深海激光流速仪封装结构设计与数值分析*

□ 吴俊飞 □ 侯文杰, □ 李德威 □ 付 平

1.青岛科技大学 机电工程学院 山东青岛 266061 2.国家深海基地管理中心 山东青岛 266237

1 分析背景

流速是描述海底热液流动特性的重要指标,对于深海热液喷口生态、热液硫化物成矿机制等的研究均具有重要价值。载人潜水器最大的特点是能够在深海海底开展详细勘察和精确作业。结合载人潜水器大深度深潜作业能力,设计能够搭载载人潜水器下潜,原位获得深海热液流速的仪器,对于提高载人潜水器作业效率有很大帮助。出于安全考虑,载人潜水器无法采用与热液直接接触的测速方式,因此,只能采用声学、光学等间接测速方法。其中,激光多普勒测速技术以高精度、快速的特点,成为测量深海热液流速的基础测试手段[1]。

封装结构作为流速仪内部各元器件的载体,是保证仪器安全和可靠工作的前提[2]。对深海激光流速仪的封装结构而言,光学窗口是深海激光流速仪光信号发出及回收的通道,对光学窗口侧封头的结构设计具有较高的要求。

为符合光学设计及光路传播要求,笔者设计了包含光学窗口封头与筒体的深海激光流速仪封装结构,通过ANSYS Workbench软件分别对光学窗口封头与筒体的受力情况进行数值分析。结果表明,在60 MPa的计算压力下,所设计的封装结构耐压性能满足使用要求。根据设计分析结果,结合载人潜水器实际上升与下潜速度,采用深海高压环境模拟实验室对封装后的深海激光流速仪进行50 MPa耐压试验。……