载人深潜器系统的研究与设计

载人潜水器舱室空间布局设计方法与应用研究　。ＨＥ　ＳＰＡＣＥ　ＬＡＹＯＵＴ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＯＦ　ＤＥＳＩＧＮ　ＭＥＴＨ０Ｄ　ＡＮＤ　ＡＰＰ　ＬｌＣＡＴｌＯＮ　ＯＮ　ＭＡＮＮＥＤ　ＳＵＢＭＥＲＳＩＢＬＥ　云南大学建筑与规划学院李瀛　载人潜水器舱室空间布局设计是涉及到人机工程、工业　设计、测量学、心理学、行为学、材料学和色彩学等多种　学科的综合性的工作，在分析目前载人潜水器设计问题　的基础上，引入工业设计方法和理论体系，建立了载人潜　水器工业设计解决方法模型，研究了载人潜水器舱内布　局设计对象，详细论述了从创意方案设计到效果表达输　出的系统设计过程，并进行了人机功效等设计分析，最终　获得了载人潜水器舱室布局设计方案。　戈：　：罩：　载人潜水器舱室布局工业设计人机设计　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｌａｙｏｕｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍａｎｎｅｄ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｗｏ　ｒｋ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｓｕ　ｒｖｅｙｉｎｇ　ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ，ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｌｏｒ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍａｎｎｅｄ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｆｈｅｏｒｅｔｉｃａＩ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅＩ　ｏｆ　ｍａｎｎｅｄ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　ｂｙ　ｉｎｄｕ￣ｄａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｌａｙｏｕｔ　ｏｂｊｅｃｔ　ｏｆ　ｍａｎｎｅｄ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｒ０ｍ　ｃｒｅａｔｉｖｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｕｔｐｕｔ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ，　ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈｅ　ｃａｂｉｎ　ｌａｙｏｕｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍａｎｎｅｄ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ．　Ｋｅｙｗｃ　ｒｄｓ：　Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　Ｃａｂｉｎ　Ｌａｙｏｕｔ　ＩｎｄｕｓｔｒｉａＩ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓ　随着目前海洋资源开发竞争的愈发激烈，载人潜水器作为深海探　测、科学考察和开发作业的必备工具，是目前装备制造业研究的难点　和热点川。载人潜水器为潜航员和乘客提供了深潜工作所需的各种设　备和环境，保证了潜航员的水下作业的有序进行。　载人潜水器舱内布局设计的研究，将在现有的潜水器布局基础　上，对潜水器舱内各个部分进行合理的优化设计，包括布局和色彩规　划，使潜航员在未来载人潜水器的深潜工作当中更加高效，有效地提　高了工作人员的工作效率，满足潜航员１￣９，ｂ理需求。载入潜水器舱内　布局优化设计对未来深海作业具有重大的意义。　载人潜水器舱内布局设计过程中所涉及到的‘【人　’是指作为工作　主体的人；“机”是指人所控制的设备和设施；“环境”是指人、机共处　的外部条件和特定的工作条件。载人潜水器舱内布局设计，就是把人、　机、环境三者视为相互关联的复杂系统，在深入分析和研究三者关系　的基础上，运用现代设计的最新理论和方法，改变以往分散、孤立的设　计和研究局面，使系统具有“安全、高效、舒适、易用”等综合效能。目　前针对这类产品的开发设计，主要采用智能设计方法，如多学科优化设　计　、人机设计方法　、计算机辅助设计技术　、数字化设计　技术也为　潜水器设计带来了崭新的方向。　针对目前载人潜水器舱内布局设计特点的分析总结出以下几点：　（ａ）整体布局设计方面　控制台区域的控制区和显示区比较集中，其他操作区、显示区以及　生命维持系统等大多都布置在内舱环形面。相关仪器、仪表集中布置于　工作人员的前后，—方面大大缩，Ｊ＼了人的活动空间，使潜航员在舱内准以　伸展，容易产生疲劳感；另一方面识别性不强，需要花费较长时间去进　行分辨。除此之外，潜航员控制台与乘客控制区分布不明显，过于紧密，　易导致作业时的不便。　（ｂ）人机设计方面　０１４Ｉ原创实践　中图分类号：　ＴＢ４７２　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１００３—００６９（２０１７）　０１—００１４—０２　各种设备仪器摆放在支架上，基本满足了潜航员和乘客的生理　尺寸，但并未做相应的重要性分区和“行为学”优化，对人的心理尺寸　的重视程度也不够，长Ｂ，１　ｒ￣操作容易疲劳。人机安全性较差，存在一些　“断面”、驾驶舱有尖锐的裸露表面，可能造成操作人员的意外伤害。　设备分布合理，但识别性不高，不同类设备之间区分度不高，潜航员和　乘客在作业时，需要仔细辨认才能保证操作的准确性，影响作业效率。　（ｃ）色彩设计方面　载人潜水器的使用范围较窄，作业人员较为限定，在设计之初只　是为了满足产品的功能需求，舱内环境基本都是设备的原始色彩，大　部分采用冷灰色的主色调加上阴冷的深海环境，使人容易产生森冷之　感，寒意由心而生，缺乏温馨感。随着目前载人潜水器发展的成熟，以　及工１乍环境的需要，舱内色彩急需重新设计。　（ｄ）形态设计方面　多数载人潜水器内部过多采用锐角和直线，使潜航员和乘客产生　一种不安的心理感受，设备造型不符合人的视觉感受，显得过于笨重　和落后，不能体现科技感和先进性。操作台控制区比较凌乱，各设备之　间的搭配较差，没有很好的融合，未营造出温馨舒适的工作环境。　二、潜水器工业设计研究方向　工业设计目前渗入到各行各业，尤其在我国航天航海领域，发挥　了主要的作用　。工业设计从人的角度出发，协调人与机器、环境的关　系，在载人潜水器舱室设计方面，需要采用以下几种设计方向：　Ｊ　在舱内布局设计过程中，突出‘　’的因素　川，即从事深潜活动的　潜航员和乘客，以‘　’的生理、心理需求，以及特定任务下的行为特点　为设计的依据，对舱内空间进行优化，打造适合中国人特定生理尺度　和心理需求的载人深潜舱内空间。　在舱内布局设计过程中，根据人机工程学、人类行为学、空间心理　学的基本理论，进行空间布置和空间规划，并进行有针对陛的、适当地　

２００８年第３期　液压与气动　７　深海载人潜水器压载水箱注排水系统研究　

汤国伟，邱中梁，王璇　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｏｆ　Ｂａｌｌａｓｔ　Ｔａｎｋ　Ｓｖｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｄｅｅｐ—ｓｅａ　Ｍ　ａｎｎｅｄ　Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　ＴＡＮＧ　Ｇｕｏ－ｗｅｉ，ＱＩＵ　Ｚｈｏｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｘｕａｎ　（中国船舶科学研究中心，江苏无锡２１４０８２）　摘要：介绍了深海载人潜水器压载水箱注排水系统的历史发展，分析了世界上深海载人潜水器中典型　的几种压载水箱注排水系统的特点，并提出了系统的设计难点和相应的解决措施，最后展望了将来压载水箱　注排水系统的发展趋势。　关键词：深海载人潜水器；压载水箱；压缩空气；注排水；浮力调整　中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００．４８５８（２００８）０３．０００７．０３　１前言　载人深潜器可以携带海洋科学家、工程技术人员　进入海洋深处，亲Ｉ临海底现场，进行直接观察、分析、评　估、作业实时判断和行为决策，操作机械手实现高效率　作业。它是人类实现开发深海、利用海洋的一项重要　技术手段。　压载水箱注排水系统是深海载人潜水器中广泛应　用的一种浮力调整系统，其作用是为潜水器提供大的　浮力变化量（正浮力和负浮力），同时还能为潜水器提　供适当的干舷高度。在潜水器上，用来排除压载水箱　压载水的最常用动力源是压缩空气。少数工作深度较　小的潜水器可在作业深度处吹除压载水箱，大多数潜　水器只是在水面附近时为获得干舷而吹除压载水箱。　２深海载人潜水器压载水箱注排水系统研究　２．１　系统的历史发展　目前，潜水深度在６００ｍ以内的潜水器都采用压　

收稿日期：２００７．０９．１７　作者简介：汤国伟（１９ｒ７９一），男，江苏溧阳人，工程师，学士，主要　从事水下液压技术、机械结构方面的研究、设计及开发工作。　

和门架倾斜液压缸。优先阀的原理可参考文献［４］。　画出液压原理图（四）如图４所示，这也是最终的设计　方案。　４结论　以上叉车液压系统设计在构思初始方案时采用了　公理设计法，分析方案存在的问题并解决用了ＴＲＩＺ　

第１５卷第３期　２０１１年３月　船舶力学　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　Ｖ０１．１５　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２０ｌｌ　

Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：１００７—７２９４（２０１　１）０３—０２７６—１０　

Ａ　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｒｕｌｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　

Ｈｕｌｌ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｓ　

ＰＡ　Ｎ　Ｂｉｎ—ｂｉｎ，ＣＵＩ　Ｗｅｉ－ｃｈｅｎｇ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｓｈｉｐ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｘｉ　２１４０８２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｂｒｉｅｆ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｕｌｅｓ　ｆｏｒ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈｕｌｌ　ｏｆ　ｄｅｅＤ　

ｍａｎｎｅｄ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｓ　ｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｒｕｌｅｓ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｅｉｔｈｅｒ　ｔｈｅ　

ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｙｉｅｌｄｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｒ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｂｕｃｋｌｉｎｇ　ｌｏａｄ　ｆｏｒｍｕｌａ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅｓｅ　ｒｕｌｅｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｈｅｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈｕｌｌｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｐｕｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ａｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｕｌｅｓ．Ａｃｃｏｒｄ．　ｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｈｓ　ｏｆ　

第３５卷第２期　２０１４年２月　宇　航学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ　Ｖ０ｌ＿３５　Ｎ０．２　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１４　

载人登月舱设计及若干关键技术研究　

陈金宝　，聂宏　，　

（１．南京航空航天大学航天学院，南京２１００１６；２　陈传志　，陈妲　

南京航空航天大学航空宇航学院，南京２１００１６）　

摘要：首先对国内外典型的无人着陆器及载人登月舱的功能、技术指标、缓冲形式进行综合对比分析，重点　对国内外载人登月舱的研究发展概况进行综述；其次结合国际载人登月舱最新发展趋势，对“阿波罗”与“牵牛星”　载人登月舱的技术参数及方案进行对比论证；最后结合我国无人登月及载人航天发展现状，对我国发展载人登月　舱设计领域的关键技术进行研究分析。　关键词：载人登月；着陆器；关键技术　中图分类号：Ｖ４７　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１３２８（２０１４）０２－０１２５—１２　ＤｏＩ：１０．３８７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３２８．２０１４．０２．００１　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｌｕｎａｒ　Ｌａｎｄｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｍａｎｎｅｄ　

Ｌｕｎａｒ　Ｌａｎｄｉｎｇ　

ＣＨＥＮ　Ｊｉｎ．ｂａｏ　，ＮＩＥ　Ｈｏｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｃｈｕａｎ．ｚｈｉ　，ＣＨＥＮ　Ｈｅｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１６，Ｃｈｉｎａ　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｕｎａｒ　ｌａｎｄｅｒ　ｆｏｒ　ｍａｎｎｅｄ　ｌｕｎａｒ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｕｒｖｅｙｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｐｏｌｌｏ　ａｎｄ　Ａｌｔａｉｒ　ｌｕｎａｒ　ｌａｎｄｅｒ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｏｎｅｅｍｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｕｅｓ　ｏｆ　ｍａｎｎｅｄ　ｌｕｎａｒ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｈｉｎａ，ｓｏｍｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｍａｎｎｅｄ　ｌｕｎａｒ　ｌａｎｄｅｒ　ａｒｅ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍａｎｎｅｄ　ｌｕｎａｒ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；Ｌｕｎａｒ　ｌａｎｄｅｒ；Ｋｅｙ　ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｕｅｓ