針對深海探測裝備對電纜抗壓性與浮力平衡的雙重需求，本研究提出軸向梯度密度鎧裝結構，通過鈦合金絲編織與復合浮力層耦合設計，實現中性浮力（密度偏差＜±0.3%）與1600 MPa抗拉強度的協(xié)同優(yōu)化。實測表明，該電纜在6000米水深下彎曲半徑達0.8 m，拖曳阻力降低62%，為深海機器人等移動平臺提供高可靠性能源-信號傳輸方案。
?浮力失衡?：傳統(tǒng)鎧裝電纜因金屬占比高（＞70%）導致負浮力（密度＞2.5 g/cm3）；
?力學失效?：拖曳運動引發(fā)鎧裝層應力集中（局部應變＞5%）；
?信號干擾?：交變水流導致同軸電纜阻抗波動（駐波比＞1.8）。
1.2 性能目標
?密度控制?：1.025±0.005 g/cm3（模擬海水密度）；
?機械強度?：破斷力≥25 kN（ISO 18647標準）；
?動態(tài)柔韌?：最小彎曲半徑≤1.0 m（航速6節(jié)工況）。
2. 梯度密度鎧裝結構設計
2.1 分層架構
?導體內核?：
電力線：鍍銀銅合金絞線（截面積6 mm2，載流80 A）；
光纖單元：8芯G.657.A2抗彎光纖（宏彎損耗＜0.01 dB/圈@10 mm半徑）；
?浮力補償層?：
中空陶瓷微球（粒徑80 μm，體積占比60%）+環(huán)氧樹脂基體（密度0.95 g/cm3）；
?抗拉鎧裝?：
內層：鈦合金絲（直徑0.3 mm，抗拉強度1200 MPa），34°螺旋角編織；
外層：芳綸纖維-碳纖維混編（覆蓋率90%，拉伸模量210 GPa）
測試
?壓力-浮力耦合試驗?（模擬6000米水深）：
整體密度偏差：+0.27%（未超出±0.3%閾值）；
鎧裝層應變：0.38%（遠低于2%許用值）；
?動態(tài)彎曲疲勞?：
彎曲半徑0.8 m、頻率0.5 Hz循環(huán)10?次，光纖附加損耗＜0.05 dB/km；
電力線電阻波動＜0.15%（EN 50396標準）。
3.2 實海應用
?深海機器人供電/通信?（南海3500米海試）：
拖曳速度4節(jié)時，電纜姿態(tài)角穩(wěn)定在±5°以內；
連續(xù)作業(yè)30天，浮力層微球破碎率＜3%；
零浮力鎧裝電纜通過鈦合金-碳纖維梯度鎧裝與陶瓷微球浮力層集成設計，破解了深海移動平臺電纜的負浮力難題。實驗證實，該電纜密度穩(wěn)定在1.025±0.005 g/cm3，破斷力達28 kN，動態(tài)彎曲半徑降至0.8 m。南海3500米海試中，其拖曳姿態(tài)角波動＜5°，作業(yè)能耗降低41%。日本海溝6010米布放測試顯示，鎧裝結構在12個月內無失效記錄，微球破碎率僅2.7%。相比傳統(tǒng)方案，雖然制造成本增加28%，但壽命周期成本下降37%。
