CN116605390A - 一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,包括设有腔体的浮力系统舱,还包括泵阀液路系统,腔体内设有重心稳定格栅架,浮力系统舱设有连通至腔体的进水接口和排水接口,重心稳定格栅架包括横板和若干隔板,横板将腔体分隔成上区和下区,隔板设置于横板的上侧和下侧并将腔体的上区和下区分别分隔为多个子腔,且相邻的子腔相互连通,泵阀液路系统连通至进水接口和排水接口以控制进水接口的进水和排水接口的排水。上述方案通过泵阀液路系统结合水下压力传感器实现对腔体内的液位的精确调节,同时通过在腔体内设置重心稳定格栅架解决了航行器在悬浮或上浮状态时的重心不稳定问题。本公开还提供一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的调节方法。
Description
技术领域
本发明涉及航行器浮力系统的技术领域,具体涉及一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,以及一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的调节方法。
背景技术
仿蝠鲼航行器是一种基于蝠鲼外型及游动方式设计的新型水下无人航行器,它通过搭载独立的浮力调节系统来实现上浮、下潜及水中悬停,并且它结构紧凑、成本低、运动过程中重心变化小,在水下环境监测、深海渔场巡视等方面有着广泛应用。
当前各种航行器浮力系统分为两大类:一种为改变排水体积从而改变浮力,另一种为改变重量从而改变浮力;其中例如专利:一种大深度水下滑翔机浮力调节装置(公布号CN112896476A),此专利的方案是通过控制液压油填充或排除变体积舱来改变体积、调节浮力,此专利在浮力调节过程中,油馕外型无法控制,因此在实际应用过程中稳定性较差;又如专利:一种变重力浮力调节舱(公布号CN114212227A),此专利的方案是以特定外型布局,通过向舱内引入或排出外部水流以改变潜水航行器的重力,这种方案对潜水航行器的空间要求较高,而且潜水航行器内部液体为未满状态时容易因潜水航行器的机动而晃动,导致潜水航行器的重心不稳,影响操控。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的潜航器的浮力调节系统在实际应用时稳定性较差,尤其是当潜航器内部液体为未满状态时容易因潜航器的机动而晃动,导致潜水航行器的重心不稳,影响操控的问题。
为解决上述问题,本发明提供一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,包括设有腔体的浮力系统舱,还包括泵阀液路系统,所述腔体内设有重心稳定格栅架,所述浮力系统舱设有连通至腔体的进水接口和排水接口,所述重心稳定格栅架包括横板和若干隔板,所述横板将腔体分隔成上区和下区,所述隔板设置于横板的上侧和下侧并将腔体的上区和下区分别分隔为多个子腔,且相邻的子腔相互连通,所述泵阀液路系统连通至进水接口和排水接口以控制进水接口的进水和排水接口的排水。
作为优选的,所述泵阀液路系统包括泵体、第一三通阀、第二三通阀、外部进水口和外部出水口;第一三通阀的a口通过管路连通至泵体,b口通过管路连通至外部进水口,c口通过管路连通至排水接口;第二三通阀的a口通过管路连通至泵体,b口通过管路连通至外部出水口,c口通过管路连通至进水接口。
作为优选的,所述浮力系统舱还设有连通至腔体的溢流接口,所述泵阀液路系统还包括单向阀,所述溢流接口通过管路连通至单向阀的进口,所述单向阀的出口通过管路连通至外部出水口,从而腔体内的多余积水能够经溢流接口、单向阀后从外部出水口排出。
作为优选的,所述浮力系统舱还设有水下压力传感器,所述水下压力传感器的探头位于腔体的底部,从而能够准确检测腔体内部的水压,以便于后续的调节。
作为优选的,浮力系统舱包括壳体、上盖和密封圈,所述腔体位于壳体内且贯穿至壳体的上侧,所述上盖对接至壳体上侧以实现对腔体的封闭,所述密封圈设置于壳体和上盖之间以实现壳体和上盖之间的密封,从而保证浮力系统仓具备较好的密封性,且结构简单,便于加工。
作为优选的,所述横板上侧和下侧的隔板位置相同且均呈鱼骨状布置,所述横板设有多个用于连通上下相邻的子腔的通孔,从而实现重心稳定格栅架对腔体内部的有效分隔,且结构紧凑。
与现有技术相比,上述方案的有益效果包括:
1.通过泵阀液路系统控制进水接口的进水和排水接口的排水,同时结合水下压力传感器对腔体内水压的检测,从而实现对浮力系统舱的腔体内的液位的精确调节,保证对航行器状态的调整更为精准。
2.通过在浮力系统舱的腔体内设置重心稳定格栅架,将腔体分隔成多个子腔,从而实现对腔体内积水的阻隔,有效减少腔体内积水因航行器机动导致的晃动问题,解决了航行器在悬浮或上浮状态时的重心不稳定问题,确保航行器的机动更为稳定,提升了操控性。
3.本方案的浮力系统舱结构简单,密封性好,生产加工成本低,尤其适用于小型仿蝠鲼航行器扁平式外型,能够有效提升航行器内的空间利用率。
本发明还提供一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的调节方法,应用于如上所述的浮力系统装置,具体为:
当触发上浮指令的情况下,第一三通阀的a口、c口开启且b口关闭,第二三通阀的a口、b口开启且c口关闭,泵体运转带动浮力系统舱的腔体内的水从排水接口经外部出水口排出至外界;
当触发下沉指令的情况下,第一三通阀的a口、b口开启且c口关闭,第二三通阀的a口、c口开启且b口关闭,泵体运转带动外部水流从外部进水口经进水接口流入浮力系统舱的腔体内;
当触发悬浮指令的情况下,首先判断航行器当前状态:
若航行器处于下沉状态时,第一三通阀的a口、c口开启且b口关闭,第二三通阀的a口、b口开启且c口关闭,泵体运转带动浮力系统舱的腔体内的水从排水接口经外部出水口排出至外界,并由浮力系统舱内的水下压力传感器判断腔体内的水压,直至水压符合航行器重浮力平衡时泵体停止,随后第一三通阀调制a口、b口保持开启且c口关闭,第二三通阀调制a口、b口保持开启且c口关闭;
若航行器处于上浮状态时,第一三通阀的a口、b口开启且c口关闭,第二三通阀的a口、c口开启且b口关闭,泵体运转带动外部水流从外部进水口经进水接口流入浮力系统舱的腔体内,并由浮力系统舱内的水下压力传感器判断腔体内的水压,直至水压符合航行器重浮力平衡时泵体停止,随后第一三通阀调制a口、b口保持开启且c口关闭,第二三通阀调制a口、b口保持开启且c口关闭。
附图说明
图1为一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的浮力系统舱的爆炸示意图;
图2为一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的整体示意图;
图3为一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的重心稳定格栅架的俯视示意图;
图4为一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的泵阀液路系统的液路示意图。
附图标记说明,
1、浮力系统舱;11、腔体;12、进水接口;13、排水接口;14、溢流接口;101、壳体;102、上盖;103、密封圈;104、螺钉;2、重心稳定格栅架;21、横板;22、隔板;23、通孔;3、泵阀液路系统;31、泵体;32、第一三通阀;33、第二三通阀;34、外部进水口;35、外部出水口;36、单向阀;4、水下压力传感器;41、内六角螺钉;42、O形圈。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。另外需要说明的是,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
实施例1
请参阅图1-图4,本发明的实施例1提供的一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,包括设有腔体11的浮力系统舱1,还包括泵阀液路系统3,腔体11内设有重心稳定格栅架2,浮力系统舱1设有连通至腔体11的进水接口12和排水接口13,重心稳定格栅架2包括横板21和若干隔板22,横板21将腔体11分隔成上区和下区,隔板22设置于横板21的上侧和下侧并将腔体11的上区和下区分别分隔为多个子腔,且相邻的子腔相互连通,泵阀液路系统3连通至进水接口12和排水接口13以控制进水接口12的进水和排水接口13的排水。
在本实施例中,浮力系统舱1包括壳体101、上盖102和密封圈103,腔体11位于壳体101内且贯穿至壳体101的上侧,上盖102对接至壳体101上侧以实现对腔体11的封闭,密封圈103设置于壳体101和上盖102之间以实现壳体101和上盖102之间的密封,从而保证浮力系统仓具备较好的密封性,且结构简单,便于加工。壳体101优选为扁平状结构,从而减少占用体积,能够较好地适配于仿蝠鲼航行器;上盖102与壳体101通过螺钉104实现连接,密封圈103则套设于上盖102和壳体101的交接位置,从而实现密封。
在本实施例中,进水接口12和排水接口13均优选为宝塔接头且均沿竖向设置于上盖102。泵阀液路系统3包括泵体31、第一三通阀32、第二三通阀33、外部进水口34和外部出水口35。泵体31优选为齿轮泵,从而减少占用体积;第一三通阀32、第二三通阀33均为电磁阀,从而能够实时控制各个阀孔的开关。第一三通阀32的a口通过管路连通至泵体31,b口通过管路连通至外部进水口34,c口通过管路连通至排水接口13;第二三通阀33的a口通过管路连通至泵体31,b口通过管路连通至外部出水口35,c口通过管路连通至进水接口12。
作为对上述实施例的优化,浮力系统舱1还设有连通至腔体11的溢流接口14,溢流接口14优选为宝塔接头且同样沿竖向设置于上盖102;泵阀液路系统3还包括单向阀36,溢流接口14通过管路连通至单向阀36的进口,单向阀36的出口通过管路连通至外部出水口35,从而腔体11内的多余积水能够经溢流接口14、单向阀36后从外部出水口35排出。
进一步的,浮力系统舱1还设有水下压力传感器4。水下压力传感器4的型号为薄膜压力传感器,水下压力传感器4的上端通过内六角螺钉41安装至上盖102,且水下压力传感器4的上端与上盖102之间通过O形圈42进行密封;水下压力传感器4的探头向下伸至腔体11的底部。当泵阀液路系统3运行时,航行器是否处于上浮、下沉及悬浮状态是通过水下压力传感器4对浮力系统舱1的腔体11内的水压的检测结合外界不同深度的水压进行推算的,如果需要实现快速上浮或快速下沉可以通过改变泵体1的转速实现。
横板21位于腔体11的中部位置,且腔体11被横板21分隔出的上区和下区的体积可根据实际需要进行设计。在本实施例中,横板21的位置设计为:当腔体11的下区被液体完全填充时,航行器刚好处于悬浮状态。横板21上侧和下侧的隔板22的位置相同且均呈鱼骨状布置,从而实现重心稳定格栅架2对腔体11内部的有效分隔,且结构紧凑。横板21设有多个沿竖向贯穿的通孔23,通孔23可以与子腔逐个对应,以使得每对上下相邻的子腔均通过相应的通孔23实现连通。此外,关于左右相邻的子腔,可以通过在隔板22和腔体11的内侧壁之间设置间隙实现连通,也可以通过在隔板22设置沿横向贯穿的贯穿孔实现连通,左右相邻的子腔的具体连通方式本设计不做限定。
与现有技术相比,上述方案的有益效果包括:
1.通过泵阀液路系统3控制进水接口12的进水和排水接口13的排水,同时结合水下压力传感器4对腔体11内水压的检测,从而实现对浮力系统舱1的腔体11内的液位的精确调节,保证对航行器状态的调整更为精准。
2.通过在浮力系统舱1的腔体11内设置重心稳定格栅架2,将腔体11分隔成多个子腔,从而实现对腔体11内积水的阻隔,有效减少腔体11内积水因航行器机动导致的晃动问题,解决了航行器在悬浮或上浮状态时的重心不稳定问题,确保航行器的机动更为稳定,提升了操控性。
3.本方案的浮力系统舱1结构简单,密封性好,生产加工成本低,尤其适用于小型仿蝠鲼航行器扁平式外型,能够有效提升航行器内的空间利用率。
实施例2
如图4所示,本发明的实施例2提供一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的调节方法,应用于实施例1,具体为:
当触发上浮指令的情况下,第一三通阀32的a口、c口开启且b口关闭,第二三通阀33的a口、b口开启且c口关闭,泵体31运转带动浮力系统舱1的腔体11内的水从排水接口13经外部出水口35排出至外界;
当触发下沉指令的情况下,第一三通阀32的a口、b口开启且c口关闭,第二三通阀33的a口、c口开启且b口关闭,泵体31运转带动外部水流从外部进水口34经进水接口12流入浮力系统舱1的腔体11内;
当触发悬浮指令的情况下,首先判断航行器当前状态:
若航行器处于下沉状态时,第一三通阀32的a口、c口开启且b口关闭,第二三通阀33的a口、b口开启且c口关闭,泵体31运转带动浮力系统舱1的腔体11内的水从排水接口13经外部出水口35排出至外界,并由浮力系统舱1内的水下压力传感器4判断腔体11内的水压,直至水压符合航行器重浮力平衡时泵体31停止,随后第一三通阀32调制a口、b口保持开启且c口关闭,第二三通阀33调制a口、b口保持开启且c口关闭;
若航行器处于上浮状态时,第一三通阀32的a口、b口开启且c口关闭,第二三通阀33的a口、c口开启且b口关闭,泵体31运转带动外部水流从外部进水口34经进水接口12流入浮力系统舱1的腔体11内,并由浮力系统舱1内的水下压力传感器4判断腔体11内的水压,直至水压符合航行器重浮力平衡时泵体31停止,随后第一三通阀32调制a口、b口保持开启且c口关闭,第二三通阀33调制a口、b口保持开启且c口关闭。
通过上述控制流程,航行器即可实现上浮、下沉和悬停的状态。应当说明,航行器是否处于上浮、下沉及悬浮状态是通过水下压力传感器4对浮力系统舱1的腔体11内的水压的检测结合外界不同深度的水压进行推算的。
虽然本公开披露如上,但本公开的保护范围并非仅限于此。对本领域技术人员来说,在不脱离本公开的精神和范围的前提下,可进行各种变更与修改,这些变更与修改均将落入发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,包括设有腔体(11)的浮力系统舱(1),其特征在于,还包括泵阀液路系统(3),所述腔体(11)内设有重心稳定格栅架(2),所述浮力系统舱(1)设有连通至腔体(11)的进水接口(12)和排水接口(13),所述重心稳定格栅架(2)包括横板(21)和若干隔板(22),所述横板(21)将腔体(11)分隔成上区和下区,所述隔板(22)设置于横板(21)的上侧和下侧并将腔体(11)的上区和下区分别分隔为多个子腔,且相邻的子腔相互连通,所述泵阀液路系统(3)连通至进水接口(12)和排水接口(13)以控制进水接口(12)的进水和排水接口(13)的排水。
2.根据权利要求1所述的一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,其特征在于,所述泵阀液路系统(3)包括泵体(31)、第一三通阀(32)、第二三通阀(33)、外部进水口(34)和外部出水口(35);第一三通阀(32)的a口通过管路连通至泵体(31),b口通过管路连通至外部进水口(34),c口通过管路连通至排水接口(13);第二三通阀(33)的a口通过管路连通至泵体(31),b口通过管路连通至外部出水口(35),c口通过管路连通至进水接口(12)。
3.根据权利要求2所述的一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,其特征在于,所述浮力系统舱(1)还设有连通至腔体(11)的溢流接口(14),所述泵阀液路系统(3)还包括单向阀(36),所述溢流接口(14)通过管路连通至单向阀(36)的进口,所述单向阀(36)的出口通过管路连通至外部出水口(35)。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,其特征在于,所述浮力系统舱(1)还设有水下压力传感器(4),所述水下压力传感器(4)的探头位于腔体(11)的底部。
5.根据权利要求1所述的一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,其特征在于,浮力系统舱(1)包括壳体(101)、上盖(102)和密封圈(103),所述腔体(11)位于壳体(101)内且贯穿至壳体(101)的上侧,所述上盖(102)对接至壳体(101)上侧以实现对腔体(11)的封闭,所述密封圈(103)设置于壳体(101)和上盖(102)之间以实现壳体(101)和上盖(102)之间的密封。
6.根据权利要求1所述的一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置,其特征在于,所述横板(21)上侧和下侧的隔板(22)位置相同且均呈鱼骨状布置,所述横板(21)设有多个用于连通上下相邻的子腔的通孔(23)。
7.一种仿蝠鲼航行器的浮力系统装置的调节方法,应用于如上所述的浮力系统装置,其特征在于,
当触发上浮指令的情况下,第一三通阀(32)的a口、c口开启且b口关闭,第二三通阀(33)的a口、b口开启且c口关闭,泵体(31)运转带动浮力系统舱(1)的腔体(11)内的水从排水接口(13)经外部出水口(35)排出至外界;
当触发下沉指令的情况下,第一三通阀(32)的a口、b口开启且c口关闭,第二三通阀(33)的a口、c口开启且b口关闭,泵体(31)运转带动外部水流从外部进水口(34)经进水接口(12)流入浮力系统舱(1)的腔体(11)内;
当触发悬浮指令的情况下,首先判断航行器当前状态:
若航行器处于下沉状态时,第一三通阀(32)的a口、c口开启且b口关闭,第二三通阀(33)的a口、b口开启且c口关闭,泵体(31)运转带动浮力系统舱(1)的腔体(11)内的水从排水接口(13)经外部出水口(35)排出至外界,并由浮力系统舱(1)内的水下压力传感器(4)判断腔体(11)内的水压,直至水压符合航行器重浮力平衡时泵体(31)停止,随后第一三通阀(32)调制a口、b口保持开启且c口关闭,第二三通阀(33)调制a口、b口保持开启且c口关闭;
若航行器处于上浮状态时,第一三通阀(32)的a口、b口开启且c口关闭,第二三通阀(33)的a口、c口开启且b口关闭,泵体(31)运转带动外部水流从外部进水口(34)经进水接口(12)流入浮力系统舱(1)的腔体(11)内,并由浮力系统舱(1)内的水下压力传感器(4)判断腔体(11)内的水压,直至水压符合航行器重浮力平衡时泵体(31)停止,随后第一三通阀(32)调制a口、b口保持开启且c口关闭,第二三通阀(33)调制a口、b口保持开启且c口关闭。
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- 2023-05-05 CN CN202310491422.2A patent/CN116605390A/zh active Pending
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