CN111137424A - 多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置 - Google Patents

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杨奇
谭路遥
何衍儒
李潘
唐其琴
曾飞
陈强洪
温金鹏
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Abstract

本发明公开了多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置，包括多级气瓶结构；环形气囊；舱段壳体；气体混合器；燃气发生器；多级气瓶结构和环形气囊均安装在舱段壳体内部，环形气囊在充气膨胀后凸出舱段壳体并为充气上浮装置提供浮力；多级气瓶结构的气体输出端与气体混合器的气体输入端连接；燃气发生器的气体输出端与气体混合器的气体输入端连接，气体混合器的气体输出端与环形气囊的气体输入端连接；本发明中燃气发生器与气瓶混合充气，具有较高的最大上浮深度指标。

Description

多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置
技术领域
本发明属于无人潜航器技术领域，具体涉及多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置。
背景技术
随着海洋开发的不断深入，人们越来越多的使用水下无人潜航器来完成海洋探索和研究任务，在无人潜航器执行完规定任务时需要上浮回收，或者在特殊情况下需要紧急上浮。目前，国内外用于水下装备的上浮技术主要采用抛质量块减重和气囊充气增大浮力两种方式进行。其中，气囊充气上浮技术通过高压气瓶或燃气发生器向气囊充气，完成上浮任务，具有产生浮力大、结构重量小的优点。
但是，气囊的充气过程受气源的影响较大，单一采用高压气瓶或者燃气发生器均存在自身的缺点。高压气瓶在向气囊的充气过程中会吸收大量的热量，气体剧烈降温，导致气囊的充气体积偏小，需要较长时间的热交换才能使得气囊体积增大，无法满足紧急情况下的上浮需求；单一燃气发生器方案则存在燃气温度较高，高温燃气及燃烧颗粒进入气囊后灼伤气囊导致上浮失败的问题。
此外，气囊的充气过程受深度影响较大，适应大深度的充气装置在小深度条件下会导致充气速度过快，容易造成气囊损坏；而在小深度使用的上浮装置在大深度时充气过慢，可能导致无人潜航器持续下沉，上浮失败。针对上述问题，对于气瓶压力较小、适应深度窄的上浮装置，可以采用电磁阀来实时控制充气过程，比较容易解决；但是对最大上浮深度指标要求高、适应深度范围要求宽的上浮装置，需要采用超高压气瓶或者燃气发生器进行充气，目前没有适应超高压能力的电磁阀，只能采用一次性使用的电爆阀，燃气发生器也是一次性点火燃烧，均无法进行充气过程的控制，因此无法满足适应深度范围宽的要求。
因此，针对上述问题，迫切需要一种具有较高最大上浮深度指标、较大深度适应范围，能够满足无人潜航器大深度上浮要求的上浮装置。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置包括：
多级气瓶结构；
环形气囊；
舱段壳体；多级气瓶结构和环形气囊均安装在舱段壳体内部，环形气囊在充气膨胀后凸出舱段壳体并为充气上浮装置提供浮力；
气体混合器；多级气瓶结构的气体输出端与气体混合器的气体输入端连接；
燃气发生器；燃气发生器的气体输出端与气体混合器的气体输入端连接，气体混合器的气体输出端与环形气囊的气体输入端连接。
具体地，多级气瓶结构包括：
多个气瓶组；每个气瓶组由至少一个气瓶构成；
多个电爆阀；多个电爆阀分别用于多个气瓶组的控制；多个电爆阀的气体输出端分别并联在气瓶充气管路上，并将气体输送至气体混合器。
具体地，多个气瓶朝向一致，且并列安装。
优选地，充气上浮装置还包括整流罩，舱段壳体的腰部设置有环形凹槽，环形气囊折叠后安装在环形凹槽内，整流罩安装在舱段壳体的环形凹槽表面，整流罩在环形气囊充气膨胀后脱落。
具体地，气体混合器与燃气发生器之间通过燃气发生器充气管路连接。
本发明的有益效果在于：
本发明的多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置：
1、多个由至少一个气瓶构成的气瓶组，通过多个电爆阀进行控制，可以实现不同气量的充气要求，具有较高的最大上浮深度指标和较宽的适应深度范围；
2、环形气囊与舱段壳体的组合式设计，有效提高了空间利用率；
3、燃气发生器与气瓶混合充气，具有较高的最大上浮深度指标。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中环形气囊充气后的结构示意图。
图中：1、舱段壳体；2、环形气囊；3、整流罩；4、燃气发生器充气管路；5、气体混合器；6、燃气发生器；7、气瓶一；8、气瓶二；9、气瓶三；10、电爆阀二；11、气瓶充气管路；12、电爆阀一。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
多级气瓶及燃气发生器6混合充气上浮装置，包括
多级气瓶结构；
环形气囊2；
舱段壳体1；多级气瓶结构和环形气囊2均安装在舱段壳体1内部，环形气囊2在充气膨胀后凸出舱段壳体1并为充气上浮装置提供浮力；
气体混合器5；多级气瓶结构的气体输出端与气体混合器5的气体输入端连接；
燃气发生器6；燃气发生器6的气体输出端与气体混合器5的气体输入端连接，气体混合器5的气体输出端与环形气囊2的气体输入端连接。
本实施例中，气瓶充气管路11将气瓶、电爆阀、气体混合器5及环形气囊2连通，气体混合器5与燃气发生器6之间通过燃气发生器6充气管路4连通，以此形成充气网络；通过单独打开不同电爆阀或同时打开所有电爆阀或与燃气发生器6工作结合，可以实现向环形气囊2内充入不同气量高压气体的目的。
在本实施例中，燃气发生器6用于产生高温燃气；气体混合器5用于将气瓶气体与高温燃气混合，并有单向阀门，避免气瓶单独充气时气体进入燃气发生器6。
在一些实施例中，多级气瓶结构包括：
多个气瓶组；每个气瓶组由至少一个气瓶构成；
多个电爆阀；多个电爆阀分别用于多个气瓶组的控制；多个电爆阀的气体输出端分别并联在气瓶充气管路11上，并将气体输送至气体混合器5。
在本实施例中，当电爆阀数量与气瓶相同时，一个电爆阀可以控制一个气瓶；当电爆阀数量小于气瓶数量时，一个电爆阀可以控制一个气瓶组。一个气瓶组中的多个气瓶是并联后与电爆阀连接。
在一些实施例中，多个气瓶朝向一致，且并列安装。且在一些实施例中，多个气瓶、燃气发生器6相互并列安装。
本实施例中，气瓶为圆柱形，使得气瓶之间会产生一些安装间隙，气瓶之间的空隙可以用于安装气体混合器5、燃气发生器6、燃气发生器6充气管路4、气瓶充气管路11、穿舱电缆以及安装控制系统等组件，有效提高了空间利用率；兼顾了组件及电缆的安装空间需求，具有较高的实用价值，可用于多种无人潜航器的回收装置设计中，这样的安装方式可以提高空间利用率。
在一些实施例中，充气上浮装置还包括整流罩3，舱段壳体1的腰部设置有环形凹槽，环形气囊2折叠后安装在环形凹槽内，整流罩3安装在舱段壳体1的环形凹槽表面，整流罩3在环形气囊2充气膨胀后脱落。
在本实施例中，环形气囊2充入气体后膨胀，冲击整流罩3，整流罩3在环形气囊2冲击作用下分为两半壳体脱落，环形气囊2充气为完整环形后产生正浮力。
在一些实施例中，气体混合器5与燃气发生器6之间通过燃气发生器6充气管路4连接。
以下示出了一个实施例，如图1所示：
在本实施例中，气瓶数量为三个，电爆阀数量为两个，燃气发生器数量为一个。
气瓶一7与电爆阀一12组合为一级充气组，气瓶二8、气瓶三9及电爆阀二10组合为二级充气组，燃气发生器6为三级充气组，可以实现六种不同气量的功能，分别是：
电爆阀一12单独打开，气瓶一7一个气瓶单独通过气体混合器5向环形气囊2充气；
电爆阀二10打开，气瓶二8和气瓶三9两个气瓶同时通过气体混合器5向环形气囊2充气；
电爆阀一12和电爆阀二10同时打开，气瓶一7、气瓶二8和气瓶三9三个气瓶同时通过气体混合器5向环形气囊2充气。
电爆阀一12和燃气发生器6同时打开，气瓶一7一个气瓶及燃气发生器6同时通过气体混合器5向环形气囊2充气；
电爆阀二10和燃气发生器6同时打开，气瓶二8和气瓶三9两个气瓶及燃气发生器6同时通过气体混合器5向环形气囊2充气；
电爆阀一12和电爆阀二10燃气发生器6同时打开，气瓶一7、气瓶二8和气瓶三9三个气瓶及燃气发生器6同时通过气体混合器5向环形气囊2充气。
三个气瓶成“品字形”结构安装于舱段壳体1内部，环形气囊2折叠后收纳于舱段壳体1与整流罩3构成的环形空间内部；气瓶充气管路11、燃气发生器充气管路4、气体混合器5及燃气发生器6安装于气瓶之间形成的一个空隙内，从侧面向环形气囊2充气；气瓶构成的其他两个空隙可以通过穿舱电缆或安装其他组件。
气瓶、环形气囊2及整流罩3位于舱段壳体1的同一轴向位置区域，从外向内形成“整流罩3、环形气囊2、舱段壳体1、气瓶”的结构，结构设计紧凑，空间率用率高。
图2所示，为环形气囊2充气后的结构示意图，环形气囊2充入气体后膨胀，整流罩3在环形气囊2冲击作用下分为两半壳体脱落，环形气囊2充气为完整环形后与舱段壳体1紧密结合，产生正浮力上浮。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (5)

1.多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置，其特征在于，包括
多级气瓶结构；
环形气囊；
舱段壳体；多级气瓶结构和环形气囊均安装在舱段壳体内部，环形气囊在充气膨胀后凸出舱段壳体并为充气上浮装置提供浮力；
气体混合器；多级气瓶结构的气体输出端与气体混合器的气体输入端连接；
燃气发生器；燃气发生器的气体输出端与气体混合器的气体输入端连接，气体混合器的气体输出端与环形气囊的气体输入端连接。
2.根据权利要求1所述的多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置，其特征在于，多级气瓶结构包括：
多个气瓶组；每个气瓶组由至少一个气瓶构成；
多个电爆阀；多个电爆阀分别用于多个气瓶组的控制；多个电爆阀的气体输出端分别并联在气瓶充气管路上，并将气体输送至气体混合器。
3.根据权利要求2所述的多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置，其特征在于：多个气瓶朝向一致，且并列安装。
4.根据权利要求1所述的多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置，其特征在于，充气上浮装置还包括整流罩，舱段壳体的腰部设置有环形凹槽，环形气囊折叠后安装在环形凹槽内，整流罩安装在舱段壳体的环形凹槽表面，整流罩在环形气囊充气膨胀后脱落。
5.根据权利要求1所述的多级气瓶及燃气发生器混合充气上浮装置，其特征在于，气体混合器与燃气发生器之间通过燃气发生器充气管路连接。
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