一种用于欠驱动UUV的定深悬浮系统的制作方法

本实用新型涉及UUV控制领域，尤其涉及一种适用于欠驱动UUV的浮力调节系统。

背景技术：

在海洋作业的过程中，有时需要UUV能够悬浮在水下预定的深度范围，这就要求UUV应具有水下定深悬浮功能。欠驱动UUV的控制是通过3个控制输入(轴向推力、水平舵俯仰力矩、垂直舵偏航力矩)控制6个自由度的运动。其中欠驱动UUV的深度改变，主要依靠轴向推进器与水平舵实现，海水的密度在不同的海域、不同的深度上均可能有所不同，当没有水平航速时，欠驱动UUV难以实现深度的控制，定深悬浮难以实现。而通过在欠驱动UUV上安装浮力调节装置，调节剩余浮力，便可在没有水平推力情况下进行深度调节，实现定深悬浮。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于欠驱动UUV的定深悬浮系统，有利于克服欠驱动UUV在没有轴向速度情况下难以实现深度调节、无法实现长时间定深悬浮工作的缺点，通过在设计UUV时加装定深悬浮系统实现欠驱动UUV在没有轴向速度情况下的深度调节与定深悬浮。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于欠驱动UUV的定深悬浮系统，由控制系统、电源、深度传感器及浮力调节装置组成，所述的浮力调节装置包括艏部浮力调节装置和艉部浮力调节装置，艏、艉部浮力调节装置结构相同，成对称安装，关于UUV过浮心的横截面对称，其中艏部浮力调节装置安装于UUV的艏部，艉部浮力调节装置安装于UUV的艉部，艏、艉部浮力调节装置均安装于UUV的底部，艏、艉部浮力调节装置纵轴线与UUV纵轴线平行，且关于UUV纵剖面对称。

进一步地，艏、艉部浮力调节装置共用一套控制系统与电源。

进一步地，所述的浮力调节装置由海水液压系统、液位传感器、活塞、海水舱、气舱及导轨组成；其中气舱与海水舱均为耐压舱，中间利用活塞进行隔离。

进一步地，所述的海水液压系统、液位传感器、活塞、海水舱、气舱及导轨均采用耐海水腐蚀组件。

进一步地，所述的海水液压系统由海水泵、海水泵驱动电机、集成阀组、海水管路、过滤器及控制器组成。

本实用新型的有益效果：

本实用新型能使欠驱动UUV在没有轴向速度的情况下实现深度的调节，在轴向推进器关闭的情况下实现定深悬浮，特别适用于UUV需要关闭推进器并调节深度以及在预定深度定深悬浮工作的场合。由于达到预定深度且稳定后可以通过关闭海水液压系统保持欠驱动UUV在无动力情况下长时间定深悬浮，可有效节约能源，特别适用于UUV需在预定深度长时间悬浮的场合。

附图说明

图1本实用新型欠驱动UUV的定深悬浮系统原理框图。

图2本实用新型浮力调节装置安装及结构示意图。

具体实施方式

参照图1所示，一种用于欠驱动UUV的定深悬浮系统由控制系统、电源、深度传感器及浮力调节装置组成；参照图2所示，所述的浮力调节装置包括艏部浮力调节装置与艉部浮力调节装置，艏、艉部浮力调节装置关于UUV过浮心的横截面对称，其中艏部浮力调节装置安装于UUV的艏部，艉部浮力调节装置安装于UUV的艉部；艏、艉部浮力调节装置均安装于UUV的底部，两套装置纵轴线与UUV纵轴线平行，且关于UUV纵剖面对称。

参照图1所示，艏、艉部浮力调节装置共用一套控制系统与电源；控制系统通过深度传感器获取UUV的当前深度信息，与目标深度信息进行对比，获得深度差值；对深度差值进行微分，得到深度差变化速度；以深度差值与深度变化速度为输入，控制海水液压系统的工作状态(排水、注水、关闭)，当深度差为H1米范围内且深度差变化速度为零时关闭海水液压系统，实现UUV在该深度上的定深悬浮。

参照图2所示，浮力调节装置由海水液压系统(1)、液位传感器(2)、活塞(7)、海水舱(3)、气舱(4)及导轨(5,6)组成。其中气舱(4)与海水舱(3)均为耐压舱，中间利用活塞(7)进行隔离。控制系统通过控制海水液压系统(1)来实现活塞(7)沿着导轨(5,6)前后移动，从而达到调节UUV浮力的目的。耐压舱的容积设计时，需在保证浮力调节范围的前提下，留有一定的余量，浮力调节过程中，需保证耐压舱内的压力在合适的范围内。气舱(4)内部充有适量氮气。活塞(7)具有很好的密封性，能有效隔断海水舱(3)与气舱(4)。海水液压系统(1)、液位传感器(2)、活塞(7)、海水舱(3)、气舱(4)及导轨(5,6)均采用耐海水腐蚀组件。

海水液压系统由海水泵、海水泵驱动电机、集成阀组、海水管路、过滤器及控制器组成。控制系统通过控制海水液压系统控制器来实现对海水泵驱动电机及集成阀组的控制，可以通过改变海水泵驱动电机的转向、转速，及集成阀组的开启与关闭来实现海水舱水量的变化，从而推动活塞前后运动。

参照图1所示，控制系统通过液位传感器获取液位数据，利用液位数据处理得到活塞的位置，通过活塞的位置来实现艏、艉浮力调节装置的同步工作。

考虑到艏艉注排水的速度可能有所差异，所以定深悬浮控制结束后，进入正常定深航行时，需要对这种差异进行补偿。

海上使用时，欠驱动UUV的定深悬浮系统工作主要有二个过程：

(1)深度过渡过程：初始深度不在设定深度，控制系统控制海水液压系统不断的注排水，推动活塞前后移动改变欠驱动UUV剩余浮力，从而控制其深度过渡到设定的目标深度。注排水速度先急后缓：当前深度与目标深度差值越大，注排水速度越高；越接近目标深度，注排水速度越低。

(2)深度保持过程：欠驱动UUV到达目标深度且深度稳定的同时，即当深度差为H1米范围内且深度差变化速度为零时关闭海水液压系统，实现UUV在该深度上的无动力定深悬浮。