CN115303456A - 一种用于水下潜航器的反推式应急抛载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下设备技术领，具体涉及一种水下潜航器的反推式应急抛载装置。一种用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，包括反推机构，所述的反推机构包括外壳、设置在外壳内部的气体反应舱；所述气体反应舱通过气管与外壳壳体内的气道连通；气体反应舱的底部设有底部端盖，底部端盖通过气缸机构与气体反应舱密封连接，并在气体反应舱内部气压增大时自动脱落。本发明与现有技术相比，能够在应急情况下，为潜航器提供反推力，帮助潜航器上浮，避免潜航器陷入海底泥沙，提高安全性。
Description
技术领域
本发明属于水下设备技术领域，具体涉及一种水下潜航器的反推式应急抛载装置。
背景技术
海洋资源的开发与利用成为了世界各国研究的热点话题，水下潜航器是探索和打捞水下目标的重要水下潜航器，广泛应用于海洋环境监测、资源调查、海洋考古等领域。而应急抛载装置是水下潜航器在作业时，遇到漏水、失控等突发情况，能够实现应急上浮的重要装置，对于各种水下潜航器也都极其重要。
实际应用中，水下潜航器在水下进行搜索或打捞作业，当发生漏水或者动力失控情况时，会导致其陷入海底泥沙之中。传统的水下应急抛载，仅仅依靠抛弃配重负载减轻自重产生浮力，但浮力有限，无法将水下潜航器从泥沙中拉出，尤其在失去动力的情况下，往往造成水下潜航器的损毁甚至丢失。因此，如何在应急情况下，使水下潜航器避免陷入泥沙，确保水下潜航器安全性，是水下作业时急需解决的问题。
发明内容
本发明提出一种新型反推式应急抛载装置，该装置利用低压将海水吸入气体反应舱内，气体反应舱内产生高压气体，利用高压气体，使装置的配重负载脱钩，同时，高压气体从底部喷射出，提供了一个反推力，在抛载配重的同时，给水下潜航器一个向上反推力，使得水下潜航器在失去动力的情况下，也能摆脱泥沙，紧急上浮，提高潜航器的安全可靠性。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，包括反推机构，所述的反推机构包括外壳、设置在外壳内部的气体反应舱；所述气体反应舱通过气管与外壳壳体内的气道连通；气体反应舱的底部设有底部端盖，底部端盖通过气缸机构与气体反应舱密封连接，并在气体反应舱内部气压增大时自动脱落。
优选地，所述的气缸机构固定在底部端盖上，包括气室、两个以上第一活塞筒，两个以上第一活塞筒以气室为中心沿圆周布置；所述第一活塞筒内设有第一活塞，第一活塞的外端连接有卡块；气体反应舱底部内壁设有卡槽，所述第一活塞在气压的作用下沿第一活塞筒伸出或回缩，进而使卡块与卡槽连接或分离。
优选地，所述底部端盖的上端面设有环形的轴向挡板；所述轴向挡板的外壁设有轴向密封圈；底部端盖的上端面设有径向密封圈，底部端盖的中部设有与气体反应舱连通的透气孔；轴向挡板内设有气缸支架。
优选地，所述气体反应舱的顶部密封连接顶部端盖；所述顶部端盖与设有开口，开口处安装单向常开电磁阀。
优选地，还包括配重负载；所述配重负载通过活塞连杆机构可拆卸地装配于所述反推机构的外部。
优选地，所述的活塞连杆机构包括第二活塞、第二活塞筒，所述第二活塞筒与外壳内壁连接，并与外壳壳体内的气道连通；第二活塞的外端连接短连杆；短连杆的另一端与长连杆连接，所述长连杆上端通过转轴固定，下端设有钩板；所述第二活塞在气压的作用下，沿第二活塞筒伸出或缩回，进而驱动长连杆绕轴转动。
优选地，所述的钩板铰接在长连杆的下端；钩板的下方设有限位挡板；在外壳的内壁设有开口向下的斜槽；钩板与斜槽分别设有磁性相同的磁面，在同性相斥的作用，钩板向下旋转打开。
优选地，所述的配重负载为两端开口的壳体结构，其内壁设有环形凹槽，所述环形凹槽与所述钩板配合固定。
本发明与现有技术相比，能够在应急情况下，为潜航器提供反推力，帮助潜航器上浮，避免水下潜航器陷入海底泥沙，提高安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中用于水下潜航器的反推式应急抛载装置的整体结构示意图；
图2为反推机构的结构示意图；
图3为长连杆的结构示意图；
图4为钩板示意图；
图5为第二活塞及短连杆的连接示意图；
图6为限位法兰的结构示意图；
图7为活塞连杆机构的局部细节图；
图8为气体反应舱的结构示意图；
图9为顶部端盖的示意图；
图10为电磁阀固定架的示意图；
图11为隔离网的示意图；
图12为底部端盖的示意图；
图13为气缸架的示意图；
图14为四通气缸的示意图；
图15为三角形卡块的示意图；
图16为气缸机构与气体反应舱的装配示意图；
图17为配重负载的示意图；
图18为气缸机构与气体反应舱的装配过程中卡块进入卡槽之前的状态示意图；
图19为气缸机构与气体反应舱的装配过程中卡块进入卡槽后的状态示意图；
图20为反推机构与配重负载装配前的状态示意图；
图21为反推机构与配重负载装配前第二活塞回收时的状态示意图；
图22为反推机构与配重负载装配过程初始状态示意图；
图23为反推机构与配重负载装配完成状态示意图；
图中：1：外壳；2：电磁阀固定架；3：单向常开电磁阀；4：第二活塞筒；5：顶部端盖；6：气管；7：隔离网：8：气体反应舱：9：底部端盖；10：四通气缸；11：长连杆；12：第二活塞；13：配重负载；14：三角形卡块；15：钩板；16：限位法兰；17：气缸架；
1-1：安装孔；1-2：气道；1-3：横梁；1-4：轴孔；1-5：三角形斜槽；1-6：磁性斜面；
2-1：通孔；2-2：电磁阀卡槽；2-3：中心孔；
4-1：限位法兰固定孔；4-2：活塞限位块；
5-1：法兰固定孔；5-2：电磁阀固定孔；5-3：电磁阀连接口；5-4：密封圈槽；
7-1：隔离网加强筋；7-2：固定孔；7-3：网面；
8-1：顶部端盖固定孔；8-2：顶部法兰；8-3：隔离网固定板；8-4：隔离网固定孔；8-5：底部收缩口；8-6：底部密封口；8-7：卡槽；
9-1：透气孔；9-2：轴向密封圈；9-3：径向密封圈；9-4：轴向挡板；9-5：第一限位块；9-6：气缸支架；9-7：挡板凹槽；9-8：固定筒柱；
10-1：第一活塞；10-2：第一活塞筒；10-3：气室；10-4：三角卡固定槽；
11-1：中空转轴；11-2：销孔；11-3：杆体凹槽；11-4：杆体；11-5：转轴固定孔；11-6：限位挡板；
12-1：活塞体；12-2：短连杆；12-3：卡环；
13-1：环形凹槽；
14-1：固定柱；14-2：斜面；
15-1：转轴孔；15-2：磁性表面；
17-1：气室固定孔；17-2：第二限位块；17-3：活塞筒固定板；17-4：气缸架固定孔。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
本实施例提供一种用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，如图1所示，主要由上部的反推机构和下部的配重负载组成。其中，反推机构通过螺栓连接的方式固定在水下潜航器底部，配重负载通过可拆卸的方式装配于反推机构的外部和下部。
如图1和图2所示，反推机构主要包括外壳1和气体反应舱8。气体反应舱8悬空布置在外壳1的内部，通过周向布置的四根气管6与外壳1连接。外壳1包含安装孔1-1、气道1-2、横梁1-3。横梁1-3布置在外壳1的顶部，其上设有轴孔1-4。通过壳体1上的安装孔1-1和螺栓可将其固定在水下潜航器底部。在外壳1的壳体内开设有气道1-2，气道1-2为环形通道，气管6一端与气体反应舱8连接，另一端与气道1-2连接，共同组成气体流通通道。
在外壳1的内壁上还连接有第二活塞筒4，并且该第二活塞筒4与气道1-2相通，第二活塞12装配在第二活塞筒4内。第二活塞筒4与气道1-2连接处设有活塞限位块4-2，用于限制第二活塞12向内运动的范围。第二活塞筒4的外端设有限位法兰固定孔4-1，与限位法兰16相配合，限制第二活塞12向外运动的范围，防止活塞掉出。在外壳1下端设有两个对称的三角形斜槽1-5，三角形斜槽1-5内具有磁性斜面1-6。
如图3所示，长连杆11主要由中空转轴11-1、销孔11-2、杆体凹槽11-3、杆体11-4、转轴固定孔11-5、限位挡板11-6组成。中空转轴11-1为对称的圆筒形状，中间卡在横梁1-3上，与横梁1-3上的轴孔1-4通过销轴配合，长连杆11可以围绕轴孔1-4进行旋转。杆体11-4上有杆体凹槽11-3，在杆体凹槽11-3中部有销孔11-2，销孔11-2内的销轴与第二活塞12的卡环12-3相配合。杆体11-4末端有转轴固定孔11-5和限位挡板11-6，转轴固定孔11-5与钩板15的转轴孔15-1相配合，限位挡板11-6在最下端，对钩板15进行限位，限制其旋转角度。
如图4所示，钩板15主要由转轴孔15-1和磁性表面15-2组成，转轴孔15-1与转轴固定孔11-5通过销轴配合，使得钩板15能够沿转轴固定孔11-5内的销轴旋转。磁性表面15-2和三角形斜槽1-5内的磁性斜面1-6为相同极性。
如图5所示，第二活塞12的活塞体12-1通过短连杆12-2与卡环12-3连接。卡环12-3套在销孔11-2内的销轴上。限位法兰16的结构如图6所示，其内径小于第二活塞筒4的内径，通过与限位法兰固定孔4-1相配合，将其固定在第二活塞筒4的外部，对活塞体12-1进行限位。
如图7所示，本实施例中，长连杆11、第二活塞12、第二活塞筒4及短连杆12-2、卡环12-3、销孔11-2内的销轴共同构成了活塞连杆机构。由于第二活塞筒4与气道1-2相通，当气体反应舱8内气压与外部气压差发生变化时，通过气压驱动第二活塞伸出或缩回，进而通过短连杆12-2和卡环12-3带动长连杆11绕轴孔1-4内的销轴旋转。
如图8所示，气体反应舱8包含顶部法兰8-2、隔离网固定板8-3、隔离网固定孔8-4、底部收缩口8-5、底部密封口8-6、卡槽8-7。顶部法兰8-2上的顶部端盖固定孔8-1与顶部端盖5的法兰固定孔5-1相配合，将顶部端盖5固定。气体反应舱8内部的隔离网固定板8-3用来安放隔离网7，并通过隔离网固定孔8-4与隔离网7的固定孔7-2相配合进行固定。气体反应舱8下端具有底部收缩口8-5，底部密封口8-6与底部收缩口8-5下端相连接。底部密封口8-6内壁四个方向开设有卡槽8-7。
本实施例中，气体反应舱8内的隔离网7上放置遇水能发生反应产生气体的物质，例如碱金属钠、锂等，或者电石。通过化学反应，在气体反应舱8内产生大量气体，由于气体反应舱为密闭舱体，导致舱内压力大于舱外压力。利用舱内的高压气体作为后续反推力的动力来源。
如图9所示，顶部端盖5主要包含法兰固定孔5-1、电磁阀固定孔5-2、电磁阀连接口5-3、密封圈槽5-4。法兰固定孔5-1与顶部法兰8-2的顶部端盖固定孔8-1相配合，将顶部端盖5固定在气体反应舱8上，并通过密封圈槽5-4内的密封圈进行密封。电磁阀固定孔5-2与电磁阀固定架2的通孔2-1相配合固定电磁阀固定架2，电磁阀连接口5-3连接单向常开电磁阀3。
如图10所示，电磁阀固定架2包括通孔2-1、电磁阀卡槽2-2、中心孔2-3。单向常开电磁阀3出水口与电磁阀连接口5-3相连接，进水口通过中心孔2-3连接舱外。通孔2-1与电磁阀固定孔5-2通过螺栓相配合，将电磁阀固定架2固定在顶部端盖5上，并将单向常开电磁阀3卡在电磁阀卡槽2-2内。单向常开电磁阀3的控制线路由电磁阀卡槽2-2的一侧引出。
如图11所示，隔离网7主要由网面7-3和隔离网加强筋7-1组成。隔离网加强筋7-1上有固定孔7-2，固定孔7-2与隔离网固定孔8-4通过螺栓相配合，将隔离网7固定在隔离网固定板8-3上。
如图12所示，底部端盖9包含透气孔9-1、轴向密封圈9-2、径向密封圈9-3、轴向挡板9-4、第一限位块9-5、气缸支架9-6、挡板凹槽9-7、固定筒柱9-8。透气孔9-1将气体反应舱8与外界连通，其外侧连接单向阀。轴向密封圈9-2和径向密封圈9-3确保底部端盖9与底部密封口8-6进行水密连接。底部端盖9内侧有环形的轴向挡板9-4，其外径与底部密封口8-6内径适配。轴向挡板9-4在四个方向有挡板凹槽9-7，与卡槽8-7相对应。轴向挡板9-4内设有气缸支架9-6，气缸支架9-6的四个方向设有第一块限位块9-5，限制四通气缸10的移动。气缸支架9-6的四个方向还设有固定筒柱9-8，与气缸架17相配合，固定四通气缸10。
如图13所示，气缸架17主要包含气室固定孔17-1、活塞筒固定板17-3和气缸架固定孔17-4。活塞筒固定板17-3末端设有第二限位块17-2，对四通气缸10进行限位。气缸架固定孔17-4与固定筒柱9-8相配合，将气缸架17固定。
如图14和15所示，四通气缸10为圆周对称形状，主要由四个第一活塞10-1、四个第一活塞筒10-2、气室10-3和三角卡固定槽10-4组成。四个第一活塞筒10-2以气室10-3为中心等间隔水平布置，第一活塞10-1装配在第一活塞筒10-2内，在气室10-3的气压作用下第一活塞10-1可在第一活塞筒10-2内活动。第一活塞筒10-2外壁为矩形，第一活塞筒10-2放置在气缸支架9-6上，并通过第一限位块9-5进行限位，同时气缸架17的气缸架固定孔17-4通过与固定筒柱9-8的配合，将四通气缸10进行固定。三角卡固定槽10-4与三角形卡块14的固定柱14-1相配合，将三角形卡块14固定在第一活塞10-1的外端并随之一起运动。三角形卡块14的斜面14-2插在卡槽8-7内，使得底部端盖9不会从底部密封口8-6脱落，其装配样式如图16所示。
如图17所示，配重负载13为圆筒状，其内壁有截面为矩形的环形凹槽13-1，其下部为圆角状，在水中可以减小水阻。
本发明的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其主要装配在水下潜航器底部，在紧急情况时进行抛载上浮，并提供一个上浮推力，防止水草、泥沙阻碍等情况造成的水下潜航器无法上浮。
本发明的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，在水面安装时，首先将金属钠送入气体反应舱8内，放在隔离网7之上。然后将顶部端盖5与气体反应舱8顶部进行密封连接，将单向常开电磁阀3出水口与电磁阀连接口5-3相连接，并将单向常开电磁阀3的控制线与水下潜航器内的控制主板连接，给单向常开电磁阀3上电，将电磁阀连接口5-3关闭。
初始时，底部端盖9的气缸支架9-6上的四通气缸10内为正常大气压。将底部端盖9推入底部密封口8-6，由于三角形卡块14具有斜面14-2，在底部密封口8-6的挤压作用下，三角形卡块14向内运动，第一活塞10-1沿着第一活塞筒10-2向内压入。当底部端盖9推到底部时，轴向密封圈9-2和径向密封圈9-3对底部密封口8-6完成密封，同时三角形卡块14被推到卡槽8-7处，由于气压的作用，使第一活塞10-1沿着第一活塞筒10-2向外伸出，三角形卡块14插入卡槽8-7内，将底部端盖9固定在底部密封口8-6处。其过程分别如图18、图19所示。
随后，通过透气孔9-1外侧的单向阀将气体反应舱8内的气体抽出。由于气体反应舱8内的气压减小，而气室10-3内的气压不变，因而，气压顶着第一活塞10-1沿着第一活塞筒10-2向外运动，进而将三角形卡块14卡的更紧。同时，由于外部大气压的作用，底部端盖9被压在底部密封口8-6处，同时活塞体12-1被推向气道1-2，并被活塞限位块4-2限位。活塞体12-1的运动，带动短连杆12-2、卡环12-3运动。卡环12-3通过销轴与杆体11-4相配合，进而带动杆体11-4运动。杆体11-4末端安有钩板15，由于钩板15的磁性表面15-2与三角形斜槽1-5的磁性斜面1-6磁性相同，又因为限位挡板11-6的限位，钩板15呈展开样式，如图20、图21所示。
将配重负载13从下往上套在外壳1的外部。配重负载13的内壁先将钩板15沿着竖直方向压入三角形斜槽1-5内，如图22所示。当继续把配重负载13推入后，配重负载13内壁的环形凹槽13-1给钩板15提供运动空间，钩板15失去束缚，同时在两个磁面同极相斥的作用下，钩板15向下旋转从而展开，又由于限位挡板11-6的限位作用，钩板15伸入环形凹槽内，将配重负载13挂住，如图23所示。
本发明的装置装配完成后，放入水下。由于水压的作用，底部端盖9被压在底部密封口8-6处。当发生紧急情况时，水下潜航器内的控制主板断开电路，单向常开电磁阀3打开，由于外部水压大于气体反应舱8内气压，因此，海水从电磁阀连接口5-3进入气体反应舱8内。由于金属钠表面有层氧化钠保护层，氧化钠与水反应稍慢，为吸入海水提供了一定时间。当氧化钠与海水反应完后，其内部的钠与水剧烈反应。由于单向常开电磁阀3的单向导通性，且底部端盖9也将气体反应舱8密封，因此，气体反应舱8内气压迅速增大。当气体反应舱8内气压大于外部水压时，气体反应舱8内的气压推动活塞体12-1向外运动，通过短连杆12-2、卡环12-3和杆体11-4的联动，杆体11-4带动钩板15向中间移动，钩板15逐渐脱离配重负载13的环形凹槽，当钩板15无法挂住配重负载13时，配重负载13由于重力作用掉落，实现了抛载。
气体反应舱8内压力继续增大，由于气室10-3内的气压不变，在外部压力的作用下，第一活塞10-1带动三角形卡块14沿着第一活塞筒10-2向内运动。当压力达到一定程度时，三角形卡块14从卡槽8-7内脱离，底部端盖9受到外部水压和舱壁摩擦力向内作用力，同时受到内部压力的作用，由于气体反应舱8内的压力远远大于外部水压和舱壁摩擦力，因此底部端盖9被内部压力顶出，气体反应舱8内的海水和高压气体经过底部收缩口8-5进行加速，进而从底部密封口8-6喷出，产生的反推力将使水下潜航器摆脱泥沙、海草的干扰，更快的到达水面。
Claims (8)
1.一种用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：包括反推机构，所述的反推机构包括外壳、设置在外壳内部的气体反应舱；所述气体反应舱通过气管与外壳壳体内的气道连通；气体反应舱的底部设有底部端盖，底部端盖通过气缸机构与气体反应舱密封连接，并在气体反应舱内部气压增大时自动脱落。
2.根据权利要求1所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：所述的气缸机构固定在底部端盖上，包括气室、两个以上第一活塞筒，两个以上第一活塞筒以气室为中心沿圆周布置；所述第一活塞筒内设有第一活塞，第一活塞的外端连接有卡块；气体反应舱底部内壁设有卡槽，所述第一活塞在气压的作用下沿第一活塞筒伸出或回缩，进而使卡块与卡槽连接或分离。
3.根据权利要求1所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：所述底部端盖的上端面设有环形的轴向挡板；所述轴向挡板的外壁设有轴向密封圈；底部端盖的上端面设有径向密封圈，底部端盖的中部设有与气体反应舱连通的透气孔；轴向挡板内设有气缸支架。
4.根据权利要求1所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：所述气体反应舱的顶部密封连接顶部端盖；所述顶部端盖设有开口，开口处安装单向常开电磁阀。
5.根据权利要求1所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：还包括配重负载；所述配重负载通过活塞连杆机构可拆卸地装配于所述反推机构的外部。
6.根据权利要求5所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：所述的活塞连杆机构包括第二活塞、第二活塞筒，所述第二活塞筒与外壳内壁连接，并与外壳壳体内的气道连通；第二活塞的外端连接短连杆；短连杆的另一端与长连杆连接，所述长连杆上端通过转轴固定，下端设有钩板；所述第二活塞在气压的作用下，沿第二活塞筒伸出或缩回，进而驱动长连杆绕轴转动。
7.根据权利要求6所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：所述的钩板铰接在长连杆的下端；钩板的下方设有限位挡板；在外壳的底部设有开口向下的斜槽；钩板与斜槽分别设有磁性相同的磁面，在同性相斥的作用，钩板向下旋转打开。
8.根据权利要求6所述的用于水下潜航器的反推式应急抛载装置，其特征在于：所述的配重负载为两端开口的壳体结构，其内壁设有环形凹槽，所述环形凹槽与所述钩板配合固定。
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