一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置的制作方法

本发明属于航海领域，具体涉及一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置。

背景技术：

可调压载式浮力均衡装置可通过改变自身的重量来调节浮力的大小，在体积不变的情况下实现净浮力的调节，并能接受系统指令，实现载体浮力的连续可控。

由于水下航行器处于海水中，将海水作为压载物就可以实现压载的可重复调节。当需要上浮时，向海水舱中充入高压气体将海水压出舱，当需要下潜时，则向海水舱中加入海水。

目前，深海航行器大多采用开式的海水液压系统来调节浮力，通过海水泵和液压阀组实现海水进入或者排出海水舱，存在以下几个问题：

1)无法精确测量出海水进、出海水舱的体积，不能实现浮力的精准调节。

2)整个浮力均衡装置重量大，体积大，通常水重在100公斤以上。

3)液压阀组件的控制油路是一套独立的液压系统，存在漏油的风险。

4)海水泵和海水阀容易出现磨损，使用寿命短。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置，该装置可有效解决现有采用海水泵方案的浮力均衡装置调节容积控制精度过低、重量和体积大等问题。

实现本发明目的的技术方案：一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置，该装置包括气瓶组件、海水舱组件和伺服控制器组件。气瓶组件的出气口与海水舱组件的进气口连通，海水舱组件的出水口与舱外的海水连通，伺服控制器组件的信号线与气瓶组件、海水舱组件的信号输出端连接。

所述的气瓶组件包括高压气瓶、充气嘴、压力传感器、气瓶盖和水密插座a，充气嘴位于气瓶的上端面，压力传感器位于气瓶的上端面，气瓶盖位于高压气瓶顶部，且将充气嘴、压力传感器密封在高压气瓶内；水密插座a位于气瓶盖顶部中心，压力传感器的引线与水密插座a连接。

所述的海水舱组件包括电磁开关阀a、浮子液位传感器、海水舱、电磁开关阀c、海水过滤器、舱盖、水密插座b、底舱、舱座、水密插座c和阀岛；海水舱顶部设有舱盖，舱盖顶部内设有水密插座b，阀岛底部位于海水舱顶部与舱盖底部之间，阀岛一侧开有连通海水舱顶部与舱盖形成的腔体和海水的排气口，电磁开关阀a、电磁开关阀b位于阀岛的上端面；气瓶组件的高压气瓶的出气口通过硬管与海水舱组件的电磁开关阀a的进气口连通，浮子液位传感器顶部安装在阀岛内孔中心，浮子液位传感器下部安装在海水舱轴心，浮子液位传感器、电磁开关阀a和电磁开关阀b的引线与水密插座b连接，海水舱底部接底舱，底舱底部连接舱座，舱座底部中心孔设有水密插座c；电磁开关阀c、海水过滤器安装在底舱和舱座之间形成的腔体内，海水过滤器的进水口与舱外海水连通，海水过滤器的出水口与电磁开关阀c的进水口连通，电磁开关阀c的引线与水密插座c连接。

所述的海水舱组件还包括空气过滤器、减压阀、减压阀进气管、减压阀出气管，空气过滤器位于阀岛的内部，减压阀、减压阀进气管、减压阀出气管位于阀岛的上端面；电磁开关阀a的输出端与空气过滤器的进气口连通，空气过滤器的出气口与减压阀的进气口连通，减压阀的进气口、出气口分别通过减压阀进气管、减压阀出气管与阀岛的内孔连通，

所述的海水舱组件还包括海水过滤器，海水过滤器位于电磁开关阀c与舱外之间，海水过滤器的进水口与舱外海水连通，海水过滤器的出水口与电磁开关阀c的进水口连通。

所述的伺服控制器组件包括伺服控制器、水密插座d和一分三电缆，伺服控制器的信号线与水密插座d的一端连接，水密插座d通过一分三电缆分别与水密插座a、水密插座b、水密插座c连接。

本发明的有益技术效果在于：本发明的装置在海水舱内部安装高精度线性浮子液位传感器，能实时获得海水舱气体容积的准确数值，浮力控制精度能达到0.5％fs。海水舱、气瓶等重要结构件均设计成球形，有效地减小了安装空间、减轻了总重量，水重可降低到50公斤以下。1)采用高压气动控制的方案，相比传统的海水泵调节方案，实现重量最轻、体积最小。2)通过浮子液位传感器可精确测量海水舱中气腔的变化量，从而计算出浮力的调节量。控制程序根据上位机的指令和浮子液位传感器反馈信号进行准确计算，实现浮力的精准调节。3)海水舱、气瓶、伺服控制器等重要零件按照高压容器要求设计成球形，实现重量最轻。本发明适用于结构紧凑的中小型深海航行器，作为浮力调节的执行装置实现深海航行器浮力的连续可调，使深海航行器具备动态的浮力配比、浮力驱动和姿态调整的功能。

附图说明

图1为本发明所提供的一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置的气压原理图；

图2为本发明所提供的一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置的结构布局主视图；

图3为本发明所提供的一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置的结构液压俯视图；

图4为本发明所提供的气瓶组件的内部结构图；

图5为本发明所提供的海水舱组件的俯视图；

图6为图5的a-a向剖视图；

图7为图5的b-b向剖视图。

图中：1.高压气瓶；2.充气嘴；3.压力传感器；4.电磁开关阀a；5.空气过滤器；6.减压阀；7.电磁开关阀b；8.浮子液位传感器；9.海水舱；10.电磁开关阀c；11.海水过滤器；12.舱外；13.伺服控制器；14.气瓶盖；15.水密插座a；16.舱盖；17.水密插座b；18.底舱；19.舱座；20.水密插座c；21.水密插座d；22.一分三电缆；23.硬管；24.减压阀进气管；25.减压阀出气管；26.阀岛；28.排气口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、2、3所示，本发明所提供的一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置，该装置包括气瓶组件、海水舱组件和伺服控制器组件。气瓶组件的出气口与海水舱组件的进气口连通，海水舱组件的出水口与舱外12的海水连通，伺服控制器组件的信号线与气瓶组件、海水舱组件的信号输出端连接。

如图1、2、3、4所示，气瓶组件包括高压气瓶1、充气嘴2、压力传感器3、气瓶盖14和水密插座a15。充气嘴2安装在气瓶1的上端面，用于连接气瓶1和外部的充气设备；压力传感器3通过螺栓固定安装在气瓶1的上端面，用于测量气瓶1内部气体的压力；气瓶盖14通过螺栓固定安装在高压气瓶1顶部，且将充气嘴2、压力传感器3密封在高压气瓶1内；水密插座a15通过螺纹固定安装在气瓶盖14顶部中心，水密插座a15的作用是将压力传感器3的接线引出，压力传感器3的引线与水密插座a15连接。

如图1、2、3、5、6、7所示，海水舱组件包括电磁开关阀a4、空气过滤器5、减压阀6、电磁开关阀b7、浮子液位传感器8、海水舱9、电磁开关阀c10、海水过滤器11、舱盖16、水密插座b17、底舱18、舱座19、水密插座c20、减压阀进气管24、减压阀出气管25和阀岛26。海水舱9顶部固定连接舱盖16，海水舱9顶部与舱盖16形成的腔体内安装有阀岛26、电磁开关阀a4、减压阀6、电磁开关阀b7、减压阀进气管24、减压阀出气管25和浮子液位传感器8，舱盖16顶部中心孔内通过螺纹固定安装有水密插座b17。阀岛26底部凸台嵌在海水舱9顶部与舱盖16底部之间，且三者通过螺栓固定连接，阀岛26一侧开有连通海水舱9顶部与舱盖16形成的腔体和海水的排气口28。电磁开关阀a4、减压阀6、电磁开关阀b7、减压阀进气管24、减压阀出气管25通过螺栓固定安装在阀岛26的上端面。气瓶组件与海水舱组件之间的气路是通过硬管23连接。气瓶组件的高压气瓶1的出气口通过硬管23与海水舱组件的电磁开关阀a4的进气口连通，电磁开关阀a4用于接通或断开气瓶1和海水舱9；电磁开关阀a4的输出端与空气过滤器5的进气口连通，空气过滤器5的出气口与减压阀6的进气口连通，减压阀6对气瓶1流出的高压气体进行减压，减压阀6的进气口、出气口分别通过减压阀进气管24、减压阀出气管25与阀岛26的内孔连通；空气过滤器5嵌在阀岛26的内部。电磁开关阀b7用于控制海水舱9上部气腔的排气。浮子液位传感器8顶部安装在阀岛26内孔中心，浮子液位传感器8下部安装在海水舱9轴心，浮子液位传感器8用于测量海水舱9内部的海水面高度。水密插座b17用于浮子液位传感器8、电磁开关阀a4和电磁开关阀b7的接线引出，浮子液位传感器8、电磁开关阀a4和电磁开关阀b7的引线与水密插座b17连接。海水舱9底部过螺栓固定连接底舱18，底舱18底部过螺栓固定连接舱座19，舱座19底部中心孔内通过螺纹固定安装有水密插座c20。电磁开关阀c10、海水过滤器11安装在底舱18和舱座19之间形成的腔体内，海水过滤器11的进水口与舱外12海水连通，海水过滤器11的出水口与电磁开关阀c10的进水口连通，电磁开关阀c10用于控制海水流进或者流出海水舱9；水密插座c20用于电磁开关阀c10的接线引出，电磁开关阀c10的引线与水密插座c20连接。

如图1、2、3所示，伺服控制器组件包括伺服控制器13、水密插座d21和一分三电缆22。伺服控制器13的信号线与水密插座d21的一端连接，水密插座d21的另一端连接一分三电缆22，水密插座d21通过一分三电缆22分别与水密插座a15、水密插座b17、水密插座c20连接。伺服控制器13通过一分三电缆22可采集压力传感器3、电磁开关阀a4、电磁开关阀b7、浮子液位传感器8、电磁开关阀c10的输出信号，根据上位机指令完成浮力调节。

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明所提供的一种用于深海航行器的高压气动控制的浮力均衡装置的工作过程如下：

(一)气瓶充气过程

电磁开关阀a4处于关闭状态，将外部高压充气设备连接充气嘴2，对气瓶1进行充气，观察压力传感器3的测量数据，气瓶1内压力设定值可达到30mpa以上。

(二)增大浮力的调节过程

电磁开关阀b7处于关闭状态，电磁开关阀a4和电磁开关阀c10处于打开状态，气瓶1中的高压气体经过硬管23、空气过滤器5、减压阀6之后压力降低到设定值，然后进入海水舱9上半部分的气腔。当航行器下潜深度在200米以内，海水舱9内的气体有足够的压力能够将海水挤出舱外12，这个过程中浮力均衡装置的浮力逐渐增大。当浮子液位传感器8反馈的液位信号与上位机的指令一致时，关闭电磁开关阀a4和电磁开关阀c10，电磁开关阀b7一直处于关闭状态，浮力增大的过程完成。

(三)减小浮力的调节过程

电磁开关阀a4处于关闭状态，电磁开关阀b7和电磁开关阀c10处于打开状态，由于海水舱9内的气体密度小，这部分气体通过排气口28排除到舱外12，同时海水经过海水进出口、海水过滤器11进入海水舱9内，这个过程中浮力均衡装置的浮力逐渐减小。当浮子液位传感器8反馈的液位信号与上位机的指令一致时，关闭电磁开关阀b7和电磁开关阀c10，电磁开关阀a4一直处于关闭状态，浮力减小的过程完成。

(四)保持浮力不变

电磁开关阀a4、电磁开关阀b7、电磁开关阀c10均处于关闭状态，海水舱9的状态保持不变，浮力均衡装置的浮力不变。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。