CN203581367U - 用于自治水下航行器的单向浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自治水下航行器的配套设备，具体地说是一种用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，包括浮力材外罩、外皮囊舱、皮囊、控制舱耐压壳、控制阀、耐压舱侧端盖及耐压舱壳体，外皮囊舱、控制舱耐压壳、耐压舱侧端盖与耐压舱壳体依次相连，并通过浮力材外罩包裹，外皮囊舱及耐压舱壳体内分别装有皮囊，外皮囊舱上开有通水孔；控制阀安装在控制舱耐压壳内，分别与两个皮囊相连通，控制阀通过自治水下航行器控制两皮囊之间油的流动方向；外皮囊舱内皮囊中的油液流向耐压舱壳体内的皮囊中，通过外皮囊舱内的皮囊体积的变化进行浮力的调节。本实用新型一次下潜即可配平，不需进行额外的配平操作，便可实现重浮力的优化配平。

Description

用于自治水下航行器的单向浮力调节装置

技术领域

本实用新型涉及自治水下航行器的配套设备，具体地说是一种用于自治水下航行器的单向浮力调节装置。

背景技术

深海自治水下航行器是一种依靠自身携带能源进行自主航行的水下平台，可完成深海海底资源和能源的各种探测任务，具有重要的价值。由于深海自治水下航行器的潜深大，在未知大深度水域航行时，随着潜水深度的增加，自治水下航行器的浮力会逐渐变大，这会极大的影响自治水下航行器在大深度水域航行的性能；而且，浮力的增加量和不同水域情况及深度相关。大潜深自治水下航行器为在进行大潜深探测初期，需要根据具体海域和潜深进行重浮力的优化配平。由于大潜深水下航行器组成材料繁多且耐压舱的形式各不相同，以及不同航行水域水文环境的不确定性，精确计算不同航行深度配平量很困难，故需要在试验前针对不同下潜深度进行配平；而在大洋深海环境下，配平过程非常耗时且困难。目前，一般采用分几次下潜配平，逐步提高下潜深度和逐步增加配平铅块的方法达到预定深度优化航行的目的。一般情况下需要2～3次下潜才可以实现在预定深度的优化配平。由于航行深度大，下潜和上浮操作过程实施周期长且相对困难，灵敏度差、耗费大量人力物力，因此，减少自治水下航行器下潜配平次数和提高配平质量有着重要的实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于自治水下航行器的单向浮力调节装置。该单向浮力调节装置安装在自治水下航行器的主体上，不需要大量消耗自治水下航行器上的能源，便可实现在预定航行深度单向减小航行器的浮力，使得航行器在预定工作深度达到最优的重浮力平衡状态，进而能够使自治水下航行器在该深度下完成相关任务；该单向浮力调节装置对于大潜深自治水下航行器，在未知海域和不同深度航行时一次下潜即可配平，不需进行额外的配平操作，便可实现重浮力的优化配平。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型安装在自治水下航行器上，包括浮力材外罩、外皮囊舱、皮囊、控制舱耐压壳、控制阀、耐压舱侧端盖及耐压舱壳体，其中外皮囊舱、控制舱耐压壳、耐压舱侧端盖与耐压舱壳体依次相连，并通过所述浮力材外罩包裹，所述外皮囊舱及耐压舱壳体内分别装有皮囊，该外皮囊舱上开有通水孔；所述控制阀安装在控制舱耐压壳内，分别与外皮囊舱和耐压舱壳体内的皮囊相连通，该控制阀通过所述自治水下航行器控制两皮囊之间油的流动方向；海水通过所述通水孔进入到外皮囊舱内，所述外皮囊舱内皮囊中的油液流向耐压舱壳体内的皮囊中，通过外皮囊舱内的皮囊体积的变化进行浮力的调节。

其中：所述浮力材外罩通过连接固定板安装在自治水下航行器上，外皮囊舱及耐压舱壳体上分别套有与所述连接固定板相连的连接环；所述外皮囊舱的一端与控制舱耐压壳的一端密封连接，所述通水孔开设在外皮囊舱的另一端；所述外皮囊舱内的皮囊中设有安装在控制舱耐压壳一端的外油囊出口压盖，该外油囊出口压盖上开有通油槽；所述外油囊出口压盖呈球冠状；所述控制舱耐压壳上分别开有螺纹连接油口节流单元及出口堵死头的螺纹孔，其中油口节流单元的两侧分别通过油路与所述通油槽及所述控制阀相连通，在油口节流单元与通油槽之间的油路上设有插装单向阀；所述出口堵死头所在的螺纹孔通过油路与油口节流单元和插装单向阀之间的油路相连通，油液通过该螺纹孔向外皮囊舱内的皮囊中回流，所述螺纹孔中设有弹簧及密封构件；

所述控制舱耐压壳上密封安装有出线口充油壳，插座的一端通过该出线口充油壳插入控制舱耐压壳内，另一端位于出线口充油壳的槽内，并通过安装在出线口充油壳顶部的出线口端盖密封包裹；

所述耐压舱壳体的一端通过耐压舱侧端盖与控制舱耐压壳相连，另一端分别开有外部压力表接口及外部充气口，所述外部压力表接口及外部充气口外部设有安装在耐压舱壳体另一端上的密封罩；所述耐压舱壳体内的皮囊靠近耐压舱侧端盖的一端内设有内部隔离球壳，耐压舱壳体内的皮囊在收缩时贴在所述内部隔离球壳的外廓上；所述内部隔离球壳内部设有安装在耐压舱侧端盖上的防射流挡板；所述控制舱耐压壳内设有检测耐压舱壳体内部气体压力的内部压力表。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型采用减小排水量的原理来控制自治水下航行器在深海航行时的浮力，可完成在未知海域或者不同深度初次航行时搭载后精确进行预定深度的浮力配平，配平后即可进行航行探测，且可方便读取预定深度的配平量，然后拆掉本实用新型后，通过该上次配平量进行自治水下航行器的优化配平，避免在未知海域和深度下的多次配平操作。

2.本实用新型是一个功能独立的模块，依靠连接固定板通过螺钉与自治水下航行器主体连接，故本实用新型与自治水下航行器之间的连接和分离非常方便、可靠，便于安装和拆卸。

3.本实用新型在控制舱耐压壳上开设有螺纹孔，油口节流单元及出口堵死头放置在螺纹孔内，其中出口堵死头所在的螺纹孔里面还有弹簧和密封构件，在弹簧的作用下，密封构件会自动密封，以此来保证皮囊内的油液不会泄露；在通常情况下出口堵死头会拧入螺纹孔内，只有当油液需要回放时，才需要移开出口堵死头。

4.本实用新型耐压舱壳体上安装了外部压力表接口和外部充气口两个接口，通过这两个接口可控制耐压舱壳体内部的初始气体压强，通过内部压力传感器可测量得到耐压舱壳体内部的实时压力，当外皮囊舱内的皮囊中的油液流入耐压舱壳体内的皮囊中后气压升高，通过内部压力传感器的压力值和自治水下航行器本体测量的温度值，可精确推算出浮力调节系统的浮力调节量，实现了浮力调节的精确控制。

附图说明

图1为安装了本实用新型的自治水下航行器的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的内部结构剖视图；

图4为图3中I处的局部放大图；

图5为本实用新型控制舱部分的局部放大示意图；

图6为本实用新型的液压系统原理示意图；

其中：1为浮力材外罩，2为连接固定板，3为油口节流单元，4为连接环，5为外皮囊舱，6为皮囊，7为出线口端盖，8为出线口充油壳，9为耐压舱侧端盖，10为内部隔离球壳，11为耐压舱壳体，12为螺钉，13为密封圈，14为出口堵死头，15为外油囊出口压盖，16为插座，17为二位二通阀，18为控制舱耐压壳，19为电子单元，20为插装单向阀，21为通水孔，22为外部压力表接口，23为外部充气口，24为第一回油旁路接口，25为第二回油旁路接口，26为内部压力表，27为水下航行器，28为防射流挡板，29为通油槽，30为密封罩。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1所示，本实用新型的单向浮力调节装置的整体通过连接固定板2固接在自治水下航行器27上。如图1～4所示，本实用新型包括浮力材外罩1、外皮囊舱5、皮囊6、控制舱耐压壳18、控制阀、耐压舱侧端盖9及耐压舱壳体11，本实用新型的的控制阀为二位二通阀17；连接固定板2通过螺钉12固定在自治水下航行器27上，浮力材外罩1通过螺钉12固定在连接固定板2上，本实用新型单向浮力调节装置的内部结构由外皮囊舱5、耐压舱壳体11和控制舱耐压壳18包裹着，外皮囊舱5、耐压舱壳体11和控制舱耐压壳18又被浮力外罩1包裹着，起到一定的保护作用。外皮囊舱5、控制舱耐压壳18、耐压舱侧端盖9与耐压舱壳体11依次相连，外皮囊舱5和耐压舱壳体11上分别套有连接环4，外皮囊舱5和耐压舱壳体11分别通过连接环4固定在连接固定板2上。本实用新型的浮力材为现有技术，是玻璃微珠与环氧树脂复合材料。

外皮囊舱5的一端与控制舱耐压壳18的一端密封连接，另一端开有通水孔21，海水通过通水孔21进入到外皮囊舱5内；在外皮囊舱5内设有皮囊6，外皮囊舱5内的皮囊6中设有固接在控制舱耐压壳18一端端面的外油囊出口压盖15，该外油囊出口压盖15的形状呈球冠状，对外皮囊舱5内的皮囊6起保护作用，在外油囊出口压盖15上开有通油槽29，外皮囊舱5内的皮囊6中的油液可以通过该通油槽29流出。

耐压舱壳体11的一端通过耐压舱侧端盖9与控制舱耐压壳18的另一端相连，耐压舱壳体11的另一端分别开有外部压力表接口22及外部充气口23，外部压力表接口22用于接压力传感器，来测定耐压舱壳体11内的皮囊6内部油液的压力，外部充气口23与大气相通，当外皮囊舱5内的皮囊6需要回油时，可以通过向耐压舱壳体11的舱内打气，能使耐压舱壳体11内部的皮囊6内的油液流回到外皮囊舱5内的皮囊6内。耐压舱侧端盖9分别通过密封圈13与耐压舱壳体11及控制舱耐压壳18相密封，防止海水进入。外部压力表接口22及外部充气口23的外部设有通过螺钉12及密封圈13密封安装在耐压舱壳体11另一端上的密封罩30。耐压舱壳体11内设有皮囊6，皮囊6靠近耐压舱侧端盖9的一端内设有内部隔离球壳10，该内部隔离球壳10的外形呈球形，耐压舱壳体11内的皮囊6在收缩时可以贴在内部隔离球壳10的外廓上，对皮囊6起保护作用；同时，内部隔离球壳10的内部还设有一个安装在耐压舱侧端盖9上的防射流挡板28，保护耐压舱壳体11内的皮囊6不受高压快速油液的冲击。

控制舱耐压壳18内分别设有二位二通阀17及电子单元19，二位二通阀17分别与外皮囊舱5和耐压舱壳体11内的皮囊6相连通，电子单元19与自治水下航行器27相连，控制二位二通阀17的换向；本实用新型的电子单元19为现有技术。控制舱耐压壳18上分别开有螺纹连接油口节流单元3及出口堵死头14的螺纹孔，其中油口节流单元3的两侧分别通过油路与通油槽29及二位二通阀17相连通，通过更换不同内部孔径的油口节流单元3，可控制在预定深度外皮囊舱5内的皮囊6中油液的流速，达到流量可控的目的；在油口节流单元3与通油槽29之间的油路上设有插装单向阀20，该插装单向阀20控制油液只能从通油槽29流向二位二通阀17。出口堵死头14所在的螺纹孔通过油路与油口节流单元3和插装单向阀20之间的油路相连通，如图6所示，当油液通过该螺纹孔向外皮囊舱5内的皮囊6中回流时，将出口堵死头14拿掉，并通过第一回油旁路接口24及第二回油旁路接口25回流至外皮囊舱5内的皮囊6中；出口堵死头14所在的螺纹孔中设有弹簧及密封构件，可起到单向阀的作用。控制舱耐压壳18上密封安装有出线口充油壳8，插座16的一端通过该出线口充油壳8插入控制舱耐压壳18内，另一端位于出线口充油壳8的槽内，并通过安装在出线口充油壳8顶部的出线口端盖7及密封圈13密封包裹，防止海水进入。控制舱耐压壳18还内设有检测耐压舱壳体11内部气体压力的内部压力表26，通过内部压力表26可实时测量耐压舱壳体11内部的气体压力，另外结合自治水下航行器27测量的外部环境温度参数，通过气体压缩定律可推算得到外皮囊舱5内的皮囊6中油液向耐压舱壳体11流入的量，从而可精确的得到自治水下航行器的整体浮力减小量。

本实用新型的工作原理为：

如图6所示，当自治水下航行器需要在未知海域预定深度初次作业时，把两个单向浮力调节装置通过连接固定板2对称固定在自治水下航行器27的两侧；外皮囊舱5内的皮囊6内装满油液，耐压舱壳体11内的皮囊6内没有油液。当自治水下航行器27下潜到指定深度后，通过自治水下航行器27螺旋桨转速的大小评估出自治水下航行器27的重浮力状态，根据该重浮力状态给出浮力调节量。然后通过电子单元19控制二位二通阀17来控制外皮囊舱5内的皮囊6和耐压舱壳体11之间通路的通断。当二位二通阀17打开时，通路打开，外皮囊舱5内皮囊6中的油液由通油槽29流出，依次经插装单向阀20、油口节流单元3、二位二通阀17进入到耐压舱壳体11内的皮囊6中，外皮囊舱5内皮囊6体积变小，浮力减小。同时，通过实时的内部压力表26和自治水下航行器27的温度传感器值计算浮力调节装置的进油量，当到达预定计算的调节量后，便控制二位二通阀17关闭，航行体的浮力状态便可保持在预定状态下。若需要向外皮囊舱5内的皮囊6中回流，拿掉出口堵死头14，通过外部充气口23向耐压舱壳体11内打气，同时二位二通阀17换向，耐压舱壳体11内皮囊6中的油液依次经二位二通阀17、油口节流单元3、、第一回油旁路接口24、第二回油旁路接口25回流到外皮囊舱5内的皮囊6中。

本实用新型适合用于深海自治水下航行器在未知海域大深度航行探测过程的浮力自动调节，避免深海航行时的多次反复配平。本实用新型不需要大量消耗航行器本身的能量，通过改变浮力调节装置的体积原理来调节自治水下航行器的浮力，依靠气压原理实现自治水下航行器浮力调节量的测量。本实用新型可实现航行器、特别是大潜深航行器海上航行不需单独配平的功能。

Claims (10)

1.一种用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述单向浮力调节装置安装在自治水下航行器（27）上，包括浮力材外罩（1）、外皮囊舱（5）、皮囊（6）、控制舱耐压壳（18）、控制阀、耐压舱侧端盖（9）及耐压舱壳体（11），其中外皮囊舱（5）、控制舱耐压壳（18）、耐压舱侧端盖（9）与耐压舱壳体（11）依次相连，并通过所述浮力材外罩（1）包裹，所述外皮囊舱（5）及耐压舱壳体（11）内分别装有皮囊（6），该外皮囊舱（5）上开有通水孔（21）；所述控制阀安装在控制舱耐压壳（18）内，分别与外皮囊舱（5）和耐压舱壳体（11）内的皮囊（6）相连通，该控制阀通过所述自治水下航行器（27）控制两皮囊（6）之间油的流动方向；海水通过所述通水孔（21）进入到外皮囊舱（5）内，所述外皮囊舱（5）内皮囊（6）中的油液流向耐压舱壳体（11）内的皮囊（6）中，通过外皮囊舱（5）内的皮囊（6）体积的变化进行浮力的调节。

2.按权利要求1所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述浮力材外罩（1）通过连接固定板（2）安装在自治水下航行器（27）上，外皮囊舱（5）及耐压舱壳体（11）上分别套有与所述连接固定板（2）相连的连接环（4）。

3.按权利要求1所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述外皮囊舱（5）的一端与控制舱耐压壳（18）的一端密封连接，所述通水孔（21）开设在外皮囊舱（5）的另一端；所述外皮囊舱（5）内的皮囊（6）中设有安装在控制舱耐压壳（18）一端的外油囊出口压盖（15），该外油囊出口压盖（15）上开有通油槽（29）。

4.按权利要求3所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述外油囊出口压盖（15）呈球冠状。

5.按权利要求3所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述控制舱耐压壳（18）上分别开有螺纹连接油口节流单元（3）及出口堵死头（14）的螺纹孔，其中油口节流单元（3）的两侧分别通过油路与所述通油槽（29）及所述控制阀相连通，在油口节流单元（3）与通油槽（29）之间的油路上设有插装单向阀（20）；所述出口堵死头（14）所在的螺纹孔通过油路与油口节流单元（3）和插装单向阀（20）之间的油路相连通，油液通过该螺纹孔向外皮囊舱（5）内的皮囊（6）中回流，所述螺纹孔中设有弹簧及密封构件。

6.按权利要求1所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述控制舱耐压壳（18）上密封安装有出线口充油壳（8），插座（16）的一端通过该出线口充油壳（8）插入控制舱耐压壳（18）内，另一端位于出线口充油壳（8）的槽内，并通过安装在出线口充油壳（8）顶部的出线口端盖（7）密封包裹。

7.按权利要求1所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述耐压舱壳体（11）的一端通过耐压舱侧端盖（9）与控制舱耐压壳（18）相连，另一端分别开有外部压力表接口（22）及外部充气口（23），所述外部压力表接口（22）及外部充气口（23）外部设有安装在耐压舱壳体（11）另一端上的密封罩（30）。

8.按权利要求1或7所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述耐压舱壳体（11）内的皮囊（6）靠近耐压舱侧端盖（9）的一端内设有内部隔离球壳（10），耐压舱壳体（11）内的皮囊（6）在收缩时贴在所述内部隔离球壳（10）的外廓上。

9.按权利要求8所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述内部隔离球壳（10）内部设有安装在耐压舱侧端盖（9）上的防射流挡板（28）。

10.按权利要求1所述用于自治水下航行器的单向浮力调节装置，其特征在于：所述控制舱耐压壳（18）内设有检测耐压舱壳体（11）内部气体压力的内部压力表（26）。

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