一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机的制作方法

本发明属于新型海洋无人航行器技术领域，具体涉及一种使用自身携载电池的电能与自然环境中的海洋温差能两种能源的复合动力水下滑翔机。

背景技术：

水下滑翔机是一种依靠浮性状态变化实现在海水中的升沉运动，利用机翼将浮力转变为水平驱动力，采用重心调节法改变自身运动姿态与航向，在海洋中以“锯齿形”轨迹运动的无人水下航行器，其具有自持力强、续航力长、效费比高等优点，适用于开展大范围、长时序的三维连续海洋观测活动，在海洋观测领域具有广阔的应用前景。

当前，商用水下滑翔机产品均依靠自身携载的电池电能满足滑翔浮力驱动过程与耗电器件运行所需能量，因此携载电池电能有限是制约水下滑翔机续航力与自持力提升的重要因素。美国teledynewebbresearchcorporation提出了温差能驱动水下滑翔机方案，该方案利用自然环境中的海洋温差能，即海洋表层温水与深层冷水温度差之间的热能，完成水下滑翔机浮力驱动过程，可实现由外界自然环境补充水下滑翔机浮力驱动过程所需能源。

然而温差能水下滑翔机方案仍有诸多不足：1.温差能驱动水下滑翔机除海洋环境温差能外，无其它浮力驱动能源，若温差能转化利用系统失效，温差能水下滑翔机会丧失持续航行的动力源；2.温差能滑翔机的适航海域、适航时段范围有限，受俘获海洋温差能的相变材料热物理性质限制，海洋中需存在10℃以上的温度差才可满足温差能水下滑翔机连续运行需求，受表层海水太阳辐射强度和地球纬度因素影响，满足温差能水下滑翔机连续运行温差条件的海域一般只存在于地球南北纬35°之间，且部分海域仅在夏季适航；3.海洋中随机存在弱温差、逆温差等非常规温度剖面海洋现象，遇到此类海洋现象，温差能滑翔机会在水下丧失动力，存在无法浮出水面与丢失风险。

因此，水下滑翔机浮力驱动过程摆脱对电池电能、海洋温差能等单一形式能源的依赖，是兼顾提升续航力、自持力并保持可靠性、功能完备性的潜在技术途径。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机。本发明采用电池电能与海洋温差能两种形式能源作为水下滑翔机浮力驱动过程的动力源，即复合动力，本发明兼顾了温差能驱动与电池电能驱动的优势，既利用海洋温差能提升水下滑翔机能量自给水平、续航力、自持力，又采用电池电能作为浮力驱动的补充与备份能源以提升水下滑翔机的运行稳定性、工作可靠性、环境适应性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机，包括前浸水舱段、前耐压舱段、中耐压舱段、后耐压舱段、后浸水舱段、换热器和水平机翼；所述前浸水舱段、前耐压舱段、中耐压舱段、后耐压舱段、后浸水舱沿回转轴线从前向后依次固连组成复合动力水下滑翔机的主机体，换热器固连在主机体的腹部正下方位置处，水平机翼水平布置于后耐压舱段两侧；

所述前浸水舱段包括前端盖、前导流罩、避障声呐、启动插头、抽气插头；所述前导流罩与前端盖通过螺栓紧固；避障声呐与主机体回转轴线呈75°夹角布置在前端盖上，在复合动力水下滑翔机以25°滑翔角姿态下潜时，避障声呐能够垂直于海底发射探测声波，所述前导流罩上设有开孔以避免阻挡声波；启动插头、抽气插头均为承压防水型插头并安装在前端盖外球面上；

所述前耐压舱段包括前耐压筒、前肋环、方轴、前轴承、后轴承、支撑圆盘、前舱段拉杆、电池包、俯仰调节机构、滚转调节机构、拉线位移传感器和转角传感器；所述支撑圆盘和前肋环分别设置于前耐压舱段前、后两端，支撑圆盘和前肋环之间安装有所述前耐压筒；所述前轴承为角接触球轴承安装在支撑圆盘中心孔内，后轴承为角接触球轴承安装在前肋环中心孔内；所述方轴的中部为方形结构，方轴两端头部为圆柱状并穿入所述前轴承、后轴承的内圈中；方轴中轴线与前耐压舱段的中轴线重合，且方轴内沿方轴中轴线设有通孔，所述前舱段拉杆在方轴的通孔中贯穿布置，前舱段拉杆两端分别与支撑圆盘、前肋环连接，实现耐压筒与前肋环的紧固；所述前肋环、支撑圆盘预留有通孔用于减重与穿线；方轴上安装有电池包，所述电池包上安装有所述俯仰调节机构和拉线位移传感器，所述滚转调节机构与所述前肋环和所述方轴连接；所述转角传感器安装于所述前肋环上；

所述中耐压舱段包括中耐压筒、后肋环、液压泵、弹性联轴器、泵电机、泵架、支架、中舱拉杆、卫星通讯模块、阀体、蓄能器、阀块支架；中耐压舱段的前后两端分别为前肋环和所述后肋环，前肋环和所述后肋环之间安装有所述中耐压筒，中舱拉杆贯穿中耐压筒，中舱拉杆两端分别与前肋环、后肋环锁紧，实现前肋环、中耐压筒、后肋环间的紧固；液压泵安装于泵架并经弹性联轴器与泵电机相连；利用电池包能够为泵电机供电，泵电机带动液压泵工作；所述支架根部与后肋环紧固，支架悬臂末端与泵架固连，阀体通过阀块支架与支架固定连接，阀体与蓄能器相连，卫星通讯模块安装在支架底部；

所述后耐压舱段包括后耐压筒、后端盖、油箱、电路支架、主控盒、机翼固定架；所述机翼固定架在后耐压舱段外部沿主机体回转轴线方向布置，机翼固定架的两端与后肋环、后端盖外侧紧固连接，实现后肋环、后耐压筒、后端盖的锁紧；所述油箱沿主机体回转轴线方向与电路支架固连，电路支架与后端盖内侧固连；所述主控盒固连在电路支架框架内部；

所述后浸水舱段包括后导流罩、温盐深传感器、传感器卡箍、外油囊、应急抛载、天线杆；所述后导流罩与后端盖紧固，所述传感器卡箍和天线杆均固定于后导流罩上，传感器卡箍上固定安装有所述温盐深传感器；所述外油囊通过后端盖上的插孔紧固并与油箱连接；所述应急抛载与后端盖固连；

所述前端盖、前耐压筒、前肋环、中耐压筒、后肋环、后耐压筒、后端盖共同组成复合动力水下滑翔机的耐压封闭腔。

进一步的，所述前浸水舱段内还设有避障声呐卡箍和避障声呐托架；所述前端盖为6061-t6铝合金材料构成的半圆球壳状结构，所述避障声呐托架固定在前端盖的半圆顶端处，避障声呐托架上设有用于卡紧固定所述避障声呐的避障声呐卡箍；所述前导流罩由密度为1.42g/ml聚甲醛树脂制成的半椭圆外形结构，长短轴比为2:1；所述启动插头用于复合动力水下滑翔机上、断电，实现开、关机功能，抽气插头用于对耐压封闭腔抽气。

进一步的，所述电池包包括电芯、矩形拉条、前绝缘板、后绝缘板、中部绝缘板、俯仰电机支撑拉杆、滑动衬垫；所述电芯布置在主机体回转轴上方，以提升滑翔机的总体重心高度；前绝缘板、后绝缘板、中部绝缘板由abs塑料制成，中部绝缘板上设置有与电芯直径相同的圆孔，电芯安装在中部绝缘板的圆孔内并由矩形拉条锁紧各绝缘板；所述滑动衬垫安装在前绝缘板、后绝缘板的中心通孔处，滑动衬垫由聚四氟乙烯材料制成，滑动衬垫中心方孔尺寸与方轴尺寸构成间隙配合；俯仰电机支撑拉杆与矩形拉条平行布置并将电池包锁紧，同时为俯仰调节机构预留了安装固定位置；

所述俯仰调节机构包括俯仰电机组件、丝杠、俯仰电机座、丝杆螺母、丝杠套筒；所述滚转调节机构包括滚转电机组件、驱动齿轮、从动齿轮、传感器齿轮；

俯仰调节机构安装在电池包上的前绝缘板、后绝缘板和中部绝缘板预留的凹槽内；俯仰电机座由两根平行的俯仰电机支撑拉杆支撑，俯仰电机组件安装在俯仰电机座中心处并用于驱动与电机轴连接的丝杠转动；俯仰电机组件采用无刷电机与行星减速器组合；丝杠与丝杆螺母连接，丝杆螺母为铜制且紧固在丝杠套筒一端，丝杠套筒另一端与从动齿轮连接，丝杠套筒中空结构以防止与丝杠干涉，丝杠与丝杆螺母实现了转动至直线移动的转变；俯仰调节机构在俯仰电机组件带动作用下，实现驱动电池包沿主机体回转轴线的直线移动，同时安装在后绝缘板上的拉线位移传感器利用拉出钢丝的长度检测电池包的位移量，拉线位移传感器的拉出钢丝尾端在从动齿轮上锁紧；

滚转电机组件采用无刷电机与行星减速器组合并安装在前肋环的安装孔内，滚转电机组件输出轴连接驱动齿轮，驱动齿轮与其啮合的从动齿轮为一对减速增矩齿轮组，从动齿轮中心为方孔并与方轴固连；在驱动齿轮带动从动齿轮转动时，方轴、电池包、俯仰调节机构实现绕主机体回转轴线的转动，转动范围为正负90°；转角传感器安装在前肋环上，转角传感器的轴与传感器齿轮固连，传感器齿轮与从动齿轮的回转轴线平行，从动齿轮转动同时带动传感器齿轮转动，转角传感器由传感器齿轮的转动角度检测出电池包绕主机体回转轴线的转动角度。

进一步的，所述电池包以8节电芯相互串联为一组，9组电芯相互并联，共72节电芯的方式构成复合动力水下滑翔机的供电电池。

进一步的，所述中耐压舱段还包括第一单向阀、过滤器、高压电磁阀、压力传感器；所述液压泵的出口、入口分别安装有所述第一单向阀和过滤器，第一单向阀用于防止液压油回流至液压泵出口并起保护作用，过滤器的过滤等级为15μ，以防止液压油中的杂质微粒进入并磨损液压泵；

所述阀体为7075-t6铝合金制成，内部设置有第一油孔、第二油孔、第三油孔、第四油孔、第五油孔、第六油孔，各油孔经阀体内的油路互通；第一油孔与固连在后肋环上的蓄能器相连，第二油孔为阀体进油口，第三油孔为阀体出油口，第四油孔内安装有压力传感器并检测蓄能器的蓄能压力，第五油孔安装高压电磁阀，第六油孔为阀体的排气孔并使用堵头封闭；蓄能器为隔膜式蓄能器；

所述高压电磁阀为两位两通常闭提升式电磁阀，高压电磁阀断电时能够切断第三油孔的导通，实现阀体出油口第三油孔关闭；高压电磁阀通电能够导通出油口第三油孔，实现蓄能器存储的高压液压油经阀体出油口释放，完成利用海洋温差能进行水下滑翔机浮力驱动的过程。

进一步的，所述油箱为柱状油箱，包括油箱端盖、圆柱壳、伸缩波纹橡胶皮囊、位移传感器、导向环，所述油箱端盖设有与液压管路连接的接口，油箱端盖与圆柱壳由周向均布的螺栓紧固，圆柱壳为伸缩波纹橡胶皮囊提供支撑与防护，伸缩波纹橡胶皮囊内部装有液压油并随油量体积变化伸缩变形，位移传感器用于检测伸缩波纹橡胶皮囊的伸缩位移；随油箱内油量体积变化，导向环沿主机体回转轴线在圆柱壳内部运动；

所述电路支架为焊接成型的矩形框架结构，主控盒能够对复合动力水下滑翔机全部电器件实施自动流程控制；电路支架下方空间内设置有低压电磁阀、第二单向阀、第三单向阀，低压电磁阀为两位两通常闭提升式电磁阀，用于切断油箱与外油囊间的液压管路，低压电磁阀通电实现油箱与外油囊间的液压管路导通；第二单向阀处于蓄能器与换热器液压管路之间，用于阻止蓄能器中的液压油回流至换热器，第三单向阀处于油箱与换热器液压管路之间，以阻止换热器的液压油回流至油箱。

进一步的，所述后导流罩包括半椭圆壳、尾舵、天线杆安装座，导流罩由密度1.42g/ml聚甲醛树脂一体制成，半椭圆壳为长短轴比为3.5:1的椭圆形结构，以降低水下航行过程的水阻力系数，尾舵位于半椭圆壳正上方位置；天线杆安装座设有法兰安装面与螺纹孔以固定天线杆；所述传感器卡箍与半椭圆壳内侧固连；

所述外油囊包括橡胶皮囊与外油囊插头，橡胶皮囊为丁晴橡胶材质并浸泡在海水中，外油囊插头与橡胶皮囊二次硫化连接，外油囊插头安装在后端盖的插孔内；

所述应急抛载采用熔断抛载方式，包括熔断丝、抛载重块和抛载支座，熔断丝用于紧固抛载重块于抛载支座上，在复合动力水下滑翔机需要出现故障应紧急上浮时，使熔断丝通电与海水进行电化学反应，实现45s内熔断以使抛载重块快速脱离水下滑翔机，后导流罩在抛载重块脱出方向设有开孔；

所述天线杆为玻璃纤维杆，在天线杆端部固连卫星通讯天线。

进一步的，所述换热器为圆柱体外形，换热器两端安装有换热器导流体，换热器外层为换热器管壳并在其内部装有液压油与相变材料，并通过可轴线移动的活塞将液压油与相变材料分隔开；换热器由液压钢管与后端盖连接并接入主机体耐压封闭腔的液压油路；换热器由挂钩固连在复合动力水下滑翔主机体腹部，挂钩利用螺栓分别与前肋环、后肋环的底部螺纹孔固连。

进一步的，该复合动力水下滑翔机的主机体直径220mm，长度2150mm，呈回转鱼雷体外形；所述耐压封闭腔的每个装配端口设计有沟槽，沟槽内装有密封圈并实现耐压封闭腔径向密封；耐压封闭腔能够承受1000m水深压力。

进一步的，所述复合动力水下滑翔机实现浮力驱动过程的液压油路包括回油油路、凝固油路、释能油路、蓄能油路、泵油油路五条功能油路；

其中回油油路由外油囊、第一液压钢管、第二液压钢管、低压电磁阀、第一液压软管、油箱依次连接组成；

凝固油路由油箱、第二液压软管、第三单向阀、第三液压钢管、第四液压钢管、换热器依次连接组成；

释能油路由蓄能器、第一油孔、阀体、高压电磁阀、第三油孔、第三液压软管、第五液压钢管、第一液压钢管、外油囊依次连接组成；

蓄能油路由换热器、第四液压钢管、第六液压钢管、第二单向阀、第四液压软管、第二油孔、阀体、第一油孔、蓄能器依次连接组成；

泵油油路由油箱、第五液压软管、过滤器、第七液压钢管、液压泵、第八液压钢管、第一单向阀、第九液压钢管、第三液压软管、第五液压钢管、第一液压钢管、外油囊依次连接组成。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明同时采用了电池电能与海洋温差能两种浮力驱动动力源，兼顾了温差能驱动与电池电能驱动的优势，既利用海洋温差能提升水下滑翔机能量自给水平、续航力、自持力，又以电池电能作为浮力驱动的补充与备份能源以提升水下滑翔机的运行稳定性、工作可靠性、环境适应性。

2.本发明将海洋温差能驱动液压油路与电动液压泵液压油路相互融合与集成，实现一套液压油路由两种动力能源驱动，液压油路系统在耐压密封舱内紧凑布置，集成化程度高并且可分舱段模块化拆卸、组装。

3.相比温差能驱动滑翔机，本发明复合动力水下滑翔机适航海域范围广、适航时段不受约束、温差驱动循环具备自恢复能力、在弱温差、逆温差等非常规温度剖面海洋现象中生存能力强。

4.本发明仅有同海水开展热交换的一根圆柱形换热器外置于复合动力水下滑翔机主机体腹部，其余功能系统与器件均集成于主机体，实现了水下滑翔机鱼雷体外形基本不变，此种换热器挂载与外形布局方式对水下滑翔机总体结构改动小、水动力特性影响低。

5.发明的耐压封闭腔由两个端盖、三段耐压筒、两个肋环构成，且设计有拉紧杆结构实现各耐压舱段的锁紧，保证水下滑翔机在长期潜航与恶劣海况下的装配紧固性与密封防水可靠性。

6.本发明的电池包既向复合动力滑翔机提供电能，同时作为重心调节重块具有平移与旋转两个自由度。电池包可根据航行状态需求，调节复合动力水下滑翔机俯仰姿态角与航向角。电池包的电芯编组分布在主机体回转轴线上侧，以弥补因换热器外挂在水下滑翔机腹部导致的总体重心下降问题。

7.本发明采用了一个电池包具有平移与旋转两个调节自由度的方案，相比设置两个单自由度电池包分别实施平移与滚转调节的方案，在滑翔机相同电池装载重量条件下本发明的调节重块质量集中，调节能力强，调节机构集成度更高、设计紧凑。

8.本发明贮存海洋温差转换能量的蓄能器采用隔膜式蓄能器，相比等容积的活塞式与皮囊式蓄能器，其蓄能压力高、质量轻、体积小，降低了在耐压封闭腔中的占用空间，可减轻复合动力水下滑翔机自重。

9.本发明采用阀件共用设计方案，设计有阀体以实现各液压功能器件、液压接头、传感器的集成。阀体内部设置了复杂的油路，实现各器件的油路导通，显著降低了液压油路的占用空间，提升结构紧凑程度。

10.本发明使用电池电能的泵油油路采用了齿轮液压泵。相比其它类型液压泵，齿轮液压泵具自吸能力强的特点，在耐压封闭腔为0.2bar至0.3bar真空度的条件下，齿轮液压泵可正常工作，避免吸空现象。同时齿轮液压泵具有排量大，排油速度快的优势，可在下潜上浮转换阶段快速完成水下滑翔机的浮性改变工作，适于在紧急上浮工况下使用。

附图说明

图1是本发明复合动力水下滑翔机外形结构示意图；

图2a是本发明复合动力水下滑翔机的结构示意图及其a-a、b-b、c-c三个截面的剖视结构示意图；

图2b是前浸水舱段的结构示意图；

图2c是后浸水舱段的结构示意图及其天线杆的放大结构示意图；

图2d是前耐压舱段的结构示意图；

图2e是前耐压舱段内支撑圆盘、前轴承与方轴连接状态下的放大结构示意图；

图2f是前耐压舱段内电池包的具体结构示意图；

图2g是前耐压舱段内电池包、俯仰调节机构、滚转调节机构等机构之间的具体连接状态示意图；

图2h是中耐压舱段的结构示意图；

图2i是后耐压舱段的结构示意图；

图2j是后耐压舱段内油箱的具体结构示意图；

图3是俯仰调节机构、滚转调节机构之间的原理简图；

图4a是阀体的三维结构示意图及其a视角方向的剖视结构示意图；

图4b和图4c分别是图4a中b-b和c-c向的剖视结构示意图；

图5a、图5b和图5c分别是换热器的外观结构、整体结构及安装位置示意图；

图6是本发明液压油路原理图；

图7是本发明复合动力水下滑翔机运动状态图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例提供一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机，其主要包括前浸水舱段1、前耐压舱段2、中耐压舱段3、后耐压舱段4、后浸水舱段5、换热器6、水平机翼7。前浸水舱段1、前耐压舱段2、中耐压舱段3、后耐压舱段4、后浸水舱5沿坐标系x轴线依次固连组成复合动力水下滑翔机的主机体部分，主机体直径220mm，长度2150mm，呈回转鱼雷体外形。换热器6处于坐标系xz平面内并固连在主机体腹部位置处，水平机翼7在坐标系xy平面并布置于后耐压舱段4位置处。

如图2a所示，前端盖8、前耐压筒9、前肋环10、中耐压筒11、后肋环12、后耐压筒13、后端盖14组成复合动力水下滑翔机的耐压封闭腔。耐压封闭腔的装配端口设计有沟槽，沟槽内装有密封圈15并实现耐压封闭腔径向密封。耐压封闭腔可承受1000m水深压力。

如图2b所示，所述前浸水舱段1包括前端盖8、前导流罩16、避障声呐17、避障声呐卡箍18、避障声呐托架19、启动插头20、抽气插头21。前端盖8为6061-t6铝合金材料的半圆球壳端盖，以降低承压结构重量。前导流罩16为密度1.42g/ml聚甲醛树脂制成的薄壳，为半椭圆外形，长短轴比为2:1，在复合动力滑翔机水下航行过程中降低水阻力系数，前导流罩16末端留有安装孔并与前端盖8通过螺栓紧固。避障声呐17与坐标系x轴线呈75°夹角布置，并由避障声呐卡箍18与避障声呐托架19卡紧固定，避障声呐托架19固定在前端盖8的半圆顶端处，在复合动力水下滑翔机以25°滑翔角姿态下潜时，避障声呐17可垂直于海底发射探测声波，避障声呐17探测范围100m，为复合动力水下滑翔机探测垂向100m范围内存在的障碍物，前导流罩16在避障声呐17探测方向设计有开孔以避免阻挡声波。启动插头20、抽气插头21为承压防水型插头并安装在前端盖8外球面上，启动插头20用于复合动力水下滑翔机上、断电，实现开、关机功能，抽气插头21用于对耐压封闭腔抽气，在复合动力水下滑翔机入水航行前以设置耐压封闭腔的真空度在0.2bar至0.3bar范围内。

如图2a与图2c所示，后浸水舱段5包括后导流罩22、温盐深传感器23、传感器卡箍24、外油囊25、应急抛载26、天线杆27。后导流罩22包括半椭圆壳22a、尾舵22b、天线杆安装座22c三部分结构，导流罩22由密度1.42g/ml聚甲醛树脂一体制成，半椭圆壳22a为椭圆长短轴比3.5:1的薄壳外形以降低水下航行过程的水阻力系数，尾舵22b位于坐标系xz平面内并在半椭圆壳22a上方位置，在航行过程中起到稳定作用，天线杆安装座22c设计有法兰安装面与螺纹孔以固定天线杆27，后导流罩22末端留有安装孔并与后端盖14通过螺栓紧固。温盐深传感器23为任务观测传感器，在复合动力水下滑翔机航行过程中用于实施海水深度、温度、盐度数据的采集，且同时为滑翔机提供下潜深度数据，温盐深传感器23由传感器卡箍24卡紧固定，传感器卡箍24与半椭圆壳22a内侧固连。外油囊25用于装载液压油，容量为1.4l，其包括橡胶皮囊25a与外油囊插头25b两部分，橡胶皮囊25a为丁晴橡胶材质并浸泡在海水中，外油囊插头25b为不锈钢316l材质并与橡胶皮囊25a二次硫化连接，外油囊插头25b安装在后端盖14的插孔内。应急抛载26与后端盖14固连，应急抛载26采用熔断抛载方式，包括熔断丝26a，抛载重块26b，抛载支座26c三部分，熔断丝26a用于紧固抛载重块26b于抛载支座26c上，在复合动力水下滑翔机需要出现故障应紧急上浮时，熔断丝26a通电与海水进行电化学反应，实现45s内熔断以使抛载重块26b快速脱离水下滑翔机，后导流罩22在抛载重块26b脱出方向设计有开孔，抛载重块26b重量为1.2kg与滑翔机最大浮力调节能力相等。天线杆27为轻量化的玻璃纤维杆，在天线杆27端部固连卫星通讯天线28，通讯天线28依托“北斗”卫星通讯系统实现复合动力水下滑翔机与岸站间双向数据的接受与发送，天线杆27安装在天线杆安装座22c中且用螺栓紧固。天线插头29为防水承压插头安装在后端盖14外球面上，卫星通讯天线28与天线插头29相连并将双向数据传送入耐压密封腔内。

如图2d和图2e所示，前耐压舱段2包括前耐压筒9、前肋环10、方轴30、前轴承31、后轴承32、支撑圆盘33、前舱段拉杆34、电池包35、俯仰调节机构36、滚转调节机构37、拉线位移传感器38、转角传感器39。前轴承31为角接触球轴承安装在支撑圆盘33中心孔内，后轴承32为角接触球轴承安装在前肋环10中心孔内，角接触球轴承可补偿主机体回转轴线装配偏差即x轴线装配偏差；支撑圆盘33安装在前耐压筒9的端口处。前舱段拉杆34贯穿前耐压舱段2的中轴线，前舱段拉杆34两端分别与支撑圆盘33、前肋环10锁紧，实现耐压筒9与前肋环10的紧固。前肋环10、支撑圆盘33预留有通孔用于减重与穿线。方轴30两端头部为圆柱状并穿入前轴承31、后轴承32的内圈中。方轴30中部为方形，方轴30沿x轴穿过电池包35，实现电池包35在方轴30上沿x轴直线移动并约束电池包35绕x轴的自由转动自由度。方轴30轴线设计有通孔，前舱段拉杆34在通孔中贯穿布置。

如图2f所示，电池包35包括电芯35a、矩形拉条35b、前绝缘板35c、后绝缘板35d、中部绝缘板35e、俯仰电机支撑拉杆35f、滑动衬垫35g。电池包35以8节电芯35a相互串联为一组，9组电芯相互并联，共72节电芯的方式构成复合动力水下滑翔机的供电电池；同时电芯35a多数布置在坐标系x轴上方，以提升水下滑翔机的总体重心高度。前绝缘板35c、后绝缘板35d、中部绝缘板35e由绝缘、阻燃abs塑料制成，在中部绝缘板35e上设计有与电芯35a直径值相同的圆孔，电芯35a安装在中部绝缘板35e的圆孔内并由矩形拉条35b锁紧各绝缘板。各块绝缘板中心处设计通孔，防止与方轴30干涉。滑动衬垫35g安装在前绝缘板35c、后绝缘板35d的中心通孔处，滑动衬垫35g由聚四氟乙烯材料制成，具有自润滑功能并可降低与方轴30的摩擦阻力，滑动衬垫35g中心方孔尺寸与方轴30尺寸构成间隙配合。俯仰电机支撑拉杆35f与矩形拉条35b平行布置并使电池包35锁紧，同时为俯仰调节机构36预留了安装固定位置。

如图2g所示，俯仰调节机构36包括俯仰电机组件36a、丝杠36b、俯仰电机座36c、丝杆螺母36d、丝杠套筒36e。滚转调节机构37包括滚转电机组件37a、驱动齿轮37b、从动齿轮37c、传感器齿轮37d。俯仰调节机构36安装在电池包35前绝缘板35c、后绝缘板35d、中部绝缘板35e预留的凹槽内。俯仰电机座36c由两根平行的俯仰电机支撑拉杆35f支撑，俯仰电机组件36a安装在俯仰电机座36c中心处并可驱动与电机轴连接的钢制丝杠36b转动。俯仰电机组件36a采用无刷电机与行星减速器组合。丝杆螺母36d为铜制并紧固在丝杠套筒36e端部，丝杠套筒36e固定在从动齿轮37c上并为中空结构可防止与丝杠36b干涉，丝杠36b与丝杆螺母36d实现了转动至直线移动的转变。俯仰调节机构36在俯仰电机组件36a带动作用下，实现驱动电池包30沿x轴线的直线移动，同时安装在后绝缘板35d上的拉线位移传感器38利用拉出钢丝的长度检测电池包35的位移量，拉线位移传感器38的拉出钢丝尾端在从动齿轮37c上锁紧。滚转电机组件37a采用无刷电机与行星减速器组合并安装在前肋环10的安装孔内，滚转电机组件37a输出轴连接驱动齿轮37b，驱动齿轮37b与其啮合的从动齿轮37c为一对减速增矩齿轮组，从动齿轮37c中心为方孔并与方轴30固连。在驱动齿轮37b带动从动齿轮37c转动时，方轴30、电池包35、俯仰调节机构36实现绕x轴线的转动，转动范围正负90°。转角传感器39安装在前肋环10上，转角传感器39轴与传感器齿轮37d固连，传感器齿轮37d与从动齿轮37c的回转轴线平行，从动齿轮37c转动同时带动传感器齿轮37d转动，转角传感器39由传感器齿轮37d的转动角度检测出电池包35绕x轴线的转动角度。俯仰调节机构36与滚转调节机构37原理简图如图3所示。

如图2a、2h所示，中耐压舱段3包括中耐压筒11、后肋环12、液压泵40、弹性联轴器41、泵电机42、泵架43、支架44、单向阀45、过滤器46、中舱拉杆47、卫星通讯模块48、阀体49、蓄能器50、高压电磁阀51、压力传感器52、阀块支架53及液压钢管与接头。

中舱拉杆47贯穿中耐压筒11，中舱拉杆47两端分别与前肋环10、后肋环12锁紧，实现前肋环10、中耐压筒11、后肋环12间的紧固。液压泵40为齿轮液压泵，相较其它类型液压泵，自吸能力强，排量快，最大排油压力12mpa。液压泵40安装于泵架43并经弹性联轴器41与泵电机42相连。利用电池包35可为泵电机42供电，泵电机42带动液压泵40工作，实现利用电池电能完成水下滑翔机的浮力驱动过程。单向阀45、过滤器46分别位于液压泵40的出口、入口并通过液压钢管与接头连接。单向阀45可防止液压油回流至液压泵40出口并起保护作用，过滤器46的过滤等级为15μ，可防止液压油中的杂质微粒进入并磨损液压泵40。支架44为钢制钣金成型的悬臂支架，其根部与后肋环12紧固，其悬臂末端与泵架43固连，阀体49由阀块支架53与支架44连接，卫星通讯模块48安装在支架44底部。

如图4a至图4c所示，阀体49为7075-t6铝合金制成，内部设置有油孔49a、油孔49b、油孔49c、油孔49d、油孔49e，油孔49f，各油孔经阀体49内的油路互通。油孔49a与固连在后肋环12上的蓄能器50相连，油孔49b为阀体49进油口，油孔49c为阀体49出油口，油孔49d安装压力传感器52并检测蓄能器50的蓄能压力，油孔49e安装高压电磁阀51，油孔49f为阀体49的排气孔并使用堵头54封闭。蓄能器50为隔膜式蓄能器，与同等容量的活塞式、皮囊式蓄能器相比，质量更轻，最大蓄能压力25mpa，最大容量1.4l。

高压电磁阀51为两位两通常闭提升式电磁阀，采用直动式工作原理，流速快，工作时无抖动与噪音，关闭状态下零泄漏，可在25mpa压差下开启。高压电磁阀51断电时可切断油孔49c的导通，实现阀体49出油口油孔49c关闭。高压电磁阀51通电可导通出油口油孔49c，实现蓄能器50存储的高压液压油经阀体49出油口释放，完成利用海洋温差能进行水下滑翔机浮力驱动的过程。

如图2a与2i所示，后耐压舱段4包括后耐压筒13、后端盖14、油箱55、电路支架56、主控盒57、低压电磁阀58、单向阀59、单向阀60、机翼固定架61。机翼固定架61在后耐压舱段4外部沿x轴线方向布置，其两端利用螺栓与后肋环12、后端盖14外侧螺纹底孔紧固，实现后肋环12、后耐压筒13、后端盖14的锁紧。油箱55沿轴线x方向与电路支架56固连，电路支架56与后端盖14内侧安装凸台固连。

如图2j所示，油箱55为柱状油箱，包括油箱端盖55a、圆柱壳55b、伸缩波纹橡胶皮囊55c、位移传感器55d、导向环55e，油箱端盖55a设计有接口并与液压管路连接，油箱端盖55a与圆柱壳55b由周向均布的螺栓紧固，圆柱壳55b为薄壳结构并为伸缩波纹橡胶皮囊55c提供支撑与防护，伸缩波纹橡胶皮囊55c内部装有液压油并随油量体积变化伸缩变形，油箱55最大容量1.6l，位移传感器55d检测伸缩波纹橡胶皮囊55c的伸缩位移，实现油量检测。随油量体积变化，导向环55e沿x轴线在圆柱壳55b内部运动。

电路支架56为焊接成型的矩形框架结构，主控盒57固连在电路支架56框架内部。主控盒57可对复合动力水下滑翔机全部电器件实施自动流程控制。低压电磁阀58、单向阀59、单向阀60在电路支架56下方空间内，低压电磁阀58为两位两通常闭提升式电磁阀，采用直动式工作原理，流速快，工作时无抖动与噪音，关闭状态下零泄漏，可在50psi压差下开启，低压电磁阀58断电可切断油箱55与外油囊25间的液压管路，低压电磁阀58通电实现油箱55与外油囊25间的液压管路导通。单向阀59处于蓄能器50与换热器6液压管路之间，可阻止蓄能器50中的液压油回流至换热器6，单向阀60处于油箱55与换热器6液压管路之间，可阻止换热器6的液压油回流至油箱55。

如图5a至图5c所示，换热器6为长柱外形，在其两端安装有换热器导流体62，换热器6外层为换热器管壳6a并在其内部装有液压油与相变材料，并通过可轴线移动的活塞6b分隔开。换热器6由液压钢管63与后端盖14外球面连接并接入主机体耐压封闭腔的液压油路。换热器6由挂钩64固连在复合动力水下滑翔主机体腹部，挂钩64利用螺栓分别与前肋环10、后肋环12的底部螺纹孔固连。

如图2a至图6所示，复合动力水下滑翔机实现浮力驱动过程的液压油路包括回油油路、凝固油路、释能油路、蓄能油路、泵油油路五条功能油路。其中回油油路由外油囊25、液压钢管65、液压钢管66、低压电磁阀58、液压软管67、油箱55依次连接组成；凝固油路由油箱55、液压软管68、单向阀60、液压钢管69、液压钢管63、换热器6依次连接组成；释能油路由蓄能器50、油孔49a、阀体49、高压电磁阀51、油孔49c、液压软管70、液压钢管71、液压钢管65、外油囊25依次连接组成；蓄能油路由换热器6、液压钢管63、液压钢管72、单向阀59、液压软管73、油孔49b、阀体49、油孔49a、蓄能器50依次连接组成；泵油油路由油箱55、液压软管74、过滤器46、液压钢管75、液压泵40、液压钢管76、单向阀45、液压钢管77、液压软管70、液压钢管71、液压钢管65、外油囊25依次连接组成。

水下滑翔机的循环滑翔剖面包括下潜准备、下潜滑翔、下潜上浮转换、上浮滑翔4个阶段。在复合动力水下滑翔机下潜准备阶段中，回油油路工作；在下潜滑翔阶段，凝固油路工作；在上浮转换阶段，释能油路与泵油油路工作；在上浮滑翔阶段，蓄能油路工作。具体地，本发明复合动力水下滑翔机利用电池电能与海洋温差能实现水下滑翔浮力驱动的工作过程为：

复合动力水下滑翔机初始为正浮力状态，电池包35处于前极限位，水下滑翔机处于低头倾斜姿态在海面漂浮，尾部天线杆27斜向上露出水面。如图7所示，在下潜准备阶段，低压电磁阀58通电开启，回油油路导通。因海平面大气压为1bar，耐压封闭腔真空度在0.2bar至0.3bar之间，外油囊25中的液压油在气压差作用下依次经液压钢管65、液压钢管66、低压电磁阀58、液压软管67流入至油箱55，此阶段外油囊25体积逐渐减小，复合动力水下滑翔机由正浮力变为负浮力状态并进入到下潜滑翔阶段。

复合动力水下滑翔机在下潜滑翔阶段，海水温度随着下潜深度的增加逐渐降低，当海水温度低于换热器6中相变材料的融点后，相变材料开始凝固收缩，复合动力水下滑翔机的凝固油路工作，油箱55中的液压油依次经液压软管68、单向阀60、液压钢管69、液压钢管63补充至换热器6并推动活塞6b向相变材料侧移动。在下潜滑翔阶段，复合动力水下滑翔机同时利用俯仰调节机构36、滚转调节机构37调节电池包35在坐标系x轴线的位置与绕x轴线的转角，以实现滑翔机的下潜滑翔角与航向角处于设定阈值内。

当复合动力水下滑翔机达到设定下潜深度时，进入下潜上浮转换阶段。因复合动力滑翔机具有两种动力源(电池电能、海洋温差能)，在此阶段其可采用三种方式实施浮力驱动过程。1.海洋温差能驱动方式，释能油路工作，高压电磁阀51通电导通，蓄能器50内部在前序滑翔剖面由温差能转换贮存的高压液压油依次经油孔49a、阀体49、高压电磁阀51、油孔49c、液压软管70、液压钢管71、液压钢管65排入外油囊25，当蓄能器50压力降低至与水下滑翔机所处深度水压相等时关闭高压电磁阀51，外油囊25体积逐渐增大，水下滑翔机由负浮力变为正浮力状态并开始上浮。2.电池电能驱动方式，泵油油路工作，泵电机42由电池包35供电启动并带动液压泵40运转，在液压泵40自吸作用下，油箱55中的液压油经液压软管74、过滤器46、液压钢管75、液压泵40、液压钢管76、单向阀45、液压钢管77、液压软管70、液压钢管71、液压钢管65排入外油囊25，外油囊25体积逐渐增大，水下滑翔机由负浮力变为正浮力状态并开始上浮。3.电池电能、海洋温差能复合驱动方式，释能油路首先工作并在蓄能器50压力降低至与水下滑翔机所处深度水压相等时停止，随后泵油油路工作并为水下滑翔机提供补充浮力。

在上浮滑翔阶段，海水温度随着深度减小逐渐回升。当海水温度高于相变材料融点后，相变材料逐渐融化膨胀并推动活塞6b向液压油侧移动，复合动力水下滑翔机的蓄能油路工作，换热器6中的液压油依次经液压钢管63、液压钢管72、单向阀59、液压软管73、油孔49b、阀体49、油孔49a输入至蓄能器50内贮存，蓄能器50的压力逐渐升高。在上浮滑翔阶段，复合动力水下滑翔机同时利用俯仰调节机构36、滚转调节机构37调节电池包35在坐标系x轴线的位置与绕x轴线的转角，以实现滑翔机的上浮滑翔角与航向角处于设定阈值内。

当复合动力水下滑翔机返回至水面时，电池包35移动至前极限位置，天线杆27伸出水面并可向岸站报送剖面数据，复合动力水下滑翔机完成一个滑翔剖面并且为后序滑翔剖面贮存了利用海洋温差能转换获取的液压能。复合动力水下滑翔机等待岸站下达继续滑翔航行的指令。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。