本发明涉及水下应急设备，尤其是一种适用于水下潜器的模块化应急浮力装置及操作方法。
背景技术：
1、以无人潜航器、载人潜器为代表的水下潜器装备成为了行业发展的热点。近年来该领域的研发投入增长明显，各型装备与产品不断涌现，支撑着海洋前沿科学与技术研究的不断发展。
2、由于水下环境的复杂性，无人潜航器和载人潜器在水下任务过程中面临着一系列问题。各高校与科研院所在湖上、海上试验过程中，丢失的无人潜航器不在少数，造成了严重的财产和试验数据损失。此外，载人潜器在下潜任务过程中，易受到内波和海水断崖影响，在水下丧失或损失浮力，导致安全事故的发生。
3、压载水吹除系统是各类水下潜器常用的应对上述问题方式之一，该系统采用高压气快速吹除压载水舱，提供相应的正浮力，使平台快速从水下状态上浮到水面状态。目前，传统的压载水吹除系统存在以下问题：
4、(1)当水下潜器，尤其是无人潜航器，采用应急上浮浮出水面后，往往需要经过较长时间等待打捞。在此过程中，受水面风浪影响，水下潜器在横摇过程中，压载水舱会逐步进水，进而导致水下潜器重新沉入水下。此外，采用压载水舱的吹除系统，在压载水舱上部需要设置通气阀门。在使用过程中发现，受水生物附着、海水腐蚀等原因，通气阀门的气密性常常难以保证，导致压载水舱气体泄露和进水，使水下潜器的干舷高度逐渐降低，并最终沉入水下。
5、(2)压载水舱多采用钢、铁等材料，并需满足耐压要求，以保证吹除过程的水舱结构强度达标。因此，压载水舱的重量较大，给水下潜器带来了较大的重量负担。
6、(3)为保证水下潜器的水面姿态，压载水舱通常分左右舷设置，在吹除过程中需要分别对左右舷压载水舱进行吹除。在使用过程中，左右舷水舱往往难以保证相同的吹除速率，导致水下潜器在应急上浮过程中发生较大的横倾，从而影响安全性。
7、(4)压载水吹除系统的气源、阀门、水舱分散在水下潜器的各处，维护维修更换十分不便。
8、(5)目前，压载水吹除系统的设计一般由总体单位承担，需综合考虑装备的浮心、稳心、抗沉性等指标性能，且水舱、气瓶、管路及阀件的布置与装备的总体设计结果强相关，总体布置一旦发生变化，系统设计需进行反复迭代，过程繁琐，耗时长。
技术实现思路
1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置及操作方法，从而采用了气囊结构代替压载水舱，解决了应急上浮过程由左右吹除不均匀带来了横倾问题，并开展了模块化与集成化设计，降低了系统重量，提高了系统的维修性。同时可以形成不同规格的标准化装置，方便总体单位在设计过程中直接选取，简化设计流程。
2、本发明所采用的技术方案如下：
3、一种适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，包括铝合金框架，所述铝合金框架的顶面固定有一块顶板，所述顶板上通过气瓶抱箍安装气瓶，所述气瓶的瓶口设置有瓶头阀，所述瓶头阀通过管路依次串联有一号压力变送器、空气过滤器、电磁阀、减压阀、二号压力变送器和单向阀，单向阀的输出端通过金属软管连接气囊，所述气囊安装在铝合金框架的内部；
4、一号压力变送器和空气过滤器之间的管路上通过分支管安装一号手动截止阀，单向阀输出端的管路上安装有二号手动截止阀。
5、作为上述技术方案的进一步改进：
6、所述气囊的安装结构为：包括外壳，外壳的内部安装皮囊，皮囊的头部通过两个螺母与外壳固定，并在皮囊的头部通过垫圈安装转接头，转接头与金属软管连接，外壳的尾部设置有端盖，所述端盖通过螺钉和平垫圈与外壳锁紧。
7、所述皮囊采用国标蓄能器胶囊。
8、所述外壳采用聚碳酸酯材料。
9、所述外壳和端盖上开有若干个流水孔。
10、所述铝合金框架的底部设置有固定气囊的气囊抱箍。
11、所述铝合金框架呈长方体结构。
12、所述铝合金框架与水下潜器固定。
13、所述铝合金框架与水下潜器共形。
14、一种适用于水下潜器的模块化应急浮力装置的操作方法，包括如下操作步骤：
15、第一步：准备工作，
16、打开二号手动截止阀、一号手动截止阀，排出整个装置内部的余气，关闭一号手动截止阀；
17、第二步：取一个小型真空泵连接至二号手动截止阀，打开真空泵，整个装置内的空气从真空泵排出，使皮囊18变瘪；然后关闭二号手动截止阀，关闭真空泵，断开真空泵与二号手动截止阀的连接管路；
18、第三步：取一个空气压缩机连接至一号手动截止阀，打开空气压缩机，打开一号手动截止阀，压缩空气经空气压缩机、一号手动截止阀沿管路进入气瓶中，观察一号压力变送器的读数，达到设定压力后关闭一号手动截止阀，关闭空气压缩机，断开空气压缩机和一号手动截止阀的连接管路；
19、第四步：将整个装置安装至水下潜器中；
20、第五步：准备工作完毕；
21、第六步：当需要启动应急上浮时，水下潜器控制系统发送信号，给电磁阀上电，电磁阀打开，高压空气经过空气过滤器、电磁阀、减压阀、单向阀流入气囊，使气囊内的皮囊产生膨胀，进而产生正浮力，使水下潜器上浮。
22、本发明的有益效果如下：
23、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过将传统的压载水吹除系统进行集成化、模块化，降低了原系统的重量、体积，以方便布置于各类不同水下潜器。本发明有效的解决了应急上浮过程由左右吹除不均匀带来了横倾问题，并开展了模块化与集成化设计，降低了系统重量，提高了系统的维修性。同时可以形成不同规格的标准化装置，方便总体单位在设计过程中直接选取，简化设计流程
24、同时本发明还具备如下优点：
25、(1)采用气囊代替压载水舱：
26、本发明采用了由皮囊和外壳组成的部件气囊来代替压载水舱，解决了左右舷水舱吹除速率不同导致水下潜器在应急上浮过程中的横倾问题，以及上浮后由于水舱进水带来的二次下沉问题，提升了安全性。
27、(2)采用轻量化设计：
28、本发明取消了压载水舱，大大减轻了系统重量，所采用的气囊是由橡胶的皮囊和聚碳酸酯外壳组成，框架采用铝合金型材，相比于传统的压载水吹除系统，减重约30％。
29、(3)采用集成化和模块化设计：
30、本发明所采用的元器件多为标准件，将原本分散在水下潜器内部各处的管路系统集成为单一的应急浮力装置，结构紧凑，节约空间，便于布置安装的同时，提高了可维修性。
31、(4)可提供标准化、系列化的参数：
32、本发明可固化形成标准化、系列化的参数，方便设计人员直接选用，免去了复杂的计算过程，避免了设计过程的反复迭代，简化了设计流程。
1.一种适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：包括铝合金框架(1)，所述铝合金框架(1)的顶面固定有一块顶板，所述顶板上通过气瓶抱箍(4)安装气瓶(5)，所述气瓶(5)的瓶口设置有瓶头阀(6)，所述瓶头阀(6)通过管路依次串联有一号压力变送器(14)、空气过滤器(10)、电磁阀(7)、减压阀(8)、二号压力变送器(9)和单向阀(11)，单向阀(11)的输出端通过金属软管(15)连接气囊(3)，所述气囊(3)安装在铝合金框架(1)的内部；
2.如权利要求1所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述气囊(3)的安装结构为：包括外壳(20)，外壳(20)的内部安装皮囊(18)，皮囊(18)的头部通过两个螺母(19)与外壳(20)固定，并在皮囊(18)的头部通过垫圈(17)安装转接头(16)，转接头(16)与金属软管(15)连接，外壳(20)的尾部设置有端盖(21)，所述端盖(21)通过螺钉(22)和平垫圈(23)与外壳(20)锁紧。
3.如权利要求2所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述皮囊(18)采用国标蓄能器胶囊。
4.如权利要求2所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述外壳(20)采用聚碳酸酯材料。
5.如权利要求2所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述外壳(20)和端盖(21)上开有若干个流水孔。
6.如权利要求1所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述铝合金框架(1)的底部设置有固定气囊(3)的气囊抱箍(2)。
7.如权利要求1所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述铝合金框架(1)呈长方体结构。
8.如权利要求1所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述铝合金框架(1)与水下潜器固定。
9.如权利要求1所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置，其特征在于：所述铝合金框架(1)与水下潜器共形。
10.一种如权利要求1所述的适用于水下潜器的模块化应急浮力装置的操作方法，其特征在于：包括如下操作步骤：