本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种无人潜水艇及舱室压力调节方法。
背景技术
无人潜水艇通过自动化地进行信息采集等水下作业，能够有效地对水下环境进行探测，且减小了人力资本的投入和有人潜水艇中可能存在的安全隐患。
现有无人潜水艇在设计上通常沿用有人潜水艇的基本结构设计，即无人潜水艇具有厚重的承压式外壳，以适应无人潜水艇下潜时候的海水压力，从而保护艇舱内的设备和防水结构。该种结构设计虽然能保证无人潜水艇的基本结构安全和防水性能，但增加了整个无人潜水艇的重量，增加了无人潜水艇的成本，且导致无人潜水艇机动性能较低。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种无人潜水艇，以减轻无人潜水艇的重量，降低无人潜水艇的成本及提高无人潜水艇的机动性能。
本发明的另一目的在于提供一种舱室压力调节方法，使无人潜水艇的压力调节简单方便，利于在保证无人潜水艇承压性能的同时，减轻无人潜水艇的重量，提高无人潜水艇的机动性能。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种无人潜水艇，包括壳体和设置在所述壳体内部的多个舱室，还包括压力调节装置，所述压力调节装置用于调节所述舱室的舱室内压，使所述舱室内压与所述壳体的外部水压的差压位于预设范围内。
一种无人潜水艇，包括壳体和设置在所述壳体内部的多个舱室，还包括压力调节装置，所述压力调节装置用于调节所述舱室的舱室内压，使所述舱室内压与所述壳体的外部水压的压差位于预设范围内。
进一步地，所述压力调节装置包括：
外部水压检测装置，设置在所述壳体的外部，用于检测所述外部水压；
内部气压检测装置，设置在所述舱室内，用于检测所述舱室内压；
压缩气罐，位于所述舱室内，且内置压缩气体；以及
控制器，分别与所述外部水压检测装置和所述内部气压检测装置连接，并根据所述外部水压以及所述舱室内压，使所述压缩气罐与所述舱室选择性地连通。
进一步地，多个所述舱室彼此水密分隔，所述压缩气罐连接有多条管路，所述管路能够与所述舱室一一对应连通。
进一步地，每个所述舱室内均设置有所述内部气压检测装置，每条所述管路上均设置有第一控制阀。
进一步地，所述压力调节装置还包括：
压缩机，位于所述舱室内，且分别与所述压缩气罐和所述控制器连接。
进一步地，每个所述舱室均设置有泄压阀。
进一步地，所述外部水压检测装置的数量为多个，多个所述外部水压检测装置沿所述壳体的周向间隔设置。
进一步地，所述压差值为正数。
进一步地，所述壳体包括铝合金层，所述铝合金层的外表面覆设有复合材料层。
一种舱室舱室压力调节方法，应用于上述的无人潜水艇，并包括如下步骤：
检测所述无人潜水艇的所述外部水压及所述舱室内压；
当所述舱室内压与所述外部水压的压差不大于所述预设范围的最小值时，提高所述舱室内压，是所述压差保持在所述预设范围内；
当所述舱室内压与所述外部水压的压差值不小于所述预设范围的最大值时，降低所述舱室内压，使所述压差保持在所述预设范围内。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的无人潜水艇，通过采用压力调节装置调节舱室的舱室内压，使舱室内压与壳体的外部水压位于预设范围内，减小壳体所承受的总压力作用，使得在进行无人潜水艇的设计过程中，不需要对壳体进行较高的承压性能设计，即壳体无需设计为厚重的承压式壳体，扩大了壳体所能使用的制造材料的范围；且由于可以采用质量较轻的材料制成壳体，减轻了无人潜水艇整体的重量和成本，且使整艇在同样动力供应的情况下，表现更有益的机动性能和航行特性；同时，可减小无人潜水艇航行所需的动力，提高无人潜水艇的续航性能。
本发明提供的舱室压力调节方法，通过调节舱室内压，使舱室内压与外部水压的压差位于一定范围内，在保证无人潜水艇承压性能的同时，减轻无人潜水艇的重量，提高无人潜水艇的机动性能和续航性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无人潜水艇的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的无人潜水艇的压力调节示意图；
图3为本发明实施例提供的壳体的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的舱室压力调节方法的流程图。
图中标记如下：
1-壳体；101-铝合金层；102-复合材料层；103-密封套管；2-操作舱；3-推进器舱；301-动力推进器；4-压载舱；5-控制舱；501-控制器；6-电池仓；7-发电机舱；701-发电机；8-油箱舱；801-油箱；9-压缩舱；10-储气罐舱；11-载荷舱；12-惯导系统；13-侧浪传感器；14-侧向声呐；15-前向声呐；16-gps定位系统；17-水闸；18-第一控制阀；19-第二控制阀；20-压缩气罐；21-压缩机；22-外部水压检测装置；23-舱室气压检测装置；24-泄压阀；25-安全阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的无人潜水艇的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种无人潜水艇，包括水密壳体1、设置在壳体1内部的多个舱室以及压力调节装置，压力调节装置用于调节舱室的舱室内压，使舱室内压与壳体1的外部水压位于预设范围内，从而使舱室内压力与外部水压保持相对平衡或相差较小的状态，减小壳体1所承受的总压力作用，从而在进行无人潜水艇的设计过程中，不需要对壳体1进行较高的承压性能设计，即壳体1无需设计为厚重的承压式壳体，扩大了壳体1所能使用的制造材料的范围；且由于可以采用质量较轻的材料制成壳体1，减轻了无人潜水艇整体的重量和成本，且使整艇在同样动力供应的情况下，表现更优异的机动性能和航行特性；同时，可减小无人潜水艇航行所需的动力，提高无人潜水艇的续航性能。
本实施例提供的无人潜水艇可用于海底资源探测、海洋施工、海洋环境监测等各种场合，本实施例不对无人潜水艇的具体工作工种进行限制。在本实施例中，无人潜水艇的外形结构、内部构造或设施等均为示例性结构，仅为对本发明的发明点进行详细描述而做出的一般性描述，本发明不对无人潜水艇的具体外形结构、内部构造和内部具体设施等做出具体的限制。
具体地，以图1中所示的无人潜水艇的结构为例进行本发明的详细阐述。如图1所示，本实施例提供的无人潜水艇包括壳体1和设置在壳体1内部的多个舱室，其中，多个舱室的位置和功能因根据无人潜水艇所需要的航行性能及安全性能进行具体设计和配置。
一般而言，多个舱室包括设置在艇首的操作舱2，操作舱2内部设置有各类检测仪器等多种电子元器件，如用于测距及避障的前向声呐15等；无人潜水艇尾部设置有用于动力推进器301设置的推进器舱3；首尾两侧分别设置有压载舱4，压载舱4与壳体1外部通过水闸17连接，可通过水闸17调整压载舱4内的水位，从而改变无人潜水艇的整体重量，以使无人潜水艇上浮或下潜，为提高无人潜水艇的防水性能，压载舱4与外部环境之间还设置有安全阀。无人潜水艇内还配置有用于无人潜水艇整体控制的控制舱5，用于提供艇内电子设备电力的电池仓6、用于储放发电机701的发电机舱7和用于放置油箱801的油箱舱8等。同时，为满足无人潜水艇的工作要求和航行性能，无人潜水艇上还搭载有各类仪器设备，如gps定位系统16、惯导系统12、侧浪传感器13、侧向声呐14等。本实施例不对无人潜水艇上搭载的设备或仪器做出具体限制，只要能满足相应的工作需求、航行需求及安全需求即可。
图2为本实施例提供的无人潜水艇的压力调节示意图，结合图1和图2所示，本实施例提供的无人潜水艇还包括压力调节装置，包括外部水压检测装置22，用于检测壳体1外部的海水压力；舱室气压检测装置23，用于检测舱室内部的气体压力；压缩气罐20，用于储存压缩气体及向舱室内部输送压力气体；压缩机21，用于对舱室内气体进行压缩，降低舱室内气压，并将压缩气体输送至压缩气罐20中；控制器501，分别与外部水压检测装置22、舱室气压检测装置23、压缩气罐20及压缩机21连接，用于接收和处理外部水压检测装置22和舱室气压检测装置23的检测信号，并控制压缩气罐20及压缩机21的开启或关闭。
具体地，外部水压检测装置22为压力传感器，外部水压检测装置22沿无人潜水艇的周向方向间隔设置多个。由于无人潜水艇沿型长方向的长度较长，在型长方向采用多个外部水压检测装置22可以测量无人潜水艇沿型长方向的平均海水压力，提高测量准确性。同时，相邻两个外部水压检测装置22可以沿无人潜水艇的型高方向错位设置，以获得在无人潜水艇在型高方向的平均海水压力值，也可以是沿无人潜水艇的型高方向间隔设置多排外部水压检测装置22，以获得无人潜水艇壳体1外表面的平均海水压力值。在本实施例中，在无人潜水艇的一个舷侧间隔设置有四个外部水压检测装置22。本实施例不对外部水压检测装置22的具体安装位置、安装数量和安装方式作出具体的限制。
舱室气压检测装置23设置在各个舱室内部。在本实施例中，壳体1内的各个舱室之间水密分隔，以防止某一舱室进水而对其他舱室造成影响。因此，为对每个舱室内的舱室气压进行检测和调节，每个舱室内部均设置有一个舱室气压检测装置23，每个舱室气压检测装置23均与控制器501连接，控制器501根据各个舱室内部的舱室气压检测装置23的检测结果对应地对该舱室内的气压进行调节。
在本实施例中，采用控制器501对各个舱室进行分别调节，在其他实施例中，也可以采用控制器501对各个舱室进行统一调节。
无人潜水艇的艇首和艇尾附近均设置有储气罐舱10和压缩舱9，储气罐舱10内设置有压缩气罐20，压缩舱9内设置有压缩机21，储气罐舱10与压缩舱9同样采用水密分隔设置，且压缩舱9与储气罐舱10相邻设置，用于减小压缩机21与压缩气罐20之间的连接管路长度。
压缩气罐20与压缩机21均通过通气用管路与各个舱室连通，且由于压缩气罐20通过管路将压缩气罐20内的压缩气体输送至各个舱室中，以增加各个舱室内的气体压力；压缩机21通过管路将各个舱室内的气体回收至压缩舱9内，并使压缩舱9内的气体进入压缩气罐20中，以降低各个舱室内的气体压力，因此，压缩气罐20的排气和压缩机21的气体回收不会同时进行，且压缩气罐20与压缩机21均通过管路连通各个舱室，因此，压缩气罐20和压缩机21可共用部分管路，并使共用部分的管路分别与各个舱室连通，从而减短管路的布置长度，减小管部布置所需的空间，以及减小设计成本和设计复杂度。
在本实施例中，压缩气罐20与压缩机21设置在艇首和艇尾处，有利于保证无人潜水艇的重心位置，且设置两个压缩气罐20与压缩机21，有利于提高对舱室充气或气体回收的效率，提高无人潜水艇的灵活性、适应性和机动性。在其他实施例中，也可以仅设置一组压缩气罐20与压缩机21，且压缩气罐20和压缩机21可以设置在无人潜水艇中部位置。本实施例不对压缩气罐20和压缩机21的具体数量和具体设置位置进行具体限制。
为对每个舱室内的气压进行调节，各个舱室与之相连的管路上均设置有第一控制阀18，用于控制管路与对应舱室的连通或关闭。在本实施例中，第一控制阀18为电磁阀。为控制压缩机21与压缩气罐20之间的连通，使压缩机21选择性地与压缩气罐20连通以使压缩气体进入压缩气罐20中，压缩机21与压缩气罐20之间采用第二控制阀19连接。
在本实施例中，优选通过气压调节装置将舱室气压调节至高于外部水压，从而可以在减轻壳体1承压的情况下，使壳体1获得更好的防水性能：，由于维持了舱室内的压力高于外部压力，艇舱内的空气可能有少量逸出，而艇舱外的水却不可能进入舱体，从而保证了更好的安全性能。
为提高舱室的安全性能，防止压缩机21损坏无法进行舱室内气体的压缩回收，本实施例中，每个舱室内均设置有泄压阀24。泄压阀24可在舱室内气体压力较大且无法进行气体压缩回收时，将舱室内气体排出到舱室外部进行舱室内降压；同时，泄压阀24在舱室内进水时，可以将舱室内进水排出，提高舱室的安全性能。
为进一步提高无人潜水艇的安全性能，无人潜水艇设置有应急执行模块，当控制器501检测压缩机21无法进行正常工作时，由于舱室内气体无法有效回收至压缩气罐20中，因此，压缩气罐20中由于压缩气体的容量有限，无法进行多次的增压调节工作，即当压缩气罐20增压次数超过一定次数且压缩机21无法正常工作时，无人潜水艇继续下潜会导致舱室内压力无法调节至与外部水压相平衡的压力，从而使壳体1承受较大的压差作用而造成安全隐患。因此，当控制器501检测到压缩机21无法正常工作且压缩气罐20内压缩气体量小于预设气体量时，控制器501启动应急执行模块，使无人潜水艇上浮至安全深度范围内或回航进行维修。
在本实施例中，通过设置压力调节装置，可以对各个舱室内部的气压进行调节，从而可以使舱室气压与外部水压之间的压差位于一定范围内，从而减小壳体1的承压大小，使制成壳体1的材料无需采用厚重的钢板材料，扩大了壳体1材料的选择方法。
图3为本发明实施例提供的壳体的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的无人潜水艇的壳体1包括铝合金层101以及覆设在铝合金层101外表面的复合材料层102。铝合金层101可以在保证无人潜水艇的壳体1具有一定强度和刚度的同时，降低壳体1的重量，提高无人潜水艇的机动性能；复合材料层102的设置可以使无人潜水艇可以获得更好的抗腐蚀、抗吸附、抗振动或抗磨损等各种性能。在其他实施例中，还可以选择其他金属材料包覆复合材料制成壳体1，也可采用纯金属或金属合金材料制造可以，也可采用玻璃纤维等材料进行壳体1的生产制造。
壳体1设置外部压力检测装置22的位置开设有穿线孔，穿线孔内穿设有密封套管103，密封套管103与壳体密封连接，放置外部海水进入舱室内部。外部压力检测装置22连接的电缆穿过密封套管103引入舱室内部，并与舱室内部的控制器501连接。
图4为本发明实施例提供的舱室压力调节方法的流程图，如图4所示，本实施例还提供了一种无人潜水艇的舱室压力调节方法，包含下述步骤：
步骤一：外部水压检测装置22检测外部水压，并将外部水压检测值发送至控制器501，舱室气压检测装置23检测舱室气压，并将舱室气压检测值发送至控制器501。
步骤二：控制器501接收外部水压检测值及内部气压检测值，并对外部水压检测值及内部气压检测值进行比较，当外部水压检测值与舱内气压检测值之差高于第一预设值时，执行步骤三；当外部水压检测值与舱内气压检测值之差低于第二预设值时，执行步骤四；当外部水压检测值与舱室气压检测值之差位于第一预设值和第二预设值之间时，执行步骤五。
步骤三：控制器501控制压缩气罐20出气口开启及舱室对应的第一控制阀18开启，使压缩气罐20内的压缩气体进入舱室内部。
步骤四：检测压缩机21是否能正常工作，如果能，执行步骤六，如果不能，执行步骤七。
步骤五：控制器501压缩气罐20进气口和出气口关闭、压缩机21停止工作、第一控制阀18、第二控制阀19及泄压阀24均关闭。
步骤六：控制器501控制压缩气罐20出气口关闭、进气口开启，且第二控制阀19及舱室对应的第一控制阀18开启，控制器501控制压缩机21工作将舱室内气压回收至压缩气罐20中。
步骤七：当压缩气体量大于或等于预设气体量时，执行步骤八；检测压缩气罐20内的压缩气体量，当压缩气体量小于预设气体量时，执行步骤九。
步骤八：控制器501控制泄压阀24开启使舱室降压。
步骤九：控制器501控制泄压阀24开启使舱室降压，且控制器501控制无人潜水艇上浮至安全深度范围内或控制器501控制无人潜水艇回航。
在本实施例中，第一预设值和第二预设值的设置需要综合无人潜水艇的航行深度、壳体1承压性能和外形结构进行具体设置。
本发明实施例提供的无人潜水艇，通过在无人潜水艇内部设置压力调节装置，可以通过调节舱室内部压力，使无人潜水艇内部压力与艇外的外部水压，从而降低壳体1所需要的承压性能，使壳体1不需设计成厚重的承压壳体1形式，降低无人潜水艇的重量，扩大壳体1所能选择的材料范围，减小无人潜水艇的设计成本；同时，能提高无人潜水艇的机动性能和续航性能；且通过将舱室气压调节至大于外部水压，可以提高壳体1的防水特性，进一步提高无人潜水艇的安全性能。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。