一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，该装置包括耐压壳体、螺旋桨、液压控制系统和两套三级活塞组件，两套三级活塞组件对称的安装在耐压壳体的艏部和艉部的分级活塞调节舱内，液压控制系统将压力油作用在活塞和各级活塞轴上，通过活塞的位移将海水排出或吸入到排水腔中，排水腔通过耐压壳体上的透水孔与外部贯通，液压控制系统根据航行器的深度选择活塞独立工作或多级活塞轴配合活塞组合工作完成对航行器浮力的调节；螺旋桨安装在耐压壳体的艉部。本发明专利技术低耗能，运行时间长，调节准确，调节力度大，调节范围广，可调节纵倾姿态，且下潜深度不受水深限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用活塞进行浮力调节的水下航行器，属于水下航行器结构设计

技术介绍
水下航行器广泛应用于海洋科学研究、海洋工程、海洋资源勘探、军事侦查等领域。无人水下航行器在水下航行时会受到各种诸如海水深度、海水温度、季节、海域等因素影响，或者出于任务需要要求上浮或下潜，此时就需要一种用来调节浮力与重力平衡的装置，即浮力调节装置，它可以实现无人水下航行器在不同水域和不同深度航行时的自动配平，从而实现不同航行水域自适应调节、航行姿态辅助调节、航行器定深悬浮调节、安全上浮一系列功能。目前使用的浮力调节装置有很多种，比如采用高压气瓶+压载水舱的方式，此种装置结构复杂庞大，而且浮力调节能力小于水下航行器总重量的1％；比如采用推进器的方式，此装置需要持续运转，耗能巨大；比如采用油囊方式，此装置结构简单，但是调节能力有限，而且不能调节纵倾姿态。此外，还有一种常见的活塞吸排海水调节方式，在调节时油与水的比例为1:1，所以调节能力有限，调节力度小。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，该装置低耗能，运行时间长，调节准确，调节力度大，调节范围广，可调节纵倾姿态，且下潜深度不受水深限制。一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，该装置包括耐压壳体、螺旋桨、液压控制系统和两套n级活塞组件，n为大于等于2的整数；所述两套n级活塞组件对称的安装在航行体两端耐压壳体内的分级活塞调节舱内，液压控制系统将压力油作用在活塞和各级活塞轴上，通过活塞的位移将海水排出或吸入到排水腔中，排水腔通过耐压壳体上的透水孔与外部贯通，液压控制系统根据航行器的深度选择活塞独立工作或多级活塞轴配合活塞组合工作完成对航行器浮力的调节；所述螺旋桨安装在耐压壳体的艉部。进一步地，所述n级活塞组件采用三级，该三级活塞组件包括活塞缸、一级活塞、二级活塞轴、三级活塞轴、喷嘴和超声波测距仪，所述活塞缸为圆柱形结构，其外圆周面与水下航行器对应位置的耐压壳体内壁紧密配合，活塞缸具有一个中心沉孔和两个同心的环形槽，一级活塞的活塞轴与活塞缸的中心沉孔配合，一级活塞的外侧端面与分级活塞调节舱形成的空腔为排水腔，一级活塞的内侧端面与活塞缸端面之间形成的空腔为控制腔；二级活塞轴和三级活塞轴则分别与活塞缸的环形槽配合，上述三个部件分别与活塞缸配合形成的封闭腔体为工作腔，活塞缸上对应每个工作腔的位置上安装一个喷嘴和一个超声波测距仪，喷嘴用来向工作腔中注入压力油，超声波测距仪用来测量活塞及活塞轴与活塞缸之间的相对位移；每个喷嘴都分别与液压控制系统相连，液压控制系统提供液压动力源，通过压力油独立驱动一级活塞、二级活塞轴和三级活塞轴的运动。进一步地，所述液压控制系统包括主管路、储油箱、真空传感器、低压阀、流量传感器、水力泵、压力调节阀、止回阀、压力传感器、高压阀、过滤器、电磁阀和单向阀，所述储油箱引出的支管路分成两路后并联在主管路上，分成两路的管路上一路依次串联真空传感器、低压阀、流量传感器、压力调节阀、 高压阀和过滤器，另一路依次连接水力泵、止回阀和压力传感器；所述真空传感器的作用是测量油箱内的油量，防止油箱中出现漏油发生油量过低的情况发生；所述电磁阀和单向阀通过管路并联在每一级活塞的喷嘴和主管路之间。进一步地，为了降低无人水下航行器的制造成本，耐压壳体对应液压控制系统部分采用保护壳结构，保护壳上也开有外部连通的透水孔。有益效果：1、本专利技术的排出海水体积与油体积比大于1：1，液压控制系统利用少量的压力油可以排出大量的海水，从而大大提高了浮力调节能力。工作腔和内部储油箱的大小直接影响浮力调节能力，通过增大工作腔和内部储油箱体积可以提高其浮力调节能力。2、本专利技术能够利用航行体两端安装活塞组件与耐压壳体形成的分级活塞调节仓，在保持两端分级活塞调节仓的总排水体积不变前提下，调节两端工作腔内工作流体的体积形成浮力矩，达到调节无人水下航行器的纵倾姿态的目的。3、本专利技术调节力度大，调节范围广，分级推力，应用广泛。调节效率高，且减少了工作液体体积，安装方便并且便于总体布置。4、本专利技术通过将液体控制系统置于耐压壳体内，并用容腔密封起来，容腔与保护壳之间的腔体通过透水孔与外部海水连通，使得保护壳内外两侧压强相等，从而使保护壳的材料可以不受压力限制，而使得本专利技术的下潜深度不受水深限制。排水腔通过透水孔与外部海水连通，使得各级活塞的内部压强之和与外部压强相等，从而使得本专利技术的下潜深度不受水深限制。5、本专利技术将超声波测距仪用于活塞的移动距离的测量，确定控制腔内液体的体积，监控浮力大小，准确获取浮力调节量。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为一级活塞作用时的状态示意图；图3为二级活塞轴与一级活塞共同作用时的状态示意图；图4为二、三级活塞轴与一级活塞共同作用时的状态示意图。其中，1-螺旋桨、2-艉部、3-排水腔、4-一级活塞、5-控制腔、6-二级活塞轴、7-三级活塞轴、8-耐压壳体、9-电磁阀、10-单向阀、11-活塞缸、12-主管路、13-储油箱、14-真空传感器、15-低压阀、16-流量传感器、17-水力泵、18-压力调节阀、19-止回阀、20-艏部、21-压力传感器、22-高压阀、23-过滤器、24-液压控制系统、25-喷嘴、26-超声波测距仪、27-限位块、28-透水孔。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如附图1所示，本专利技术提供了一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，该装置包括耐压壳体8、螺旋桨1、液压控制系统24和两套三级活塞组件；两套三级活塞组件对称的安装在耐压壳体8的艏部20和艉部2的分级活塞调节舱内，液压控制系统24将压力油分别作用在活塞和各级活塞轴上，通过活塞的位移将海水排出或吸入排水腔3，排水腔3通过耐压壳体8上的透水孔28与外部贯通，液压控制系统24根据航行器的深度选择活塞独立工作或多级活塞轴配合活塞组合工作完成对航行器浮力的调节；螺旋桨1安装在耐压壳体8的艉部。如附图2、3和4所示，三级活塞组件包括活塞缸11、一级活塞4、二级活 塞轴6、三级活塞轴7、喷嘴25和超声波测距仪26，所述活塞缸11为圆柱形结构，其外圆周面与水下航行器的内型面一致，活塞缸11具有一个中心沉孔和两个同心的环形槽，一级活塞4的活塞轴与本体的中心沉孔配合，一级活塞4的外侧端面与分级活塞调节舱形成的空腔为排水腔，一级活塞4的驱动端内侧端面与活塞缸11端面之间形成的空腔为控制腔5；二级活塞轴6和三级活塞轴7则分别与活塞缸11的环形槽配合，上述三个部件分别与活塞缸11配合形成的封闭腔体为工作腔，活塞缸11上对应每个工作腔的位置上安装一个喷嘴25和一个超声波测距仪26，喷嘴25用来向工作腔中注入压力油，超声波测距仪26用来测量一级活塞4、二级活塞6和三级活塞7与活塞缸11之间的相对位移，通过测量移动距离确定工作腔内液体的体积；每个喷嘴25都分别与液压控制系统24相连，液压控制系统24提供液压动力源，通过压力油独立驱动一级活塞4、二级活塞轴6和三级活塞轴7的运动。附图2为一级活塞作用时的状态示意图，在深度较浅的区域采用液压控制系统24驱动一级活塞4工作；附图3为一级活塞4和二级活塞轴6共同作用时的状态示意图，在中等深度区域时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，其特征在于，该装置包括耐压壳体、螺旋桨、液压控制系统和两套n级活塞组件，n为大于等于2的整数；所述两套n级活塞组件对称的安装在航行体两端耐压壳体内的分级活塞调节舱内，液压控制系统将压力油作用在活塞和各级活塞轴上，通过活塞的位移将海水排出或吸入到排水腔中，排水腔通过耐压壳体上的透水孔与外部贯通，液压控制系统根据航行器的深度选择活塞独立工作或多级活塞轴配合活塞组合工作完成对航行器浮力的调节；所述螺旋桨安装在耐压壳体的艉部。

【技术特征摘要】
1.一种采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，其特征在于，该装置包括耐压壳体、螺旋桨、液压控制系统和两套n级活塞组件，n为大于等于2的整数；所述两套n级活塞组件对称的安装在航行体两端耐压壳体内的分级活塞调节舱内，液压控制系统将压力油作用在活塞和各级活塞轴上，通过活塞的位移将海水排出或吸入到排水腔中，排水腔通过耐压壳体上的透水孔与外部贯通，液压控制系统根据航行器的深度选择活塞独立工作或多级活塞轴配合活塞组合工作完成对航行器浮力的调节；所述螺旋桨安装在耐压壳体的艉部。2.如权利要求1所述的采用多级活塞进行浮力调节的无人水下航行器，其特征在于，所述n级活塞组件采用三级，该三级活塞组件包括活塞缸、一级活塞、二级活塞轴、三级活塞轴、喷嘴和超声波测距仪，所述活塞缸为圆柱形结构，其外圆周面与水下航行器对应位置的耐压壳体内壁紧密配合，活塞缸具有一个中心沉孔和两个同心的环形槽，一级活塞的活塞轴与活塞缸的中心沉孔配合，一级活塞的外侧端面与分级活塞调节舱形成的空腔为排水腔，一级活塞的内侧端面与活塞缸端面之间形成的空腔为控制腔；二级活塞轴和三级活塞轴则分别与活塞缸的环形槽配合，上述三个部件分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏弟，郝加封，梁廷辉，王国玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11