CN110667811A - 一种外油囊式水下滑翔机浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外油囊式水下滑翔机浮力调节装置，该装置由液压缸舱段、油路块舱段和外油囊组成，液压缸舱段包括油箱桶、活塞、内油箱和油箱前端盖，通过液压系统的控制，驱动油箱桶内活塞的运动，控制外油囊排水体积，实现浮力调节，外油囊为异型，可以减小航行器在水中运动时的阻力。

Description

一种外油囊式水下滑翔机浮力调节装置

技术领域

本发明属于航海技术领域，涉及一种浮力调节装置，具体为一种水下滑翔机浮力调节装置。

背景技术

水下滑翔机是一种新型的水下机器人，它通过调节自身浮力来完成下潜和上浮，不需要外加其他的动力装置，节省能源，造价更低，续航时间更长，在海洋环境监测和海底资源勘探方面有着广泛的应用场景。

随着海洋探索的深入，对水下滑翔机的要求越来越高，要求更高的续航能力和更深的下潜深度。浮力调节系统是滑翔机的主要动力部件，能耗比例较高，合理降低浮力调节系统的能耗可以提高续航能力。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种水下滑翔机浮力调节装置，利用外油囊排水体积的变化来有效的调节航行器的浮力，同时尽量减小在水下运动时的阻力，且整个装置占用安装空间较小。

技术方案

一种外油囊式水下滑翔机浮力调节装置，其特征在于包括液压缸舱段、油路块舱段和外油囊，所述的液压缸舱段包括油箱桶、活塞、内油箱和油箱前端盖，所述的油箱桶内部有活塞，活塞与液压桶内壁紧密贴合，贴合处采取密封措施，防止液压油的泄露，活塞可以自由移动；油箱桶的一端安装油箱前端盖，另一端安装对活塞进行限位的沉头螺钉；活塞与油箱前端盖之间形成内油箱，内油箱中充满液压油；油箱前端盖上开有油口，油口与内油箱相通，油口的另一面与主体阀块的油口相通；所述的油路块舱段包括耐压壳体、主体阀块、二位二通电磁阀、单向阀、柱塞泵、齿轮泵和溢流阀，二位二通电磁阀、单向阀、柱塞泵、齿轮泵和溢流阀安装在主体阀块上，主体阀块内部开有油路，主体阀块安装在油箱前端盖上，主体阀块的一端面开有油口，油口与油箱前端盖的油口相通，主体阀块的另一端面开有两个油口，连接两根油管，油管的另一端连接尾部端盖，尾部端盖另一端面安装外油囊，所述的溢流阀防止内部油路压力过高，所述的尾部端盖安装有深度传感器，用于测量航行器在水下的深度。

一种由外油囊式水下滑翔机浮力调节装置实现的上浮调节方法，其特征在于：控制液压系统液压阀的启闭，使内油箱出油，外油囊进油，液压油从内油箱流向外油囊，活塞向靠近油箱前端盖的方向移动，外油囊的体积变大，排水体积便增加，航行器所受的浮力便增大，便实现航行器的上浮；上浮时的液压回路，二位二通电磁阀断电，处于关闭状态，液压油无法流通，液压油从内油箱通过主体阀块的内部油路流经齿轮泵，经齿轮泵进行增压后，然后流经柱塞泵，流经单向阀，最终通过油管流到外油囊；外油囊体积变大，航行器所受浮力随之变大，便实现上浮功能。

一种由外油囊式水下滑翔机浮力调节装置实现的下沉调节方法，其特征在于：控制液压系统液压阀的启闭，使内油箱进油，外油囊出油，液压油从外油囊流向内油箱，活塞向远离油箱前端盖的方向移动，外油囊的体积减小，排水体积便减少，航行器所受的浮力便减小，便实现航行器的下沉；下沉的液压回路，二位二通电磁阀通电，处于开启状态，液压油可以流通，由于水可以对外油囊产生一定的压力，在回油过程中，可以直接利用齿轮泵进行回油，液压油从外油囊通过油管流经二位二通电磁阀，齿轮泵反转，反向吸油，液压油最终通过主体阀块的内部油路流到内油箱；油囊体积变小，航行器所受浮力随之减小，便实现下沉功能。

有益效果

本发明提出的一种外油囊式水下滑翔机浮力调节装置，有益效果如下：

1.通过控制液压油的流向，改变外油囊内液压油的体积，外油囊的排水体积便改变，航行器所受的浮力大小便改变，外油囊为异型，可以有效较少运动时所受的阻力，且外油囊的形状可以有效地随着液压油的多少而改变，浮力调节更加高效。

2.通过控制外油囊的排水体积来改变航行器的浮力，只需要控制液压阀开闭，控制较为简单，整个系统较为可靠。

附图说明

图1为本发明水下滑翔机浮力调节装置总体结构立体示意图；

图2为本发明水下滑翔机浮力调节装置总体结构立体示意图；

图3为本发明水下滑翔机浮力调节装置液压缸舱段原理图；

图4为本发明水下滑翔机浮力调节装置主体阀块结构立体示意图；

图5是详细示出本发明水下滑翔机主体阀块内部油路以及滑翔机在上浮过程中液压油流动方向的示意图；

图6是详细示出本发明水下滑翔机在上浮过程时的液压回路图；

图7是详细示出本发明水下滑翔机主体阀块内部油路以及滑翔机在下沉过程中液压油流动方向的示意图；

图8是详细示出本发明水下滑翔机在下沉过程时液压回路图；

标号说明：

3-外油囊；10-内油箱；14-二位二通电磁阀；15-单向阀；17-柱塞泵；18-齿轮泵；19-溢流阀。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种水下滑翔机浮力调节装置，它至少由液压缸舱段、油路块舱段和外油囊组成。其特征在于：所述的液压缸舱段至少由油箱桶、活塞、内油箱和油箱前端盖组成，所述的油箱桶为回转体，主要用于储蓄液压油，所述的活塞在油箱桶内可自由移动，所述的内油箱是由活塞与活塞前端盖形成的密闭空间，内油箱容积大小随着活塞的移动而改变，所述的油箱前端盖开有油孔，连通内油箱和主体阀块的油口。

所述的油路块舱段至少由耐压壳体、主体阀块、二位二通电磁阀、单向阀、溢流阀、柱塞泵和齿轮泵组成，所述的二位二通电磁阀、单向阀、溢流阀、柱塞泵和齿轮泵，安装在主体阀块指定位置上，所述的主体阀块内部开有油路，安装在油箱前端盖上，主体阀块一端面的油口与油箱前端盖的油口正对相通，主体阀块的另一端面有两个油口，连接两根油管，油管的另一端连接尾部端盖，所述的尾部端盖，一端面开有油口，连接油管，另一端面安装外油囊，所述的尾部端盖安装有深度传感，用于测量航行器在水下的深度。

所述的外油囊安装在航行器的尾部，位于仓体外，整个航行器所受浮力的大小，取决于外油囊的排水量，即控制外油囊内液压油的量，便实现了对航行器的浮力调节；所述的外油囊为异型油囊，进油和出油过程中，外油囊的体积可以有效的改变，航行器的浮力调节更加高效，在水下运动所受阻力较小。

通过电磁阀和单向阀控制不同油路的导通和关闭，控制液压油从油箱桶流向外油囊或从外油囊流向内油箱，外油囊的体积便改变，航行器所受的浮力大小便改变。

如图1、图2、图3、图4所示，一种水下滑翔机浮力调节装置，至少由液压缸舱段1、油路块舱段2和外油囊3组成，尾部端盖6一端通过油管连接主体阀块13的油口，另一端直接连接外油囊3，通过液压系统，控制液压油流入或流出外油囊3，达到控制外油囊排水体积多少的作用，实现水下滑翔机的浮力调节。

所述的液压缸舱段至少由油箱桶8，活塞9，内油箱10和油箱前端盖12组成，所述的油箱桶8两端都有沉头孔，一端用于安装油箱前端盖12，另一端用于安装沉头螺钉，对活塞进行限位，所述的油箱桶8内部有活塞9，活塞9与液压桶8内壁紧密贴合，贴合处采取密封措施，防止液压油的泄露，活塞9可以自由移动；所述的活塞与油箱前端盖之间形成内油箱10，内油箱10中充满液压油；所述的油箱前端盖12开有油口11，油口11与内油箱10相通，油口11的另一面与主体阀块13的油口相通，油箱前端盖12有两个耳朵，便于将液压缸舱段固定安装在仓体内。

所述的油路块舱段至少由耐压壳体4，主体阀块13，二位二通电磁阀14、单向阀15、柱塞泵17、齿轮泵18和溢流阀19组成，所述的二位二通电磁阀14、单向阀15、柱塞泵17、齿轮泵18和溢流阀19，安装在主体阀块13的指定位置上，如图5、图7所示，所述的主体阀块13内部开有油路，与液压元件的油口想通，图中标号为二位二通电磁阀14、单向阀15、柱塞泵17、齿轮泵18和溢流阀19在主体阀块13上的具体安装位置，箭头为液压油的流动方向，主体阀块13安装在油箱前端盖12上，主体阀块13的一端面开有油口，油口与油箱前端盖12的油口正对相通，主体阀块13的另一端面开有两个油口，连接两根油管5，油管5的另一端连接尾部端盖6，所述的溢流阀19防止内部油路压力过高，所述的尾部端盖6，端面开有油口，连接油管5，另一端面安装外油囊3，所述的尾部端盖6安装有深度传感器7，用于测量航行器在水下的深度。

所述的外油囊3，安装在航行器的尾部，位于仓体外，整个航行器所受浮力的大小，取决于外油囊的排水量，即控制外油囊内液压油的量，便实现了对航行器的浮力调节；所述的外油囊为异型油囊，进油和出油过程中，外油囊的体积可以有效的改变，航行器的浮力调节更加高效，在水下运动所受阻力较小。

工作过程：

航行器上浮的情况下，控制液压系统液压阀的启闭，使内油箱出油，外油囊进油，液压油从内油箱流向外油囊，活塞向靠近油箱前端盖的方向移动，外油囊的体积变大，排水体积便增加，航行器所受的浮力便增大，便实现航行器的上浮；上浮时的液压回路，二位二通电磁阀14断电，处于关闭状态，液压油无法流通，图示箭头方向为液压油流动方向，液压油从内油箱10通过主体阀块的内部油路流经齿轮泵18，经齿轮泵进行增压后，然后流经柱塞泵17，流经单向阀15，最终通过油管流到外油囊3；外油囊体积变大，航行器所受浮力随之变大，便实现上浮功能。

航行器下沉的情况下，控制液压系统液压阀的启闭，使内油箱进油，外油囊出油，液压油从外油囊流向内油箱，活塞向远离油箱前端盖的方向移动，外油囊的体积减小，排水体积便减少，航行器所受的浮力便减小，便实现航行器的下沉；下沉的液压回路，二位二通电磁阀14通电，处于开启状态，液压油可以流通，由于水可以对外油囊3产生一定的压力，在回油过程中，可以直接利用齿轮泵18进行回油，图示箭头方向为液压油流动方向，液压油从外油囊3通过油管流经二位二通电磁阀14，齿轮泵18反转，反向吸油，液压油最终通过主体阀块的内部油路流到内油箱10；油囊体积变小，航行器所受浮力随之减小，便实现下沉功能。

航行器下沉和上浮的速度取决于外油囊的排水体积，外油囊体积越大，航行器所受浮力就越大，若要改变航行器下沉或上浮的速度，便只需要控制液压系统，改变液压油的流向，外油囊内液压油的量便能改变。通过上述过程，便实现了航行器的下沉和上浮控制，以及下沉和上浮的速度控制。

Claims (3)

1.一种外油囊式水下滑翔机浮力调节装置，其特征在于包括液压缸舱段(1)、油路块舱段(2)和外油囊(3)，所述的液压缸舱段(1)包括油箱桶(8)、活塞(9)、内油箱(10)和油箱前端盖(12)，所述的油箱桶(8)内部有活塞(9)，活塞(9)与液压桶(8)内壁紧密贴合，贴合处采取密封措施，防止液压油的泄露，活塞(9)可以自由移动；油箱桶(8)的一端安装油箱前端盖(12)，另一端安装对活塞(9)进行限位的沉头螺钉；活塞(9)与油箱前端盖(12)之间形成内油箱(10)，内油箱(10)中充满液压油；油箱前端盖(12)上开有油口(11)，油口(11)与内油箱(10)相通，油口(11)的另一面与主体阀块(13)的油口相通；所述的油路块舱段(2)包括耐压壳体(4)、主体阀块(13)、二位二通电磁阀(14)、单向阀(15)、柱塞泵(17)、齿轮泵(18)和溢流阀(19)，二位二通电磁阀(14)、单向阀(15)、柱塞泵(17)、齿轮泵(18)和溢流阀(19)安装在主体阀块(13)上，主体阀块(13)内部开有油路，主体阀块(13)安装在油箱前端盖(12)上，主体阀块(13)的一端面开有油口，油口与油箱前端盖(12)的油口相通，主体阀块(13)的另一端面开有两个油口，连接两根油管(5)，油管(5)的另一端连接尾部端盖(6)，尾部端盖(6)另一端面安装外油囊(3)，所述的溢流阀(19)防止内部油路压力过高，所述的尾部端盖(6)安装有深度传感器(7)，用于测量航行器在水下的深度。

2.一种由权利要求1所述的外油囊式水下滑翔机浮力调节装置实现的上浮调节方法，其特征在于：控制液压系统液压阀的启闭，使内油箱出油，外油囊进油，液压油从内油箱流向外油囊，活塞向靠近油箱前端盖的方向移动，外油囊的体积变大，排水体积便增加，航行器所受的浮力便增大，便实现航行器的上浮；上浮时的液压回路，二位二通电磁阀(14)断电，处于关闭状态，液压油无法流通，液压油从内油箱(10)通过主体阀块(13)的内部油路流经齿轮泵(18)，经齿轮泵(18)进行增压后，然后流经柱塞泵(17)，流经单向阀(15)，最终通过油管流到外油囊(3)；外油囊体积变大，航行器所受浮力随之变大，便实现上浮功能。

3.一种由权利要求1所述的外油囊式水下滑翔机浮力调节装置实现的下沉调节方法，其特征在于：控制液压系统液压阀的启闭，使内油箱进油，外油囊出油，液压油从外油囊流向内油箱，活塞向远离油箱前端盖的方向移动，外油囊的体积减小，排水体积便减少，航行器所受的浮力便减小，便实现航行器的下沉；下沉的液压回路，二位二通电磁阀(14)通电，处于开启状态，液压油可以流通，由于水可以对外油囊(3)产生一定的压力，在回油过程中，可以直接利用齿轮泵(18)进行回油，液压油从外油囊(3)通过油管流经二位二通电磁阀(14)，齿轮泵(18)反转，反向吸油，液压油最终通过主体阀块的内部油路流到内油箱(10)；油囊体积变小，航行器所受浮力随之减小，便实现下沉功能。

Images