CN219668461U - 水下航行器用浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

一种水下航行器用浮力调节装置，包括耐压舱体，耐压舱体的外侧设置有装配部，装配部上装设有气囊和液囊；耐压舱体内装设有液压控制单元、气压控制单元和油箱；液压控制单元分别连通液囊和油箱，以使油液在液囊和油箱之间流通；气压控制单元分别连通气囊和耐压舱体，以使气体在气囊和耐压舱体之间流通。本实用新型实施例中通过设置气囊和液囊，能够在低压时通过充气排气进行浮力调节，在高压时通过充液排液进行浮力调节，气囊和液囊能够以协同和互补的多种方式进行浮力调节，使浮力调节的形式更加多样化，相较于吸排海水改变自重能源消耗较少，不存在局限性，浮力可调大也可调小。

Description

水下航行器用浮力调节装置

技术领域

本实用新型属于水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下航行器用浮力调节装置。

背景技术

无人水下航行器是一种水下观测、探测平台，目前已经广泛运用于海洋科学研究领域和军事探测领域。浮力调节装置是水下航行器的核心功能单元之一，其性能的优劣直接影响到水下航行器的整体性能。由于海水密度随着深度的增大而增大，因此水下航行器在进行下潜或上浮时，通常要对自身的浮力进行调节。

目前小型水下航行器通常用回排油的方式来改变自身的体积大小，以达到调节浮力的目的，该种方式调节形式单一；大型水下航行器如潜艇等通常用吸排海水的方式来改变自身重力，以达到上浮下潜的目的，该种方式不适用于小型水下航行器，且存在着可靠性差、效率低、能耗大等缺点；还有部分水下航行器通过抛弃部分重物来降低自身重量，实现上浮动作，该种方式只能实现上浮而不能实现下潜，局限性较强。综上，从现有技术来看，水下浮力调节装置存在着调节形式单一、能耗偏大、局限性较强等缺点，亟需通过新的技术手段或发明装置进行解决。

实用新型内容

针对相关技术中存在的不足之处，本实用新型提供了一种水下航行器用浮力调节装置，以解决当前浮力调节装置形式单一、能耗偏大、局限性强的问题。

本实用新型提供一种水下航行器用浮力调节装置，包括耐压舱体，耐压舱体的外侧设置有装配部，装配部上装设有气囊和液囊；

耐压舱体内装设有液压控制单元、气压控制单元和油箱；

液压控制单元分别连通液囊和油箱，以使油液在液囊和油箱之间流通；

气压控制单元分别连通气囊和耐压舱体，以使气体在气囊和耐压舱体之间流通。

在其中一些实施例中，气囊被包覆在液囊中。

在其中一些实施例中，液囊具有敞口，气囊通过敞口延伸到液囊内，装配部将敞口封闭，用以在装配部外侧的气囊和液囊之间构成液压舱。

在其中一些实施例中，装配部装设有导流罩，导流罩具有能够使液体进出连通口，并套设液囊，导流罩设置的固定法兰将敞口设置的密封法兰压持固定在装配部上。

在其中一些实施例中，装配部装设有压紧环，压紧环将气囊的外周压持固定在装配部上，用以在装配部和气囊之间构成气压舱。

在其中一些实施例中，气囊的外周具有密封圈，密封圈通过压紧环压持固定在装配部开设的密封槽中。

在其中一些实施例中，液压控制单元包括液压泵、第一单向阀和第一电磁阀；

装配部设置有与液囊相连通的油液通道，油箱分别通过输油管路和回油管路与油液通道相连通；

液压泵和第一单向阀装设在输油管路上，第一电磁阀装设在回油管路上。

在其中一些实施例中，气压控制单元包括气泵、第二单向阀和第二电磁阀；

装配部设置有与气囊相连通的气体通道，耐压舱体通过充气管路和排气管路与气体通道相连通；

气泵和第二单向阀装设在充气管路上，第二电磁阀装设在排气管路上。

在其中一些实施例中，气囊设置有封闭的补偿腔，补偿腔内填充有气体。

在其中一些实施例中，油箱为两端封闭的波纹管。

基于上述技术方案，本实用新型实施例中通过设置气囊和液囊，能够在低压时通过充气排气进行浮力调节，在高压时通过充液排液进行浮力调节，气囊和液囊能够以协同和互补的多种方式进行浮力调节，使浮力调节的形式更加多样化，相较于吸排海水改变自重能源消耗较少，不存在局限性，浮力可调大也可调小，解决了当前浮力调节装置形式单一、能耗偏大、局限性强的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型水下航行器用浮力调节装置的剖视结构图图；

图2为本实用新型水下航行器用浮力调节装置隐藏部分耐压舱体且剖开的结构示意图一；

图3为本实用新型水下航行器用浮力调节装置隐藏部分耐压舱体且剖开的结构示意图二；

图4为本实用新型水下航行器用浮力调节装置液压控制单元和气压控制单元的系统结构图。

图中：

1、耐压舱体；11、装配部；12、压紧环；13、密封槽；14、油液通道；15、气体通道；

2、气囊；2A、气压舱；21、密封圈；22、补偿腔；

3、液囊；3A、液压舱；31、敞口；

4、液压控制单元；41、液压泵；42、第一单向阀；43、第一电磁阀；44、输油管路；45、回油管路；

5、气压控制单元；51、气泵；52、第二单向阀；53、第二电磁阀；54、充气管路；55、排气管路；

6、油箱；

7、导流罩；71、连通口；72、固定法兰；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至4所示，在本实用新型水下航行器用浮力调节装置的一个示意性实施例中，该水下航行器用浮力调节装置包括耐压舱体1，耐压舱体1的外侧设置有装配部11，气囊2和液囊3装设在装配部11上，使两者处于外侧。

耐压舱体1内装设有液压控制单元4、气压控制单元5和油箱6。油箱6内盛放有油液，液压控制单元4分别连通液囊3和油箱6，以使油液在液囊3和油箱6之间流通。气压控制单元5分别连通气囊2和耐压舱体1，以使气体在气囊2和耐压舱体1的内部空间之间流通。

当水压航行器处于低压水下环境时，气压控制单元5将耐压舱体1内部空间中的气体送入到气囊2中，使气囊2膨胀，增加排开液体的体积，从而提高浮力；气压控制单元5将气囊2中充入的气体送回到耐压舱体1内，气囊2缩小，排开液体的体积减小，从而减小浮力。当水下航行器处于高压水下环境时，液压控制单元4将油箱6中的油液送入到液囊3中，使液囊3膨胀，增加排开液体的体积，提高浮力；液压控制单元4将液囊3中充入的油液送回到油箱6中，液囊3缩小，排开液体的体积减小，从而减小浮力。

在上述示意性实施例中，水下航行器用浮力调节装置具有气囊和液囊两种能够改变浮力的结构，两种调节浮力的结构能够协同工作，使浮力调节的工作形式更加多样化；在低压水下环境时，气体不会受到较大压力而产生较为明显的体积压缩，此时采用对气囊进行充放气，能够有效的改变气囊体积，调节浮力大小，而且气体相较于液体具有更强的流动性，浮力调节也更加迅速；在高压水下环境时，液体能够承受较大的压力，保持自身体积的相对稳定，此时采用对液囊进行充放液，能够有效的改变液囊体积，调节浮力大小，外部压力对浮力调节的影响更小，浮力调节装置能够适配高压和低压的外部环境，并且浮力可调大也可调小，工作局限性小，相较于吸排海水改变自重的浮力调节方式，能源消耗较少，而且在低压环境时气体无须采用较大的作用力即可充入气囊，气压控制单元负载较小，能源消耗能够进一步降低；另外，水下环境的压力能够作用于气囊和液囊，将充入的气体和液体送回耐压舱体和油箱，降低气压控制单元和液压控制单元对气体和液体的主动作用，降低能耗，解决了当前浮力调节装置形式单一、能耗偏大、局限性强的问题。

为了进一步降低能源消耗，使气体和液体更容易排出气囊2和液囊3，耐压舱体1的内部空间始终处于负压状态。气囊2中充入的气体在负压作用下吸回到耐压舱体1的内部空间中，液囊3中充入的液体在负压以及外部水下液体压力的作用下流回到耐压舱体1中的油箱6内，气压控制单元5和液压控制单元4无须对气体和液体进行主动作用，从而降低了能耗。气压控制单元5将耐压舱体1内空气充入气囊2时，耐压舱体1内空气减少而产生负压，也能够达到降低空气流回能耗的相同效果。

在一些实施例中，气囊2被包覆在液囊3中，使气囊2与液囊3共用安装空间，使浮力调节装置的结构更加紧凑，在不增大安装空间的前提下实现多功能浮力调节和能耗的降低。气囊2在内，液囊3在外，液囊3中的液体在水下液体压力的作用下，保持体积稳定，并能够将水下液体的压力直接向内传递至气囊2，力量传递过程中耗损微小，使气囊2能够在水下液体压力的间接作用下较为迅速的排空，提高浮力降低的速度，保证浮力能够调节至最低。

在一些实施例中，液囊3具有敞口31，气囊2通过敞口31延伸到液囊3内，即使液囊3通过敞口31将气囊2套在其中。液囊3装设在装配部11上，装配部11将敞口31封闭，从而在装配部11外侧的气囊2和液囊3之间构成液压舱3A。液压控制单元4将油液充入到液压舱3A内，液囊3膨胀，由于液囊3直接接触水下液体，从而增加排开液体的体积，增加浮力。

在一些实施例中，装配部11装设有导流罩7，导流罩7套设液囊3，从而使液囊3以及其内部的气囊2均位于导流罩7内。导流罩7使水下航行器外形整体流线，水流顺畅流过，降低航行阻力。

为了保证膨胀收缩的液囊3能够改变排开液体的体积，从而改变浮力，导流罩7具有能够使液体进入的连通口71。为了使水下液体能够快速充分的接触液囊3，导流罩可设置为筒状，连通口71即为导流罩外端的端口。

导流罩7设置有固定法兰72，固定法兰72将液囊3外周的敞口31压持固定在装配部11上，实现装配部11对液囊3的密封，导流罩7不仅进行导流，同时起到固定的作用，减少装置部件数量，减轻水下航行器整体重量，使水下航行器浮潜灵活。

在一些实施例中，装配部11装设有压紧环12，压紧环12将气囊2的外周压持固定在装配部11上，从而将气囊2封闭，在装配部11和气囊2之间构成气压舱2A。气压控制单元5将气体充入到气压舱2A内，气囊膨胀，进而由内向外推顶液囊3，使液囊3随之膨胀，增加排开液体的体积，增加浮力。

在一些实施例中，气囊2的外周具有密封圈21，密封圈21通过压紧环12压持固定在装配部11开设的密封槽13中，从而增加气囊2的气密性。

在一些实施例中，如图2至4所示，液压控制单元4包括液压泵41、第一单向阀42和第一电磁阀43。装配部11设置有与液囊3相连通的油液通道14，油箱6分别通过输油管路44和回油管路45与油液通道14相连通。液压泵41和第一单向阀42装设在输油管路44上，第一电磁阀43装设在回油管路45上。输油管路44、回油管路45、油液通道14可通过三通管进行连接。

第一电磁阀43将回油管路45关闭，液压泵41抽取油箱6中的油液，通过输油管路44泵送至液囊3内，液囊3膨胀，增加浮力。第一单向阀42利用其单向通过的作用阻止油液通过输油管路44回流，同时利用第一电磁阀43对回油管路44的封闭，在液压泵41停止运行时保持液囊3的膨胀状态，节省能源消耗。第一电磁阀43打开回油管路45，在膨胀的液囊3、水下液体压力的作用下，充入液囊3的油液通过回油管路45回到油箱6中，液囊3缩小，浮力减小，无须额外动力，能源消耗小。

在一些实施例中，如图2至4所示，气压控制单元5包括气泵51、第二单向阀52和第二电磁阀53。装配部11设置有与气囊2相连通的气体通道15，耐压舱体1通过充气管路54和排气管路55与气体通道15相连通。气泵51和第二单向阀52装设在充气管路54上，第二电磁阀53装设在排气管路55上。充气管路54、排气管路55、气体通道15可通过三通管进行连接。

第二电磁阀53将排气管路55关闭，气泵51抽取耐压舱体1内部空间中的气体，通过充气管路54泵送至气囊2内，气囊2膨胀，增加浮力。第二单向阀52利用其单向通过的作用阻止气体通过充气管路54回流，同时利用第二电磁阀53对排气管路55的封闭，在气泵51停止运行时保持气囊2的膨胀状态，节省能源消耗。第二电磁阀53打开排气管路55，在膨胀的气囊2、水下液体压力的作用下，充入气囊2的气体通过排气管路54回到耐压舱体1的内部空间中，气囊2缩小，浮力减小，无须额外动力，能源消耗小。

气囊2被包覆在液囊3内时，液囊3接触水下液体，水下液体压力通过液囊3以及其中的油液作用于气囊2，从而在第二电磁阀53打开时排出气囊2中的气体。

在一些实施例中，气囊2设置有封闭的补偿腔22，补偿腔22内填充有气体，填充的气体使补偿腔22保持充盈的形态。在水下航行器进行深度下潜时，随着下潜深度的增加，水下液体压力的增大，并通过直接或者间接的方式作用于补偿腔22，使补偿腔2内的气体在压力的作用下压缩，减小补偿腔22的体积，达到减小浮力的效果，从而能够加快水下航行器的下潜速度；同时，下潜深度的增加，使环境温度降低，补偿腔22内气体的体积也会在热胀冷缩的作用下压缩，达到进一步减小浮力的效果。在水下航行器上浮时，随着水下液体压力的减小以及温度的上升，补偿腔22又能够逐渐膨胀，增加浮力，加快上浮速度。

在一些实施例中，油箱6为两端封闭的波纹管，使油箱6能够轴向伸缩。在液压控制单元4将其中油液抽出时，在负压的作用下油箱6能够缩短，避免有油箱6内负压过大，防止因此增加液压控制单元4抽取油液的负载；油液流回油箱6时油箱6则能够伸长，通过油箱6的伸长和缩短，能够获得油箱6体积的变化量，进而能够对油箱6内油液的容量进行监测。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，包括耐压舱体，所述耐压舱体的外侧设置有装配部，所述装配部上装设有气囊和液囊；

所述耐压舱体装设有液压控制单元、气压控制单元和油箱；

所述液压控制单元分别连通所述液囊和所述油箱，以使油液在所述液囊和所述油箱之间流通；

所述气压控制单元分别连通所述气囊和所述耐压舱体，以使气体在所述气囊和所述耐压舱体之间流通。

2.根据权利要求1所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述气囊被包覆在所述液囊中。

3.根据权利要求2所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述液囊具有敞口，所述气囊通过所述敞口延伸到所述液囊内，所述装配部将所述敞口封闭，用以在所述装配部外侧的所述气囊和所述液囊之间构成液压舱。

4.根据权利要求3所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述装配部装设有导流罩，所述导流罩具有能够使液体进出连通口，并套设所述液囊，所述导流罩设置的固定法兰将所述敞口设置的密封法兰压持固定在所述装配部上。

5.根据权利要求1所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述装配部装设有压紧环，所述压紧环将所述气囊的外周压持固定在所述装配部上，用以在装配部和所述气囊之间构成气压舱。

6.根据权利要求5所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述气囊的外周具有密封圈，所述密封圈通过压紧环压持固定在所述装配部开设的密封槽中。

7.根据权利要求1所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述液压控制单元包括液压泵、第一单向阀和第一电磁阀；

所述装配部设置有与所述液囊相连通的油液通道，所述油箱分别通过输油管路和回油管路与所述油液通道相连通；

所述液压泵和所述第一单向阀装设在所述输油管路上，所述第一电磁阀装设在所述回油管路上。

8.根据权利要求1所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述气压控制单元包括气泵、第二单向阀和第二电磁阀；

所述装配部设置有与所述气囊相连通的气体通道，所述耐压舱体通过充气管路和排气管路与所述气体通道相连通；

所述气泵和第二单向阀装设在所述充气管路上，所述第二电磁阀装设在所述排气管路上。

9.根据权利要求1所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述气囊设置有封闭的补偿腔，所述补偿腔内填充有气体。

10.根据权利要求1所述的水下航行器用浮力调节装置，其特征在于，所述油箱为两端封闭的波纹管。