工方法。本发明专利技术对其外观结构和重心位置进行优化，并采用3D打印工艺加工半封闭金属外壳，在保证强度的情况下能成型厚度薄，并且内部各种支撑、固定架、筋肋等能够一体成型，大幅减轻了外壳重量。

Underwater propulsion rapid propulsion device and its processing method

The invention discloses an underwater submarine rapid propulsion device and a processing method. The underwater submarine rapid propulsion device includes a semi closed metal shell head and a shell body. The outer surface of the shell is attached with a solar panel, and a battery, a controller, a communication module and a sense transmitter module are fixed inside the shell. The propeller has a rudder side on the side of the shell, and a balance device is set at the center of the shell. The cam adjusts the swing of the balance device to make the high density liquid flow in the container and adjust the position of the center of gravity to realize the submarine. The invention also discloses a processing method for underwater submerged rapid propulsion device. The invention optimizes the appearance and center of gravity, and uses the 3D printing process to process semi closed metal shell. In the condition of ensuring the strength, the thickness is thin and the internal support, fixed frame, rib and so on can be formed, and the weight of the shell is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种水下潜航快速推进装置及加工方法
本专利技术涉及一种军用无人潜航器及其加工方法，尤其涉及一种水下潜航快速推进装置及加工方法。
技术介绍
水下无人潜航设备是一种重要的水中侦查装置，广泛应用于军事探测、侦查、救生等高危险性的水下作业，也可用于水下搜救、水下勘测等工业领域。目前小型的水下潜航设备的外观是圆柱型，长度1米以上，直径0.3米以上。虽然水下潜航设备的尺寸越小其隐蔽性越好，但是尺寸进一步小型化时遇到几个瓶颈：（1）外壳一般是金属制造，受生产材料和加工工艺的限制，壳体和内部设备支架为组装连接而成，壳体的重量、连接件、紧固件等的重量等占总重量的比例较大，内部空间结构继续优化度有限；有的非金属材料的外壳体，为保证力学性能，需要采用较厚的壳体，体积和重量较大。（2）常用的固定电源或温差发电装置的体积和重量较大，限制了小型化的空间。因此要实现无人潜航器的进一步小型化，必须采用新材料、新工艺、新结构。近几年，金属3D打印技术的研究在国内外正深入展开，以选择性激光烧结为原理的金属3D打印设备原则上能够直接成型任意形状的金属零件，因此使用3D打印技术加工轻质合金壳体替代传统的铸造和机加工，将会极大缩小壳体的重量和体积，并且对内部结构连接件进行一体化打印成型，在保证力学性能的前提下实现内部结构优化，同时大幅降低连接件的使用数量，这是实现水下无人潜航快速推进装置的一个突破点。但金属材料3D打印的实际工艺过程要复杂的多，各种金属材料的最佳打印工艺和参数配置没有统一标准，不同原材料的性能存在很大差异，即使同一种金属材料打印不同结构的零件，打印工艺及流程控制、支撑的设计和去除方式及后期处理方法等也各不相同，需要进行大量的试验测试，探索最优化工艺参数，尤其是金属3D打印的工艺方法设计要与零件的结构设计紧密结合且相辅相成才能获得最佳的实施效果。目前金属3D打印机成型零件的厚度最薄尺寸为0.1-0.2mm左右，一次成型过程中能够实现不同厚度、形状的加强筋、固定板或连接架与零件整体形状的一体化完成，所成型零件的形状、厚度、强度等参数大幅突破了传统的铸造成型、挤压成型、焊接成型等工艺的局限性，在保证力学性能的情况下大幅减少了连接件的使用数量，实现零件整体尺寸和形状的优化、尺寸微型化以及自身重量的大幅降低，能够为功能性部件的安装提供更大的空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种水下潜航快速推进装置及加工方法，该装置对其外观结构和重心位置进行优化，并采用3D打印工艺加工半封闭金属外壳，在保证强度的情况下能成型厚度薄，并且内部各种支撑、固定架、筋肋等能够一体成型，大幅减轻了外壳重量。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种水下潜航快速推进装置，其特征在于包括半封闭金属壳体头和壳身，金属壳体头和壳身紧固密封连接，形成一个密封壳体；所述壳体头主体为圆锥形，所述壳身主体为一侧端面封闭的圆柱形，壳身外表面贴附有太阳能电池板，壳身内部固设有充电电池、控制器、通讯模块和传感器模块，壳身封闭端面处设有螺旋桨，壳身侧面设有方向舵，壳身内部中心处设有平衡装置，所述平衡装置包括硬质的连接导管，在连接导管两端设有容器，连接导管把两端的容器连通，容器为向上凸起的半球形容器，容器下平面与连接导管保持共面；容器内部设有水平放置的弹性薄膜，弹性薄膜把容器容器分为上下两个腔体，上腔体通过透气孔与壳身连通，下腔体与连接导管连通，容器的下腔体及连接导管内充满高密度液体；所述连接导管设有连接架，连接架与壳身内顶壁挂接，靠近左侧容器的连接导管表面设有弧面连接套，弧面连接套的弧面与凸轮的表面接触，凸轮由固定于壳身内顶壁的减速电机驱动，左侧容器顶部设有与壳身内顶壁连接的弹性绳索，凸轮转动来调节平衡装置的摆动，促使高密度液体在两个容器之间流动。对上述方案作进一步优选，所述壳体头包括圆锥壳头、内支撑板、上压板、壳头仓体和内压板，壳体头为3D打印一体成型的圆锥形，圆锥壳头作为圆锥形的侧面，在圆锥壳头表面设有透镜，内支撑板作为圆锥形的底面，内支撑板上固定有摄像头，摄像头与透镜对正，内支撑板中心处设有圆孔；壳头仓体与所述壳身密封连接，上压板位于壳头仓体外侧，固定太阳能电池板，内压板位于壳头仓体内侧，固定方向舵的驱动舵机。对上述方案作进一步优选，所述圆锥壳头的锥顶角为55°～75°，上压板与圆锥壳头连接部分向外扩张，扩张角度为10°～20°。对上述方案作进一步优选，所述壳身是由半封闭的壳身仓体和位于封闭端的导向翼组成，其中壳身仓体侧面是由一个平面部分和一个圆面部分围成，平面部分的外表面粘贴太阳能电池板，平面部分的内表面设有电机固定架和吊架，其中电机固定架固定电磁铁，吊架吊装平衡装置，圆面部分设有电池固定板和孔舵机安装平面。对上述方案作进一步优选，所述壳身仓体内表面周向分布有壳身筋肋，壳身仓体内表面轴向分布有壳身筋板，所述壳身仓体的壳身底壳内表面上设有舵机固定架。对上述方案作进一步优选，所述壳身筋肋横截面为梯形，其底面夹角为20°～40°，所述吊架横截面为梯形，其高度为2～3mm，底面夹角为20°～35°，所述电机固定架横截面为梯形，其高度为1.5～2mm，底面夹角为20°～35°。对上述方案作进一步优选，所述壳身及电机固定架、吊架、壳身筋肋、壳身筋板、舵机固定架、电池固定板、孔舵机安装平面为3D打印一体成型。一种水下潜航快速推进装置的加工方法，其特征在于包括壳体头和壳身，壳体头和壳身均为半封闭金属薄壁壳体，壳体内部设有筋板，筋板和壳体壁厚度在0.5-1mm，金属材质为镁铝合金，半封闭金属薄壁壳体加工方法为3D打印一体成型，加工步骤如下：（1）采用金属3D打印机，3D打印机内部工作平台上固定平面基板，基板上放置镁铝合金粉末，设置3D打印机加工环境：基板预热温度120℃，成型仓内置氩气环境，含氧量阈值500ppm，循环泵频率37Hz，激光功率180W，光斑直径70微米，激光扫描速度450mm/s，扫描间距80μm，分层厚度50μm；（2）首先，激光扫描方式采用棋盘式扫描方式，在基板上表面烧结金属面支撑，厚度1-2mm；面支撑成型完成后，激光扫描方式采用同心式扫描，继续烧结壳体头和壳身，其中壳体头由圆锥形底面向尖顶部依次烧结，壳身由封闭端向开口端依次烧结，在烧结过程中，内部筋板与壳体壁同时成型，水平方向的筋板增加网格式点支撑，网格间距0.6-0.7mm，网格边缘延伸长度0.3mm，单个网格边长2mm，网格齿高0.5mm，齿宽0.3mm，嵌入内支撑板1-2深度0.2mm；（3）壳体头和壳身整体烧结完毕后，待冷却到常温，进行成型后的热处理工艺：去除支撑、打磨后，用无水乙醇进行清洗，擦干后内外表面均匀涂抹一层石墨粉，用铝箔纸包裹，在气氛保护加热炉中进行固溶处理，人工时效处理，取出空冷；（4）表面处理：将壳体头和壳身内、外表面抛光，衔接处打磨出倒角，并装配，形成水下潜航快速推进装置的封闭外壳。所述镁铝合金粒径分布范围26-68微米，化学成分按质量百分比为：镁90%~92%，铝8%~10%，锌0.5%~0.8%，锰0.1%~0.4%，铁0~0.003%，硅0~0.05%，铜0~0.005%，其余为杂质。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本专利技术中的水下潜航快速推进装置，利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下潜航快速推进装置，其特征在于包括半封闭金属壳体头（1）和壳身（5），金属壳体头（1）和壳身（5）紧固密封连接，形成一个密封壳体；所述壳体头（1）主体为圆锥形，所述壳身（5）主体为一侧端面封闭的圆柱形，壳身（5）外表面贴附有太阳能电池板（4），壳身（5）内部固设有充电电池（11）、控制器（10）、通讯模块（12）和传感器模块（13），壳身（5）封闭端面处设有螺旋桨（9），壳身（5）侧面设有方向舵（14），壳身（5）内部中心处设有平衡装置（7），所述平衡装置（7）包括硬质的连接导管（7‑4），在连接导管（7‑4）两端设有容器（7‑1），连接导管（7‑4）把两端的容器（7‑1）连通，容器（7‑1）为向上凸起的半球形容器，容器（7‑1）下平面与连接导管（7‑4）保持共面；容器（7‑1）内部设有水平放置的弹性薄膜（7‑2），弹性薄膜（7‑2）把容器（7‑1）容器分为上下两个腔体，上腔体通过透气孔与壳身（5）连通，下腔体与连接导管（7‑4）连通，容器（7‑1）的下腔体及连接导管（7‑4）内充满高密度液体；所述连接导管（7‑4）设有连接架（7‑5），连接架（7‑5）与壳身（5）内顶壁挂接，靠近左侧容器（7‑1）的连接导管（7‑4）表面设有弧面连接套（7‑3），弧面连接套（7‑3）的弧面与凸轮（6）的表面接触，凸轮（6）由固定于壳身（5）内顶壁的减速电机驱动，左侧容器（7‑1）顶部设有与壳身（5）内顶壁连接的弹性绳索（16），凸轮（6）转动来调节平衡装置（7）的摆动，促使高密度液体在两个容器（7‑1）之间流动。...

【技术特征摘要】
1.一种水下潜航快速推进装置，其特征在于包括半封闭金属壳体头（1）和壳身（5），金属壳体头（1）和壳身（5）紧固密封连接，形成一个密封壳体；所述壳体头（1）主体为圆锥形，所述壳身（5）主体为一侧端面封闭的圆柱形，壳身（5）外表面贴附有太阳能电池板（4），壳身（5）内部固设有充电电池（11）、控制器（10）、通讯模块（12）和传感器模块（13），壳身（5）封闭端面处设有螺旋桨（9），壳身（5）侧面设有方向舵（14），壳身（5）内部中心处设有平衡装置（7），所述平衡装置（7）包括硬质的连接导管（7-4），在连接导管（7-4）两端设有容器（7-1），连接导管（7-4）把两端的容器（7-1）连通，容器（7-1）为向上凸起的半球形容器，容器（7-1）下平面与连接导管（7-4）保持共面；容器（7-1）内部设有水平放置的弹性薄膜（7-2），弹性薄膜（7-2）把容器（7-1）容器分为上下两个腔体，上腔体通过透气孔与壳身（5）连通，下腔体与连接导管（7-4）连通，容器（7-1）的下腔体及连接导管（7-4）内充满高密度液体；所述连接导管（7-4）设有连接架（7-5），连接架（7-5）与壳身（5）内顶壁挂接，靠近左侧容器（7-1）的连接导管（7-4）表面设有弧面连接套（7-3），弧面连接套（7-3）的弧面与凸轮（6）的表面接触，凸轮（6）由固定于壳身（5）内顶壁的减速电机驱动，左侧容器（7-1）顶部设有与壳身（5）内顶壁连接的弹性绳索（16），凸轮（6）转动来调节平衡装置（7）的摆动，促使高密度液体在两个容器（7-1）之间流动。2.根据权利要求1所述的一种水下潜航快速推进装置，其特征在于所述壳体头（1）包括圆锥壳头（1-1）、内支撑板（1-2）、上压板（1-3）、壳头仓体（1-4）和内压板（1-5），壳体头（1）为3D打印一体成型的圆锥形，圆锥壳头（1-1）作为圆锥形的侧面，在圆锥壳头（1-1）表面设有透镜（2），内支撑板（1-2）作为圆锥形的底面，内支撑板（1-2）上固定有摄像头（3），摄像头（3）与透镜（2）对正，内支撑板（1-2）中心处设有圆孔；壳头仓体（1-4）与所述壳身（5）密封连接，上压板（1-3）位于壳头仓体（1-4）外侧，固定太阳能电池板（4），内压板（1-5）位于壳头仓体（1-4）内侧，固定方向舵（14）的驱动舵机（15）。3.根据权利要求2所述的一种水下潜航快速推进装置，其特征在于所述圆锥壳头（1-1）的锥顶角为55°～75°，上压板（1-3）与圆锥壳头（1-1）连接部分向外扩张，扩张角度为10°～20°。4.根据权利要求1所述的一种水下潜航快速推进装置，其特征在于所述壳身（5）是由半封闭的壳身仓体（5-1）和位于封闭端的导向翼（5-7）组成，其中壳身仓体（5-1）侧面是由一个平面部分和一个圆面部分围成，平面部分的外表面粘贴太阳能电池板（4），平面部分的内表面设有电机固定架（5-2）和吊架（5-3），其中电机固定架（5-2）固定电磁铁（6），吊架（5-3）吊装平衡装置（7），圆面部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志杰，崔洪斌，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13