1.1研究背景

海洋占地球表面积的71%，蕴含着丰富的矿产资源和生物资源，是人类一直努力探索的神秘世界。世界首艘民用旅游观光潜水器“Auguste Piccard”号在1964年亮相，让旅客体验了一种前所未有的水下观光旅游，新兴的水下旅游观光产业正式由此开启^[1]。随着人们生活水平的提高、旅游业的发展以及水下潜水器制造技术的提高，人们渴望新颖的旅游方式，水下观光受到了越来越多人的喜爱与追捧。观光潜水器能够运载未经训练的乘客在水下运行，适合各种人群。水下观光潜水器造价相对低廉，大众化程度较高，已广泛地应用于当今的海洋旅游产业。目前水下观光旅游客源充足，每年有超过200万游客乘坐观光潜水器，产值达到1.5亿美元^[2]。2004年世界各地至少有30艘旅游观光潜艇在营运,它们将近100万游客带入到水下世界，其中最好的经营场所每年游客人数已超过10万人次，其利润潜力是相当可观的^[3]。

我国海域辽阔，而且大小湖泊星罗棋布，但目前很多水域处于未开发状态，其中南海水域水质清澈，生物资源丰富，有着广阔的市场发展前景^[4]。为了振兴经济，开发旅游产业，许多当地政府也纷纷瞄准了“水下旅游观光”这一市场商机。

观光潜艇是现代潜艇的一个分支,有共同的技术基础。我国的潜艇技术先进,研制力量雄厚,工艺比较成熟,为设计观光潜水器提供了经验^[5]。伴随着海底资源的逐渐开发和我国“军转民”的热潮，水下观光潜水器的设计制造也即将迎来空前的发展。

1.2国内外的研究现状

在国外，1964年瑞士制造了世界上首艘观光潜水器“Auguste Piccard”号，该艇可乘载40人、艇长30米、潜水深度80米，该艇的诞生为海洋旅游业开辟了新的领域^[6]。1985年出现“豪华鳄鱼”号观光潜艇后，旅游观光潜艇的数量增加迅猛。从大型观光潜艇到小型观察型潜水器,国外都已有较成熟的商业化产品。在小型观察型潜水器方面,代表性产品有Hawkes海洋技术公司的Deepflight系列潜器、DeepOcean公司的DW2000潜水器等^[7]。国外观光潜水器发展虽较为领先，但因造价较高，乘坐价格偏贵，难以满足大众化消费要求。

我国载人潜水器的研制起步较晚，于20世纪90年代中期才开始建造观光潜艇^[8]，但近年发展较好，已建有大型海底观光潜水器,如“航旅一号”,该观光潜艇长23.5米,排水量125吨,最大耐压深度50米,可载游客40人^[7]。702所研制了世界最大型全通透载客潜水器“寰岛蛟龙号”，于2018年投入使用，直接使用有机玻璃作为载人舱耐压壳体，最大下潜40米，搭载9名乘员。2018年彩虹鱼深海装备有限公司制造了搭载两人的小型水下观光潜水器，其最深可以下潜至海底200米，且无需复杂训练就可轻松操作，属于国内目前较为先进的小型水下观光潜水器。国内设计建造观光潜水器的企业主要有：专业潜艇建造企业（如武昌造船厂）、国营造船企业（如大连造船厂）、民营企业（如大连海韵潜游技术发展公司）^[9]。载人水下航行器行业持续发展到2018年，其中很大一部分是由强劲的市场趋势和技术推动的^[10]。在潜水器的制造方面我国虽有着良好的现代潜艇技术基础，但存在观光潜水器制造标准和规范、营运管理机制不健全等问题，一定程度上阻碍了观光潜水器产业的发展。

本课题主要内容之一为结构设计与强度校核。安全可靠性是设计载人潜水器时考虑的重要因素，承受水下高压的耐压壳体必须满足强度要求，以保障人员的安全和潜水器的正常航行。已有很多人用对耐压壳体强度和稳定性展开了理论研究，提出了球壳稳定性实用公式，主要有Berch公式、Karman-Tsien公式、德川公式、针对耐压球壳的美国海军设计公式、双临界压力公式实际临界压力公式等方法^[11]。也有采用有限元分析方法进行的研究，如靖海宏^[12]对耐压壳的材料选择与结构设计进行了分析，并对圆柱、半球形耐压壳进行了强度与稳定性有限元分析；陈猛^[13]运用LS-DYNA程序中的Lagrange算法研究了耐压壳体在冲击力的作用下的力学响应并验证了其在碰撞冲击时的安全性能；Kannappa PalaniappanP^[14]利用有限元分析软件ANSYS APDL，对结构的弹性屈服进行了研究。也有参考规范对耐压壳体结构的研究，如潘涛^[15]对载人潜水器耐压结构进行了缩尺比模型试验，利用CCS、ABS、GL潜器规范对耐压壳结构强度与稳定性进行了计算并与有限元分析结果进行了对比分析；黎庆芬^[16]也对比分析了ABS、CCS潜水器规范中关于圆柱形耐压艇体结构的承载能力的计算，讨论了两个规范在初始几何缺陷影响计算方法的差别。潜水器存在用于安装观察窗的开口，靠近开口的区域是压力壳中最弱的区域，同时观察窗也靠满足强度要求^[17]。常佳^[18]运用最优化方法对耐压壳进行开孔设计。针对深海载人潜水器观察窗，卢骏锋^[19]研究了观察窗开口直径及观察窗位置变化对耐压壳强度造成的影响；田常录、胡勇、刘道启等人^[20]从理论方面给出了潜水器耐压球壳观察窗变形时的计算公式。但是目前还缺少对连续多开孔的耐压壳体的研究设计，本课题将设计具有连续多开孔的大型水下观光潜水器，并做结构强度校核。

1.3目的及意义

目的：学习掌握潜水器设计和结构分析的相关知识，设计出适合大众消费的80P水下观光潜水器，使其造价低廉，且满足连续开孔条件下的结构强度要求。

意义：我国沿海地区人口密度大，水下观光旅游有着充足的客源市场，设计制造80P水下观光潜水器，可满足游客水下观光需求，对开发水下旅游经济具有推动作用，同时也为潜水器的设计建造提供一种新的思路和方案。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本毕业设计的题目是《80P水下观光潜水器设计》，将查找相关文献资料，依据CCS《潜水系统与潜水器建造与入级规范》2018规范及船舶行业标准，对80P载人观光潜器进行设计，完成潜器的总体布置和结构设计及分析。

2.2目标

（1）阅读文献，熟悉规范，掌握潜水器设计原理和方法；