CN114537623A - 一种集成水力翼板的深海着陆器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成水力翼板的深海着陆器及其工作方法，属于海洋探测装备领域，包括机架、探测仪器、液压缸、水力翼板、电池舱和液压系统舱；机架为四棱柱结构的框架，其顶部为顶梁，中部固定安装有中框，沿中框周向安装有四个铰接板，四个铰接板与中框之间均为铰连接；顶梁与每一铰接板之间均设置一个液压缸，四个水力翼板分别与四个铰接板固定连接，液压缸活塞杆的伸缩能够带动水力翼板与机架之间的开合角度。本发明既能够降低水力翼板调节深海着陆器降落轨迹过程的能耗，实现深海着陆器的精准缓降着陆，又能够调节深海着陆器的坐底姿态，提高海底原位作业过程的抗洋流冲击能力，辅助深海着陆器脱离海底沉积物，实现海底主动移位探测。

Description

一种集成水力翼板的深海着陆器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种集成水力翼板的深海着陆器及其工作方法，属于海洋探测装备技术领域。

背景技术

随着人类探索、开发海洋资源活动的深入，用于开展深海探测工作的深海着陆器迅速发展。深海着陆器是一种水下运载装备，能够携带各种海洋环境传感器、海洋探测仪器、深海取样器在海底作业，广泛应用于海底环境监测、地质勘察、油气资源探测。深海着陆器脱离母船后，依靠自身重力从海表面降落至海底；完成海底作业任务后，抛弃自身搭载的压载重块，依靠自身浮力脱离海底，上浮至水面，完成设备回收。

在深海着陆器的实际应用过程中，尚存在诸多问题。着陆器在降落过程中容易受到洋流影响，偏离期望的降落轨迹，难以降落至期望的海底着陆点；深海着陆器着陆时的速度难以控制，若着陆速度较高，则会产生较大的冲击，有可能损坏深海着陆器及其搭载的作业仪器，同时也增加了着陆器陷入海底沉积物的风险，导致着陆器难以脱离海底；海底地面不平整会导致深海着陆器姿态倾斜，影响深海着陆器的原位工作过程。

水下运载器普遍使用螺旋桨推进器调整其水下运动轨迹，若将螺旋桨推进器应用于深海着陆器，虽然能够控制降落速度和降落轨迹，但深海螺旋桨推进器成本高、能耗大，会增加深海着陆器的研发成本，并大量消耗深海着陆器的电能，严重缩短深海着陆器在水下原位工作时长。此外，螺旋桨推进器也无法调整深海着陆器的坐底姿态。

目前，已有技术可通过调整水力翼板的张角或控制压载重块的释放，控制深海着陆器在水中的运动轨迹和下降速度。例如，申请号为202110558863.0的发明专利公布了一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，通过分阶段向不同方向释放压载重块，控制降落速度，并调整重心，进而调整降落轨迹。但其能够释放的压载重块数量有限，不能持续地调整运动轨迹，效果不佳；申请号为201911201804.7的发明专利公布了一种用于深海着陆器落点区域及速度的调控装置及方法，通过安装在深海着陆器上的翼板实现了对着陆位置和降落速度的控制，但在调节翼板的过程中能量消耗较大，并且无法调整深海着陆器的坐底姿态。

因此，利用现有的技术方案，无法同时实现深海着陆器的降落轨迹低能耗重复调节及坐底姿态调节。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集成水力翼板的深海着陆器及其工作方法，既能够降低水力翼板调节深海着陆器降落轨迹过程的能耗，实现深海着陆器的精准缓降着陆，又能够调节深海着陆器的坐底姿态，提高海底原位作业过程的抗洋流冲击能力，辅助深海着陆器脱离海底沉积物，实现海底主动移位探测。

本发明采用以下技术方案：

一种集成水力翼板的深海着陆器，包括机架、探测仪器、液压缸、水力翼板、电池舱和液压系统舱，所述探测仪器、电池舱和液压系统舱均固定安装于机架内部；

所述机架为四棱柱结构的框架，其顶部为顶梁，机架中部固定安装有中框，沿中框周向安装有四个铰接板，四个铰接板与中框之间均为铰连接，铰接板能够绕中框转动；

所述顶梁与每一铰接板之间均设置一个液压缸，液压缸和水力翼板的数量均为四个，四个水力翼板分别与四个铰接板固定连接，液压缸活塞杆的伸缩能够带动水力翼板与机架之间的开合角度。

优选的，每个液压缸包括耳环、活塞杆和缸筒，所述耳环与活塞杆固定连接，活塞杆与缸筒滑动连接，四个耳环分别与四个铰接板铰连接，耳环能够绕铰接板转动，四个缸筒分别与顶梁铰连接，缸筒能够绕顶梁转动，此处的“转动”是指一定角度，不能完整转一圈，活塞杆伸出或缩回时，能够带动缸筒绕顶梁转动。

优选的，所述机架的顶梁中心处通过多个支撑杆固定安装有吊装器，用于布放和回收深海着陆器；

所述机架下部周向固定安装有四片护网，用于保护内部设备。

优选的，所述液压系统舱内设置有液压系统，所述液压系统包括油箱、多个液控单向阀、多个三位四通伺服阀、蓄能器、多个压力变送器、多个电磁开关阀、多个单向阀、溢流阀、过滤器、双向液压泵、电机、控制器和补偿油囊；

单向阀的数量为三个，分别为单向阀A、单向阀B和单向阀C；液控单向阀数量为八个，分别液控单向阀A、液控单向阀B、液控单向阀C、液控单向阀D、液控单向阀E、液控单向阀F、液控单向阀G和液控单向阀H；压力变送器数量为四个，分别为压力变送器A、压力变送器B、压力变送器C和压力变送器D；电磁开关阀的数量为四个，分别为电磁开关阀A、电磁开关阀B、电磁开关阀C和电磁开关阀D；

双向液压泵与电机固定连接，双向液压泵一端分别与单向阀A和一个电磁开关阀A连接，该单向阀A和电磁开关阀A均与溢流阀、四个三位四通伺服阀、电磁开关阀B、电磁开关阀C、压力变送器A连接；双向液压泵的另一端通过单向阀B与过滤器连接，并通过单向阀C与补偿油囊连接；四个三位四通伺服阀的工作油口均通过两个液控单向阀分别与四个液压缸连接，四个三位四通伺服阀的回油口均通过过滤器与油箱连接；蓄能器通过电磁开关阀B、电磁开关阀C与过滤器连接，并与压力变送器B连接；溢流阀直接与过滤器连接；补偿油囊与压力变送器C和电磁开关阀D直接连接；电磁开关阀D与单向阀C之间连接压力变送器D；多个压力变送器、多个电磁开关阀和多个三位四通伺服阀均与控制器连接，控制器用于接收压力变送器的信号，并向电磁开关阀、三位四通伺服阀发送控制信号。各液压元件之间的连接均通过液压管路；液控单向阀、三位四通伺服阀、蓄能器、压力变送器、电磁开关阀、溢流阀、单向阀、过滤器、双向液压泵、电机、控制器、液压管路均安装于油箱内部。

一种上述的集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，包括：深海着陆器脱离母船后，依次经历快速降落阶段、轨迹调整阶段、缓降着陆阶段、坐底工作阶段，以及回收阶段，可通过调整水力翼板与机架的开合角度，实现各阶段之间的转换；

在快速降落阶段，四个水力翼板向上收起并紧靠机架，减小深海着陆器在垂直方向受到的流体阻力；

在轨迹调整阶段，利用探测仪器中的惯性导航仪确定深海着陆器的降落轨迹与期望轨迹之间偏差及降落深度，受到洋流影响，当降落轨迹偏离期望轨迹的距离小于降落深度的10％时，通过控制器向三位四通伺服阀发出控制信号，驱动液压缸活塞杆的伸缩，进而改变水力翼板与机架之间的开合角度，诱导流体阻力产生水平方向的分力，推动深海着陆器产生水平方向的分速度，使着陆器恢复到期望轨迹；当深海着陆器降落轨迹偏离期望轨迹的距离大于等于降落深度的10％时，通过使水力翼板扑动，产生水平方向的推进力，使着陆器恢复到期望轨迹，其中“扑动”是指快速连续改变水力翼板与机架之间的开合角度；当深海着陆器在海底工作时，可以通过扑动水力翼板，产生水平方向的推进力，使深海着陆器在水平方向移动，从而更换工作站点；

此处的惯性导航仪为目前成熟的较为常用的定位导航设备，通过惯性导航仪可得到降落轨迹与期望轨迹的偏差及降落深度，可参照现有技术；

开合角度的大小与深海着陆器自身体积、重量、降落速度、偏离程度都有关系，无法形成准确的计算公式，在目前操作中可根据深海着陆器的具体结构采用软件模拟仿真的方式确定，根据模拟仿真结果确定不同降落速度、不同偏离程度调节下对应的开合角度大小，形成一个数据库，存储在控制器中，在实际应用时，可直接从数据库中调取数据，此部分并非本发明的创新点，不再赘述。

在缓降着陆阶段，四个水力翼板完全张开，即处于水平状态，增大流体阻力，降低降落速度；

在坐底工作阶段，水力翼板发挥支撑作用，通过控制水力翼板与机架的开合角度，调整深海着陆器的坐底姿态，直至探测仪器中的惯性导航仪监测到深海着陆器处于水平状态，使着陆器平稳坐底；当受到洋流冲击作用时，四个水力翼板的支撑作用能够提高深海着陆器的抗倾覆能力；

在回收阶段，通过同时调整四个水力翼板与机架的开合角度，使水力翼板靠向机架，水力翼板下部与海底相互作用，产生托举深海着陆器的作用力，支撑着陆器脱离海底沉积物，避免深海着陆器因沉积物淤积无法脱离海底，提高深海着陆器的回收率。

优选的，在深海着陆器从海表面降落到海底的过程中，海水压力逐渐上升，作用于补偿油囊上的压力逐渐增大，补偿油囊内的液压油经过电磁开关阀D的右位进入油箱，使油箱内的液压油压力与海水压力相同；

液压缸和三位四通伺服阀的数量均为四个，液压缸包括液压缸A、液压缸B、液压缸C和液压缸D，三位四通伺服阀包括三位四通伺服阀A、三位四通伺服阀B、三位四通伺服阀C和三位四通伺服阀D，四个液压缸的工作原理相同，只是控制液压缸的三位四通伺服阀不同，即三位四通伺服阀A通过液控单向阀A和液控单向阀B控制液压缸A，三位四通伺服阀B通过液控单向阀C和液控单向阀D控制液压缸B，三位四通伺服阀C通过液控单向阀E和液控单向阀F控制液压缸C，三位四通伺服阀D通过液控单向阀G和液控单向阀H控制液压缸D，可根据四个水力翼板开合角度的需要，分别驱动四条液压缸动作；

以液压缸A为例，当要求液压缸A的活塞杆实现微小位移时，电磁开关阀B通电置于左位，蓄能器向主油路提供高压液压油，若三位四通伺服阀A左位打开，则高压油进入液压缸A的有杆腔，推动活塞杆向左移动，液压缸A的无杆腔内的液压油通过过滤器进入油箱；若三位四通伺服阀A右位打开，则高压油进入液压缸A的无杆腔，推动活塞杆向右移动，液压缸A的有杆腔内的液压油通过过滤器进入油箱，在此过程中，蓄能器内部的液压油体积减少，油箱内部的液压油体积增多，而油箱为刚性，补偿油囊为柔性，故使得补偿油囊体积增大，深海着陆器排水体积增大，受到的浮力增大；

当要求液压缸A的活塞杆实现大幅度往复移动时，电机带动双向液压泵正向旋转，低压液压油经过单向阀B进入双向液压泵，高压液压油经过单向阀A进入主油路，从而驱动液压缸A的活塞杆运动，在此过程中，活塞杆完全伸出时，油箱内的液压油体积最小，需要补偿油囊向油箱补油；活塞杆完全缩回时，油箱内的液压油体积最大，需要补偿油囊膨胀，以消纳油箱中过多的液压油；

当深海着陆器到达海底后，使电磁开关阀C、电磁开关阀B通电置于左位，补偿油囊和油箱内的高压液压油通过过滤器、电磁开关阀C的左位、电磁开关阀B的左位进入蓄能器，补偿油囊收缩，从而利用蓄能器储存了压力能，此时，将电磁开关阀C断电，电机带动双向液压泵正向旋转，继续向蓄能器补油，提高蓄能器内部压力，用于驱动液压缸活塞杆实现微小位移；

当深海着陆器需要脱离海底上浮时，使电磁开关阀B、电磁开关阀D、电磁开关阀A通电置于左位，电磁开关阀C置于右位，电机驱动双向液压泵反向旋转，蓄能器中的液压油经过电磁开关阀B的左位、电磁开关阀A的左位、双向液压泵、单向阀C进入补偿油囊，使补偿油囊体积增大，深海着陆器排水体积增大，受到的浮力增大。

在液压系统中，液控单向阀两两组合使用，构建液压锁，在三位四通伺服阀不提供高压液压油时，使液压缸的活塞杆保持位置不变；三位四通伺服阀A、三位四通伺服阀B、三位四通伺服阀C、三位四通伺服阀D，用于控制对应液压缸活塞杆的伸出与缩回；蓄能器用于收集从海水表面至深海之间的压差能，并吸收系统的压力波动；压力变送器A、B、C、D分别用于监测油路压力，并将压力数据传递给控制器；电磁开关阀A、B、C、D，用于控制油路的连通与断开；溢流阀起到保护液压系统的作用，防止液压系统压力过高损坏液压元件；单向阀能够保证相应管路中的液压油处于单向流通状态；过滤器用于保持液压系统中的液压油的清洁；双向液压泵，用于将低压液压油转换为高压液压油；电机用于驱动双向液压泵工作；控制器用于控制液压元件的工作状态。

值得注意的是，本发明的三位四通伺服阀可替换为四通比例阀，可避免伺服系统对液压油质量过高的问题，提供液压系统的可靠性；补偿油囊可替换为常用的柱塞结构，可避免油囊长期在海水中浸泡导致的破损问题，提高液压系统的使用寿命。

本发明中未详尽之处，均可采用现有技术进行。

本发明的有益效果为：

本发明在深海着陆器上集成了水力翼板，在降落过程中，模仿鸟类的滑翔过程，通过调整水力翼板的开合角度控制降落轨迹，能够实现低能耗精准缓降着陆；在海底工作过程中，模仿海豚、鲸的扑尾游动，推动着陆器水平运动，实现移位工作；深海着陆器坐底后，水力翼板发挥支撑作用，既能够调整坐底姿态，又能够提高抗倾覆能力；深海着陆器回收时，水力翼板能够辅助深海着陆器脱离海底沉积物，提高回收率。同时，水力翼板的液压系统利用蓄能器收集从海水表面至深海之间的压差能，进一步降低降落轨迹控制过程的能量消耗。

附图说明

图1为本发明的集成水力翼板的深海着陆器的整体结构示意图；

图2为本发明的机架与水力翼板的连接关系示意图；

图3为本发明深海着陆器的液压系统原理图；

图4为本发明深海着陆器的快速降落阶段示意图；

图5为本发明深海着陆器的轨迹调整阶段示意图；

图6为本发明深海着陆器的缓降着陆阶段示意图；

图7为本发明深海着陆器的坐底工作阶段示意图；

图8为本发明深海着陆器的回收阶段示意图；

其中，1-吊装器，2-机架，3-探测仪器，4-液压缸，4.1-液压缸A，4.2-液压缸B，4.3-液压缸C，4.4-液压缸D，5-水力翼板，5.1-水力翼板A，5.2-水力翼板B，5.3-水力翼板C，5.4-水力翼板D，6-护网，7-电池舱，8-液压系统舱，9-缸筒，10-活塞杆，11-耳环，12-铰接板，13-中框，14-顶梁，15-油箱，16.1-液控单向阀A，16.2-液控单向阀B，16.3-液控单向阀C，16.4-液控单向阀D，16.5-液控单向阀E，16.6-液控单向阀F，16.7-液控单向阀G，16.8-液控单向阀H，17.1-三位四通伺服阀A，17.2-三位四通伺服阀B，17.3-三位四通伺服阀C，17.4-三位四通伺服阀D，18-蓄能器，19.1-压力变送器B，19.2-压力变送器A，19.3-压力变送器D，19.4-压力变送器C，20.1-电磁开关阀B，20.2-电磁开关阀C，20.3-电磁开关阀D，20.4-电磁开关阀A，21-溢流阀，22.1-单向阀A，22.2-单向阀B，22.3-单向阀C，23-过滤器，24-双向液压泵，25-电机，26-控制器，27-补偿油囊，28-液压管路。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种集成水力翼板的深海着陆器，如图1-8所示，包括机架2、探测仪器3、液压缸4、水力翼板5、电池舱7和液压系统舱8，探测仪器3、电池舱7和液压系统舱8均固定安装于机架2内部；

机架2为四棱柱结构的框架，其顶部为顶梁14，机架2中部固定安装有中框13，沿中框13周向安装有四个铰接板12，四个铰接板与中框之间均为铰连接，铰接板12能够绕中框13转动；

顶梁14与每一铰接板之间均设置一个液压缸，液压缸和水力翼板的数量均为四个，液压缸包括液压缸A 4.1、液压缸B 4.2、液压缸C 4.3和液压缸D 4.4，水力翼板包括水力翼板A 5.1，水力翼板B 5.2、水力翼板C 5.3和水力翼板D 5.4，四个水力翼板分别与四个铰接板固定连接，液压缸活塞杆的伸缩能够带动水力翼板与机架之间的开合角度。

实施例2：

一种集成水力翼板的深海着陆器，如实施例1所述，所不同的是，每个液压缸包括耳环11、活塞杆10和缸筒9，耳环11与活塞杆10固定连接，活塞杆10与缸筒9滑动连接，四个耳环分别与四个铰接板铰连接，耳环能够绕铰接板转动，四个缸筒分别与顶梁铰连接，缸筒能够绕顶梁转动，此处的“转动”是指一定角度，不能完整转一圈，活塞杆伸出或缩回时，能够带动缸筒绕顶梁转动。

实施例3：

一种集成水力翼板的深海着陆器，如实施例1所述，所不同的是，机架2的顶梁中心处通过多个支撑杆固定安装有吊装器1，用于布放和回收深海着陆器；

机架2下部周向固定安装有四片护网6，用于保护内部设备。

实施例4：

一种集成水力翼板的深海着陆器，如实施例2所述，所不同的是，液压系统舱内设置有液压系统，如图3所示，液压系统包括油箱15、多个液控单向阀、多个三位四通伺服阀、蓄能器18、多个压力变送器、多个电磁开关阀、多个单向阀、溢流阀21、过滤器23、双向液压泵24、电机25、控制器26和补偿油囊27；

单向阀的数量为三个，分别为单向阀A 22.1、单向阀B 22.2和单向阀C 22.3；液控单向阀数量为八个，分别液控单向阀A 16.1、液控单向阀B 16.2、液控单向阀C 16.3、液控单向阀D 16.4、液控单向阀E 16.5、液控单向阀F 16.6、液控单向阀G 16.7和液控单向阀H16.8；压力变送器数量为四个，分别为压力变送器A 19.2、压力变送器B 19.1、压力变送器C19.4和压力变送器D 19.3；电磁开关阀的数量为四个，分别为电磁开关阀A 20.4、电磁开关阀B 20.1、电磁开关阀C 20.2和电磁开关阀D 20.3；

双向液压泵24与电机25固定连接，双向液压泵24一端分别与单向阀A 22.1和一个电磁开关阀A 20.4连接，该单向阀A 22.1和电磁开关阀A 20.4均与溢流阀21、四个三位四通伺服阀、电磁开关阀B 20.1、电磁开关阀C 20.2、压力变送器A 19.2连接；双向液压泵24的另一端通过单向阀B 22.2与过滤器23连接，并通过单向阀C 22.3与补偿油囊27连接；四个三位四通伺服阀的工作油口均通过两个液控单向阀分别与四个液压缸连接，四个三位四通伺服阀的回油口均通过过滤器与油箱连接；蓄能器18通过电磁开关阀B 20.1、电磁开关阀C 20.2与过滤器23连接，并与压力变送器B 19.1连接；溢流阀21直接与过滤器23连接；补偿油囊27与压力变送器C 19.3和电磁开关阀D 20.3直接连接；电磁开关阀D 20.3与单向阀C 22.3之间连接压力变送器D 19.3；多个压力变送器、多个电磁开关阀和多个三位四通伺服阀均与控制器26连接，控制器26用于接收压力变送器的信号，并向电磁开关阀、三位四通伺服阀发送控制信号。各液压元件之间的连接均通过液压管路28；液控单向阀、三位四通伺服阀、蓄能器、压力变送器、电磁开关阀、溢流阀、单向阀、过滤器、双向液压泵、电机、控制器、液压管路均安装于油箱15内部。

实施例5：

一种集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，包括：深海着陆器脱离母船后，依次经历快速降落阶段、轨迹调整阶段、缓降着陆阶段、坐底工作阶段，以及回收阶段，可通过调整水力翼板与机架的开合角度，实现各阶段之间的转换；

在快速降落阶段，四个水力翼板向上收起并紧靠机架，减小深海着陆器在垂直方向受到的流体阻力；

在轨迹调整阶段，利用探测仪器中的惯性导航仪确定深海着陆器的降落轨迹与期望轨迹之间偏差及降落深度，受到洋流影响，当降落轨迹偏离期望轨迹的距离小于降落深度的10％时，通过控制器向三位四通伺服阀发出控制信号，驱动液压缸活塞杆的伸缩，进而改变水力翼板与机架之间的开合角度，诱导流体阻力产生水平方向的分力，推动深海着陆器产生水平方向的分速度，使着陆器恢复到期望轨迹(例如，当深海着陆器向右偏离时，改变右侧水力翼板的开合角度，产生水平方向向左的分力，推动着陆器恢复到期望轨迹)；当深海着陆器降落轨迹偏离期望轨迹的距离大于等于降落深度的10％时，通过使水力翼板扑动，产生水平方向的推进力，使着陆器恢复到期望轨迹，其中“扑动”是指快速连续改变水力翼板与机架之间的开合角度，本实施例中，当降落轨迹偏离期望轨迹的距离小于降落深度的10％时，水力翼板只改变一次开合角度，大于等于10％时，水力翼板连续扑动，扑动的开合角度可根据仿真结果确定；

当深海着陆器在海底工作时，可以通过扑动水力翼板，产生水平方向的推进力，使深海着陆器在水平方向移动，从而更换工作站点；

此处的惯性导航仪为目前成熟的较为常用的定位导航设备，通过惯性导航仪可得到降落轨迹与期望轨迹的偏差及降落深度，可参照现有技术；

开合角度的大小与深海着陆器自身体积、重量、降落速度、偏离程度都有关系，无法形成准确的计算公式，在目前操作中可根据深海着陆器的具体结构采用软件模拟仿真的方式确定，根据模拟仿真结果确定不同降落速度、不同偏离程度调节下对应的开合角度大小，形成一个数据库，存储在控制器中，在实际应用时，可直接从数据库中调取数据，此部分并非本发明的创新点，不再赘述。

在缓降着陆阶段，四个水力翼板完全张开，即处于水平状态，增大流体阻力，降低降落速度；

在坐底工作阶段，水力翼板发挥支撑作用，通过控制水力翼板与机架的开合角度，调整深海着陆器的坐底姿态，直至探测仪器中的惯性导航仪监测到深海着陆器处于水平状态，使着陆器平稳坐底，例如，当深海着陆器向右倾斜时，控制右侧水力翼板向机架靠拢，水力翼板下部与海底相互作用，将深海着陆器右侧抬升，使深海着陆器恢复水平姿态；当受到洋流冲击作用时，四个水力翼板的支撑作用能够提高深海着陆器的抗倾覆能力；

在回收阶段，通过同时调整四个水力翼板与机架的开合角度，使水力翼板靠向机架，水力翼板下部与海底相互作用，产生托举深海着陆器的作用力，支撑着陆器脱离海底沉积物，避免深海着陆器因沉积物淤积无法脱离海底，提高深海着陆器的回收率。

实施例6：

一种集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，如实施例5所示，所不同的是，在深海着陆器从海表面降落到海底的过程中，海水压力逐渐上升，作用于补偿油囊27上的压力逐渐增大，补偿油囊27内的液压油经过电磁开关阀D 20.3的右位进入油箱15，使油箱15内的液压油压力与海水压力相同；

液压缸和三位四通伺服阀的数量均为四个，液压缸包括液压缸A 4.1、液压缸B4.2、液压缸C 4.3和液压缸D 4.4，三位四通伺服阀包括三位四通伺服阀A 17.1、三位四通伺服阀B 17.2、三位四通伺服阀C 17.3和三位四通伺服阀D 17.4，四个液压缸的工作原理相同，只是控制液压缸的三位四通伺服阀不同，即三位四通伺服阀A 17.1通过液控单向阀A16.1和液控单向阀B 16.2控制液压缸A 4.1，三位四通伺服阀B 17.2通过液控单向阀C16.3和液控单向阀D 16.4控制液压缸B 4.2，三位四通伺服阀C 17.3通过液控单向阀E16.5和液控单向阀F 16.6控制液压缸C 4.3，三位四通伺服阀D 17.4通过液控单向阀G16.7和液控单向阀H 16.8控制液压缸D 4.4，可根据四个水力翼板开合角度的需要，分别驱动四条液压缸动作；

以液压缸A 4.1为例，当要求液压缸A 4.1的活塞杆实现微小位移时，电磁开关阀B20.1通电置于左位，蓄能器18向主油路提供高压液压油，若三位四通伺服阀A 17.1左位打开，则高压油进入液压缸A 4.1的有杆腔，推动活塞杆向左移动，液压缸A 4.1的无杆腔内的液压油通过过滤器23进入油箱15；若三位四通伺服阀A 17.1右位打开，则高压油进入液压缸A 4.1的无杆腔，推动活塞杆向右移动，液压缸A 4.1的有杆腔内的液压油通过过滤器23进入油箱15，在此过程中，蓄能器18内部的液压油体积减少，油箱15内部的液压油体积增多，而油箱15为刚性，补偿油囊27为柔性，故使得补偿油囊27体积增大，深海着陆器排水体积增大，受到的浮力增大；

当要求液压缸A 4.1的活塞杆实现大幅度往复移动时，电机25带动双向液压泵24正向旋转，低压液压油经过单向阀B 22.2进入双向液压泵24，高压液压油经过单向阀A22.1进入主油路，从而驱动液压缸A 4.1的活塞杆运动，在此过程中，活塞杆完全伸出时，油箱15内的液压油体积最小，需要补偿油囊27向油箱15补油；活塞杆完全缩回时，油箱15内的液压油体积最大，需要补偿油囊27膨胀，以消纳油箱15中过多的液压油；

当深海着陆器到达海底后，使电磁开关阀C 20.2、电磁开关阀B 20.1通电置于左位，补偿油囊27和油箱15内的高压液压油通过过滤器23、电磁开关阀C 20.2的左位、电磁开关阀B 20.1的左位进入蓄能器18，补偿油囊27收缩，从而利用蓄能器18储存了压力能，此时，将电磁开关阀C 20.2断电，电机25带动双向液压泵24正向旋转，继续向蓄能器18补油，提高蓄能器18内部压力，用于驱动液压缸活塞杆实现微小位移；

当深海着陆器需要脱离海底上浮时，使电磁开关阀B 20.1、电磁开关阀D 20.3、电磁开关阀A 20.4通电置于左位，电磁开关阀C 20.2置于右位，电机25驱动双向液压泵24反向旋转，蓄能器18中的液压油经过电磁开关阀B 20.1的左位、电磁开关阀A 20.4的左位、双向液压泵24、单向阀C 22.3进入补偿油囊27，使补偿油囊27体积增大，深海着陆器排水体积增大，受到的浮力增大。

在液压系统中，液控单向阀两两组合使用，构建液压锁，在三位四通伺服阀不提供高压液压油时，使液压缸的活塞杆保持位置不变；三位四通伺服阀A 17.1、三位四通伺服阀B 17.2、三位四通伺服阀C 17.3、三位四通伺服阀D 17.4，用于控制对应液压缸活塞杆的伸出与缩回；蓄能器18用于收集从海水表面至深海之间的压差能，并吸收系统的压力波动；压力变送器A、B、C、D分别用于监测油路压力，并将压力数据传递给控制器；电磁开关阀A、B、C、D，用于控制油路的连通与断开；溢流阀21起到保护液压系统的作用，防止液压系统压力过高损坏液压元件；单向阀能够保证相应管路中的液压油处于单向流通状态；过滤器23用于保持液压系统中的液压油的清洁；双向液压泵24，用于将低压液压油转换为高压液压油；电机25用于驱动双向液压泵工作；控制器26用于控制液压元件的工作状态。

实施例7：

一种集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，如实施例6所示，所不同的是，三位四通伺服阀可替换为四通比例阀，可避免伺服系统对液压油质量过高的问题，提供液压系统的可靠性。

实施例8：

一种集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，如实施例6所示，所不同的是，补偿油囊可替换为常用的柱塞结构，可避免油囊长期在海水中浸泡导致的破损问题，提高液压系统的使用寿命。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种集成水力翼板的深海着陆器，其特征在于，包括机架、探测仪器、液压缸、水力翼板、电池舱和液压系统舱，所述探测仪器、电池舱和液压系统舱均固定安装于机架内部；

所述机架为四棱柱结构的框架，其顶部为顶梁，机架中部固定安装有中框，沿中框周向安装有四个铰接板，四个铰接板与中框之间均为铰连接，铰接板能够绕中框转动；

所述顶梁与每一铰接板之间均设置一个液压缸，液压缸和水力翼板的数量均为四个，四个水力翼板分别与四个铰接板固定连接，液压缸活塞杆的伸缩能够带动水力翼板与机架之间的开合角度。

2.根据权利要求1所述的集成水力翼板的深海着陆器，其特征在于，每个液压缸包括耳环、活塞杆和缸筒，所述耳环与活塞杆固定连接，活塞杆与缸筒滑动连接，四个耳环分别与四个铰接板铰连接，耳环能够绕铰接板转动，四个缸筒分别与顶梁铰连接，缸筒能够绕顶梁转动。

3.根据权利要求1所述的集成水力翼板的深海着陆器，其特征在于，所述机架的顶梁中心处通过多个支撑杆固定安装有吊装器，用于布放和回收深海着陆器；

所述机架下部周向固定安装有四片护网，用于保护内部设备。

4.根据权利要求1所述的集成水力翼板的深海着陆器，其特征在于，所述液压系统舱内设置有液压系统，所述液压系统包括油箱、多个液控单向阀、多个三位四通伺服阀、蓄能器、多个压力变送器、多个电磁开关阀、多个单向阀、溢流阀、过滤器、双向液压泵、电机、控制器和补偿油囊；

单向阀的数量为三个，分别为单向阀A、单向阀B和单向阀C；液控单向阀数量为八个，分别液控单向阀A、液控单向阀B、液控单向阀C、液控单向阀D、液控单向阀E、液控单向阀F、液控单向阀G和液控单向阀H；压力变送器数量为四个，分别为压力变送器A、压力变送器B、压力变送器C和压力变送器D；电磁开关阀的数量为四个，分别为电磁开关阀A、电磁开关阀B、电磁开关阀C和电磁开关阀D；

双向液压泵与电机固定连接，双向液压泵一端分别与单向阀A和一个电磁开关阀A连接，该单向阀A和电磁开关阀A均与溢流阀、四个三位四通伺服阀、电磁开关阀B、电磁开关阀C、压力变送器A连接；双向液压泵的另一端通过单向阀B与过滤器连接，并通过单向阀C与补偿油囊连接；四个三位四通伺服阀的工作油口均通过两个液控单向阀分别与四个液压缸连接，四个三位四通伺服阀的回油口均通过过滤器与油箱连接；蓄能器通过电磁开关阀B、电磁开关阀C与过滤器连接，并与压力变送器B连接；溢流阀直接与过滤器连接；补偿油囊与压力变送器C和电磁开关阀D直接连接；电磁开关阀D与单向阀C之间连接压力变送器D；多个压力变送器、多个电磁开关阀和多个三位四通伺服阀均与控制器连接，控制器用于接收压力变送器的信号，并向电磁开关阀、三位四通伺服阀发送控制信号。

5.一种权利要求4所述的集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，其特征在于，包括：深海着陆器脱离母船后，依次经历快速降落阶段、轨迹调整阶段、缓降着陆阶段、坐底工作阶段，以及回收阶段；

在快速降落阶段，四个水力翼板向上收起并紧靠机架，减小深海着陆器在垂直方向受到的流体阻力；

在轨迹调整阶段，利用探测仪器中的惯性导航仪确定深海着陆器的降落轨迹与期望轨迹之间偏差及降落深度，当降落轨迹偏离期望轨迹的距离小于降落深度的10％时，通过控制器向三位四通伺服阀发出控制信号，驱动液压缸活塞杆的伸缩，进而改变水力翼板与机架之间的开合角度，诱导流体阻力产生水平方向的分力，推动深海着陆器产生水平方向的分速度，使着陆器恢复到期望轨迹；当深海着陆器降落轨迹偏离期望轨迹的距离大于等于降落深度的10％时，通过使水力翼板扑动，产生水平方向的推进力，使着陆器恢复到期望轨迹；当深海着陆器在海底工作时，可以通过扑动水力翼板，产生水平方向的推进力，使深海着陆器在水平方向移动，从而更换工作站点；

在缓降着陆阶段，四个水力翼板完全张开，即处于水平状态，增大流体阻力，降低降落速度；

在坐底工作阶段，水力翼板发挥支撑作用，通过控制水力翼板与机架的开合角度，调整深海着陆器的坐底姿态，直至探测仪器中的惯性导航仪监测到深海着陆器处于水平状态，使着陆器平稳坐底；当受到洋流冲击作用时，四个水力翼板的支撑作用能够提高深海着陆器的抗倾覆能力；

在回收阶段，通过同时调整四个水力翼板与机架的开合角度，使水力翼板靠向机架，水力翼板下部与海底相互作用，产生托举深海着陆器的作用力，支撑着陆器脱离海底沉积物。

6.根据权利要求5所述的集成水力翼板的深海着陆器的工作方法，其特征在于，在深海着陆器从海表面降落到海底的过程中，海水压力逐渐上升，作用于补偿油囊上的压力逐渐增大，补偿油囊内的液压油经过电磁开关阀D的右位进入油箱，使油箱内的液压油压力与海水压力相同；

液压缸和三位四通伺服阀的数量均为四个，液压缸包括液压缸A、液压缸B、液压缸C和液压缸D，三位四通伺服阀包括三位四通伺服阀A、三位四通伺服阀B、三位四通伺服阀C和三位四通伺服阀D，四个液压缸的工作原理相同，只是控制液压缸的三位四通伺服阀不同，即三位四通伺服阀A通过液控单向阀A和液控单向阀B控制液压缸A，三位四通伺服阀B通过液控单向阀C和液控单向阀D控制液压缸B，三位四通伺服阀C通过液控单向阀E和液控单向阀F控制液压缸C，三位四通伺服阀D通过液控单向阀G和液控单向阀H控制液压缸D；

以液压缸A为例，当要求液压缸A的活塞杆实现微小位移时，电磁开关阀B通电置于左位，蓄能器向主油路提供高压液压油，若三位四通伺服阀A左位打开，则高压油进入液压缸A的有杆腔，推动活塞杆向左移动，液压缸A的无杆腔内的液压油通过过滤器进入油箱；若三位四通伺服阀A右位打开，则高压油进入液压缸A的无杆腔，推动活塞杆向右移动，液压缸A的有杆腔内的液压油通过过滤器进入油箱，在此过程中，蓄能器内部的液压油体积减少，油箱内部的液压油体积增多，而油箱为刚性，补偿油囊为柔性，故使得补偿油囊体积增大，深海着陆器排水体积增大，受到的浮力增大；

当要求液压缸A的活塞杆实现大幅度往复移动时，电机带动双向液压泵正向旋转，低压液压油经过单向阀B进入双向液压泵，高压液压油经过单向阀A进入主油路，从而驱动液压缸A的活塞杆运动，在此过程中，活塞杆完全伸出时，油箱内的液压油体积最小，需要补偿油囊向油箱补油；活塞杆完全缩回时，油箱内的液压油体积最大，需要补偿油囊膨胀，以消纳油箱中过多的液压油；

当深海着陆器到达海底后，使电磁开关阀C、电磁开关阀B通电置于左位，补偿油囊和油箱内的高压液压油通过过滤器、电磁开关阀C的左位、电磁开关阀B的左位进入蓄能器，补偿油囊收缩，从而利用蓄能器储存了压力能，此时，将电磁开关阀C断电，电机带动双向液压泵正向旋转，继续向蓄能器补油，提高蓄能器内部压力，用于驱动液压缸活塞杆实现微小位移；

当深海着陆器需要脱离海底上浮时，使电磁开关阀B、电磁开关阀D、电磁开关阀A通电置于左位，电磁开关阀C置于右位，电机驱动双向液压泵反向旋转，蓄能器中的液压油经过电磁开关阀B的左位、电磁开关阀A的左位、双向液压泵、单向阀C进入补偿油囊，使补偿油囊体积增大，深海着陆器排水体积增大，受到的浮力增大。

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