CN114313176A - 一种自动定深仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋探测领域，特别涉及一种水下拖体深度控制装置。一种自动定深仪，包括：蓄能器、左水压盖、水压组件以及右水压盖；本发明利用水压组件在左水压盖、右水压盖组成的腔体内形成空气弹簧，当自动定深仪到达水下设定深度时，水压组件处于左右压力平衡的中位状态；当自动定深仪所处深度大于设定深度时，水压组件向左移动，对水下拖体的拖曳点产生顺时针力矩，致使水下拖体产生向浅水运动态势。当自动定深仪所处深度小于设定深度时，水压组件向右移动，致使水下拖体产生向深水运动态势。本发明具有重量轻、执行效率高、动作灵敏、可全海深作业、无需外部供电或携带电池等储能装置或减速装置、可单独形成模块、集成度高等优点。

Description

一种自动定深仪
技术领域
本发明属于海洋探测领域，特别涉及一种水下拖体深度控制装置。
背景技术
拖曳式水下航行器(Towed Underwater Vehicle，TUV)是一种在海洋研究、海洋探测和军事等领域广泛使用的水下探测装置，一般由水下拖体、拖曳缆绳和收放装置组成。通常水下拖体搭载有精度较高的探测仪器，在水下航行时对自身运动的稳定性要求较高，尤其是在深度控制的稳定性方面。
当前国内外水下拖体深度控制系统主要包括电机驱动装置、减速装置、舵面机构和深度控制器。水下拖体在拖曳过程中，当实际深度超出设定范围时，深度控制器向电机驱动装置发出指令，电机驱动装置经减速装置操作舵面机构，水下拖体向减少深度超差方向调整，致使水下拖体按设定深度范围内稳定航行。从水下拖体深度控制系统组成和控制流程角度来看，系统需要连续的能量供给、精度较高的多级传动机构和复杂的控制算法，这会增加水下拖体总体重量、体积和系统复杂度，从而给系统设计带来困扰。
自动定深仪是一种水下拖体深度控制装置，无需外部供电或携带电池等储能装置和减速装置，可大幅提高执行效率、减轻重量、降低系统复杂度，其动作灵敏度高、适用于全海深拖体深度控制，将逐步成为海洋水下拖曳探测领域深度控制技术研究的重点和热点之一。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种自动定深仪。
本发明的技术方案是：一种自动定深仪，包括：蓄能器、左水压盖、水压组件以及右水压盖。
水压组件包括：活塞杆、水压膜、压紧盘以及锁紧螺母；其中，活塞杆分为大端及小端，在活塞杆大端的底部设有凹槽，活塞杆大端的外周设有轴肩，活塞杆小端的外周设有与锁紧螺母相配合的外螺纹；水压膜与压紧盘依次从活塞杆小端套入，并通过锁紧螺母压紧在活塞杆大端的端面上。
水压组件位于由左水压盖、右水压盖组成的腔体内，活塞杆的小端从右水压盖向外探出，水压膜的两端被左水压盖、右水压盖压紧，蓄能器安装于左水压盖的后侧；活塞杆能够相对于左水压盖、右水压盖滑动，活塞杆的轴肩与左水压盖内壁相配合，用于对活塞杆的左移限位，压紧盘与右水压盖内部的凸起相配合，用于对活塞杆的右移限位；活塞杆的大端与左水压盖之间通过第一O形密封圈形成动密封，活塞杆的小端与右水压盖之间通过第二O形密封圈形成动密封。
水压膜与第二O形密封圈之间的空腔为空腔C；水压膜与第一O形密封圈之间的空腔为空腔B；活塞杆的凹槽与蓄能器之间的空腔为空腔A；空腔A内注入高压氮气，保持压力P3恒定；空腔B内注入低压氮气，压力值为P2；空腔C内抽真空。
Figure BDA0003375295680000021
其中：P1为外水压，P2取决于定深深度；S1为活塞杆小端直径，S2为水压膜两个压紧端间的长度，S3为活塞杆大端端直径；S2＞S3＞S1。
水压组件在左水压盖、右水压盖组成的腔体内形成空气弹簧，空腔C内抽真空避免背压对空气弹簧性能的影响。
左水压盖与水下拖体外壳固定，活塞杆的探出端与舵面机构之间形成铰接连接。
该自动定深仪的工作原理为：
自动定深仪置于水下拖体的尾部，当自动定深仪到达水下设定深度时，外水压对活塞杆右端的作用力等于高压氮气与低压氮气的合力，水压组件处于左右压力平衡的中位状态，同时舵面攻角为零，舵面不产生向上或向下的升力，因此水下拖体按设定深度稳定航行。
当自动定深仪所处深度小于设定深度时，外水压对活塞杆右端的作用力小于高压氮气与低压氮气的合力，水压组件向右移动，连带舵面机构运动后，舵面因向上攻角而产生向上的升力，升力对水下拖体的拖曳点产生逆时针力矩，致使水下拖体产生向深水运动态势，从而达到了“水浅而向水深方向调节”的目的。
当自动定深仪所处深度大于设定深度时，外水压对活塞杆右端的作用力大于高压氮气与低压氮气的合力，水压组件向左移动，连带舵面机构运动后，舵面因向下攻角而产生向下的升力，升力对水下拖体的拖曳点产生顺时针力矩，致使水下拖体产生向浅水运动态势，从而达到了“水深而向水浅方向调节”的目的。
在上述方案的基础上，进一步的，活塞杆的小端设有限位螺钉，压紧盘上设有与限位螺钉相配合的限位缺口；限位螺钉用于在旋紧锁紧螺母过程中，防止压紧盘相对活塞杆运动，而造成水压膜的损伤。
上述方案中，具体的，左水压盖、右水压盖通过均布的螺钉实现对水压膜的两端的压紧。
上述方案中，具体的，左水压盖的外周均布安装孔，用于与水下拖体外壳的固定连接。
有益效果：
本发明利用水压组件在左水压盖、右水压盖组成的腔体内形成空气弹簧，当自动定深仪到达水下设定深度时，水压组件处于左右压力平衡的中位状态；当自动定深仪所处深度大于设定深度时，水压组件向左移动，对水下拖体的拖曳点产生顺时针力矩，致使水下拖体产生向浅水运动态势。当自动定深仪所处深度小于设定深度时，水压组件向右移动，致使水下拖体产生向深水运动态势。
本发明具有重量轻、执行效率高、动作灵敏、可全海深作业、无需外部供电或携带电池等储能装置或减速装置、可单独形成模块、集成度高等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是本发明中水压组件的结构示意图；
图4是深度小于设定值时本发明的工作状态图；
图5是深度等于设定值时本发明的工作状态图；
图6是深度大于设定值时本发明的工作状态图。
其中：1-蓄能器、2-左水压盖、3-第一O形密封圈、4-水压组件、5-右水压盖、6-第二O形密封圈、7-螺钉、8-活塞杆、9-水压膜、10-压紧盘、11-锁紧螺母、12-限位螺钉、13-高压氮气、14-低压氮气。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。
参见附图1、2，一种自动定深仪，包括：蓄能器1、左水压盖2、水压组件4以及右水压盖5。
参见附图3，水压组件4包括：活塞杆8、水压膜9、压紧盘10以及锁紧螺母11；其中，活塞杆8分为大端及小端，在活塞杆8大端的底部设有凹槽，活塞杆8大端的外周设有轴肩，活塞杆8小端的外周设有与锁紧螺母11相配合的外螺纹；水压膜9与压紧盘10依次从活塞杆8小端套入，并通过锁紧螺母11压紧在活塞杆8大端的端面上，即通过旋紧锁紧螺母11将活塞杆8、水压膜9和压紧盘10压紧在一起，形成密封。
本例中，优选的，活塞杆8的小端设有限位螺钉12，压紧盘10上设有与限位螺钉12相配合的限位缺口；限位螺钉12用于在旋紧锁紧螺母11过程中，防止压紧盘10相对活塞杆8运动，而造成水压膜9的损伤。
水压组件4位于由左水压盖2、右水压盖5对接组成的腔体内，活塞杆8的小端从右水压盖5向外探出，水压膜9的左右两侧分别被左水压盖2、右水压盖5压紧，水压膜9边缘被压紧后形成静密封。如图2所示，本例中，左水压盖2、右水压盖5通过沿周向均布的螺钉7实现对水压膜9的压紧；蓄能器1安装于左水压盖2的后侧；活塞杆8能够相对于左水压盖2、右水压盖5滑动；活塞杆8大端外圆周的轴肩与左水压盖2内壁相配合，用于对活塞杆8的左移限位，压紧盘10与右水压盖5内部的凸起相配合，用于对活塞杆8的右移限位；活塞杆8的大端与左水压盖2之间通过第一O形密封圈3形成动密封，活塞杆8的小端与右水压盖5之间通过第二O形密封圈6形成动密封。
令水压膜9与第二O形密封圈6之间的空腔为空腔C；水压膜9与第一O形密封圈3之间的空腔为空腔B；活塞杆8的凹槽与蓄能器1之间的空腔为空腔A(即活塞杆8的凹槽与蓄能器1连通形成空腔A)。空腔A内注入高压氮气13，保持压力P3恒定；空腔B内注入低压氮气14，压力值为P2；空腔C内抽真空。三个空腔的压力关系如下：
Figure BDA0003375295680000041
其中：P1为外水压，P2取决于深度调整范围，通常为0.25MPa～0.75MPa；S1为活塞杆8小端直径，S2为水压膜9两个压紧端间的长度，S3为活塞杆8大端直径；S2＞S3＞S1。
水压组件4在左水压盖2、右水压盖5组成的腔体内形成空气弹簧，空腔C内抽真空避免背压对空气弹簧性能的影响。
本例中，左水压盖2外周均布安装孔，利用其上的安装孔与水下拖体外壳固定，活塞杆8的探出端与舵面机构之间形成铰接连接。
参见附图4，自动定深仪置于水下拖体的尾部，当自动定深仪到达水下设定深度时，外水压对活塞杆8右端的作用力等于高压氮气13与低压氮气14的合力，水压组件4处于左右压力平衡的中位状态，同时舵面攻角为零，舵面不产生向上或向下的升力，因此水下拖体按设定深度稳定航行。
参见附图5，当自动定深仪所处深度小于设定深度时，外水压对活塞杆8右端的作用力小于高压氮气13与低压氮气14的合力，水压组件4向右移动，连带舵面机构运动后，舵面因向上攻角而产生向上的升力，升力对水下拖体的拖曳点产生逆时针力矩，致使水下拖体产生向深水运动态势，从而达到了“水浅而向水深方向调节”的目的。
参见附图6，当自动定深仪所处深度大于设定深度时，外水压对活塞杆8右端的作用力大于高压氮气13与低压氮气14的合力，水压组件4向左移动，连带舵面机构运动后，舵面因向下攻角而产生向下的升力，升力对水下拖体的拖曳点产生顺时针力矩，致使水下拖体产生向浅水运动态势，从而达到了“水深而向水浅方向调节”的目的。
本例中所述的自动定深仪重量较轻，不超过20kg；工作时，执行效率高、动作灵敏，自动定深精度优于±2.5m；适用于水下1万米以浅拖体深度控制，可保证全海深探测任务需求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种自动定深仪，其特征在于，包括：蓄能器(1)、左水压盖(2)、水压组件(4)以及右水压盖(5)；
所述水压组件(4)包括：活塞杆(8)、水压膜(9)、压紧盘(10)以及锁紧螺母(11)；其中，所述活塞杆(8)分为大端及小端，在所述活塞杆(8)大端的底部设有凹槽，所述活塞杆(8)小端的外周设有与所述锁紧螺母(11)相配合的外螺纹；所述水压膜(9)与所述压紧盘(10)依次从所述活塞杆(8)小端套入，并通过所述锁紧螺母(11)压紧在所述活塞杆(8)大端的端面上；
所述水压组件(4)位于由所述左水压盖(2)、所述右水压盖(5)组成的腔体内，所述活塞杆(8)的小端从所述右水压盖(5)向外探出，所述水压膜(9)的两端被所述左水压盖(2)、所述右水压盖(5)压紧，所述蓄能器(1)安装于所述左水压盖(2)的后侧；所述活塞杆(8)能够相对于所述左水压盖(2)、所述右水压盖(5)滑动，所述活塞杆(8)的大端与所述左水压盖(2)之间通过第一O形密封圈(3)形成动密封，所述活塞杆(8)的小端与所述右水压盖(5)之间通过第二O形密封圈(6)形成动密封；
所述水压膜(9)与所述第二O形密封圈(6)之间的空腔为空腔C；所述水压膜(9)与所述第一O形密封圈(3)之间的空腔为空腔B；所述活塞杆(8)的凹槽与所述蓄能器(1)之间的空腔为空腔A；所述空腔A内注入高压氮气(13)，压力为P3；所述空腔B内注入低压氮气(14)，压力值为P2；所述空腔C内抽真空；
Figure FDA0003375295670000011
其中：P1为外水压；P2取决于定深深度；S1为活塞杆(8)小端直径，S2为所述水压膜(9)两个压紧端间的长度，S3为活塞杆(8)小端直径。
2.如权利要求1所述的自动定深仪，其特征在于，所述活塞杆(8)的小端设有限位螺钉(12)，所述压紧盘(10)上设有与所述限位螺钉(12)相配合的限位缺口；所述限位螺钉(12)用于在旋紧所述锁紧螺母(11)过程中，防止所述压紧盘(10)相对所述活塞杆(8)运动，而造成所述水压膜(9)的损伤。
3.如权利要求1或2所述的自动定深仪，其特征在于，所述左水压盖(2)、所述右水压盖(5)通过均布的螺钉(7)实现对所述水压膜(9)的两端的压紧。
4.如权利要求1或2所述的自动定深仪，其特征在于，所述活塞杆(8)大端的外周设有轴肩，该轴肩与所述左水压盖(2)内壁相配合，用于对所述活塞杆(8)的左移限位；所述压紧盘(10)与所述右水压盖(5)内部的凸起相配合，用于对所述活塞杆(8)的右移限位。
5.如权利要求1或2所述的自动定深仪，其特征在于，使用时，所述左水压盖(2)与水下拖体外壳固定，所述活塞杆(8)的探出端与舵面机构之间形成铰接连接。
6.如权利要求5所述的自动定深仪，其特征在于，所述左水压盖(2)的外周均布安装孔，用于与所述水下拖体外壳的固定连接。
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