(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210736990.X (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 西北大学 地址 710127 陕西省西安市太白北路2 29号 (72)发明人 魏利平　李昊琦　李鑫　魏培绪　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 范巍 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01) E01D 15/14(2006.01) E02B 3/06(2006.01) E01D 101/40(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种轻型浮力装置及其结构设计方法、 加工 工艺 (57)摘要 本发明一种轻型浮力装置及其结构设计方 法、 加工工艺， 先构建对应的截面母线方程， 形成 轴向截面坐标点集， 之后构型验证得到轻型浮力 装置结构数据； 将结构数据 依次进行整体造型校 核计算、 静稳定性校核计算、 抗风等级校核计算、 强度校核计算、 流体动力学分析， 若不满足调整 各个截面处的截面母线坐标点位置， 再进行下一 步， 得到轻型浮力装置 结构。 加工时选PV C为外气 囊材质， 制作外气囊上下部分， 再和隔舱布一起 加工外气囊； 将聚醚型TPU薄膜热合成型为内气 囊， 利用在外内气 囊上开孔， 安装相应连接座、 空 心螺杆、 空心筒， 组装外内气囊， 安装气门芯， 充 气后盖上气门嘴帽， 即可完成轻型浮力装置的加 工， 提高了轻型浮力装置的使用性能。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114996819 A 2022.09.02 CN 114996819 A 1.一种轻 型浮力装置的结构设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 构建所述轻型浮力装置对应的截面母线方程， 得到各个截面处的形线截面， 形 成轴向截面坐标点集， 将轴向截面坐标点集进行构型验证， 得到设计的轻型浮力装置结构 数据； 步骤2， 将步骤1所述的结构数据进行整体造型的校核计算， 若满足一般性要求， 进行静 稳定性校核计算， 若不满足调整各个截面处的截面母线坐标点位置， 再进行整体造型 的校 核计算， 直到满足一般性要求再进 行静稳定性校核计算， 若静稳定性校核计算满足标准， 进 行抗风等级校核计算， 若不满足调整各个截面处的截面母线坐标点位置， 再进行静稳定性 校核计算， 直到满足标准再进行抗 风等级校核计算； 步骤3， 若抗风等级校核计算满足标准， 进行强度校核计算， 若不满足调整各个截面处 的截面母线坐标点位置， 再进 行抗风等级 校核计算， 直到满足标准再进 行强度校核计算， 若 强度校核计算满足标准， 进行流体动力学分析， 若不满足调整各个截面处的截面母线坐标 点位置， 再进 行强度校核计算， 直到满足标准再进 行流体动力学分析， 若流体动力学分析满 足要求， 得到 设计的轻型浮力装置结构， 若流体动力学分析不满足要求， 调整 各个截面处的 截面母线坐标点位置， 再进行流体动力学分析， 直到满足要求， 得到 设计的轻型浮力装置结 构。 2.根据权利要求1所述的轻型浮力装置的结构设计方法， 其特征在于， 步骤1所述的截 面母线方程如下： 其中的参数 取值范围如下： yT1为390‑410mm， yc1为160‑470mm， R1为20‑101mm， xc1为140‑310mm， yc2为130‑430mm， xc2 为110‑280mm， R2为117‑221mm， A为40 ‑260mm， B为80 ‑480mm， β 为23 ° ‑27°， yc3为170‑930mm， xc3 为0、 R3为169‑923mm， P1T1长度为190 ‑340mm， T1T2长度为200 ‑350mm， xT3为110‑210mm， xT4为 80‑150mm， yT4为0‑310mm。 3.根据权利要求1所述的轻型浮力装置的结构设计方法， 其特征在于， 步骤2中当横向 稳心高度高于重心时， 静稳定性校核计算满足标准； 若横向稳心高度等于或低于重心时， 再 调整各个截面处的截面母线坐标点 位置。 4.根据权利要求1所述的轻型浮力装置的结构设计方法， 其特征在于， 步骤2在进行抗 风等级校核计算时， 先根据风压倾侧力矩、 风压与风速的关系式， 推导出所述轻型浮力装置 的受风面积形心处的风速， 然后换算成海拔10米高度处的风速数值， 所述风速数值乘以 0.6， 得到对应的风级， 当对应的风级给所述轻型浮力装置一个侧面的力， 横向稳心高度高 于重心， 抗风等级校核计算满足标准。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114996819 A 25.根据权利要求1所述的轻型浮力装置的结构设计方法， 其特征在于， 步骤3在进行流 体动力学分析时， 先将之前得到的结构数据进行三维建模， 并划分 网格， 然后利用计算流体 力学方法模拟所得到的轻型浮力装置在不同流速的流场中的运动 情况， 最后分析是否满足 流体力学和阻力系数要求， 若满足要求， 流体动力学分析满足要求。 6.一种由权利要求1 ‑5中任意一项所述的轻型浮力装置的结构设计方法得到的轻型浮 力装置。 7.一种权利要求6所述的轻 型浮力装置的加工 工艺， 其特 征在于， 包括如下步骤： 将权利要求6所述轻型浮力装置对应的外气囊材质选择PVC， 采用聚酯缝纫线缝纫制作 外气囊上部分的主体架构； 采用缝纫结构制作外气囊的下部分； 外气囊的隔舱布采用与下 部分同样强度的涂覆 织物； 将外气囊的上部 分、 下部分和隔舱布采用缝纫连接， 完成外气囊 的加工； 将聚醚型TPU薄膜按照模线样板， 裁剪成TPU薄膜样片， 并进行除垢 处理， 得到处理后的 薄膜； 将处理后的薄膜对折， 在热合部位， 按照0.2 ‑0.4MPa的热合压力， 从中间开始向两边 热合焊接成型， 直至全部 封闭， 最后冷却， 得到加工 完成的内气囊； 在内气囊开设第一通孔， 在第一通孔处固定橡胶材质的第一连接座， 在第一连接座的 中心开设与第一通孔形状相同且对齐的第二通孔， 在第二通孔中密封空心螺杆， 将垫片安 装在第一连接座和空心螺杆的结合处； 在外气囊开设与空心螺杆外径相同的第 三通孔， 在第 三通孔处固定橡胶材质的第 二连 接座， 在第二连接座的中心开设与第三通孔形状相同且对齐的第四通孔， 在第四通孔中密 封具有与空心螺杆配合的内螺纹的空心筒， 将空心筒通过第三通孔套设在空心螺杆中， 通 过螺纹将外气囊和内气囊固定， 最后在空心螺杆中安装气门芯， 充气后盖上气门嘴帽， 完成 所述轻型浮力装置的加工 。 8.根据权利要求7所述的轻型浮力装置的加工工艺， 其特征在于， 对折处理后的薄膜在 所述的热合压力下 热合30‑40min。 9.根据权利要求7所述的轻型浮力装置的加工工艺， 其特征在于， 在外气囊上部分主体 结构中增 加加强缝纫带。 10.根据权利要求7所述的轻型浮力装置的加工工艺， 其特征在于， 对外气囊后段下部 缝纫结构采用织物保护。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114996819 A 3