应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统技术方案

本发明专利技术属于深水潜水器水下运动控制技术领域，公开了一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统，综合运用水平舵、垂直舵、下潜压载、上浮压载、纵倾调节系统等方式，使潜水器呈一定纵倾角下潜或上浮，使得下潜或上浮过程中潜水器在运动方向上更趋于流线型，水体在流经潜水器外表面时压力降低呈缓变状态，有效地降低粘压阻力，从而降低了总阻力。本发明专利技术提高了下潜上浮的速度，使得潜水器有更长的水下有效作业时间；本发明专利技术总体上基于常规潜水器的基本组成部件，通过功能拓展、位置调整和组合应用等方式提高潜水器的下潜上浮运动速度，减少非作业时间，从经济性、操作习惯和施工经验上，更具综合优势。

Method and System of Unpowered Submergence and Up-Floating Motion Applied to Large Depth Submersible

The invention belongs to the technical field of underwater motion control of deep-water submersible, and discloses a method and system of powerless down-submergence and up-float motion applied to Deep-water submersible. The method integrates horizontal rudder, vertical rudder, down-submergence ballast, up-floating ballast and pitch control system to make the submersible submerge or up-float at a certain pitch angle, so that the submersible moves in the process of down-submersion or up-float. The upward trend is more streamlined. When water flows through the outer surface of the submersible, the pressure decreases slowly, which effectively reduces the viscous pressure resistance, thus reducing the total resistance. The invention improves the speed of down-diving and up-floating, and makes the submersible have longer effective underwater operation time; generally, based on the basic components of conventional submersible, the invention improves the speed of down-diving and up-floating movement of the submersible by means of function expansion, position adjustment and combination application, reduces the non-operation time, and has more comprehensive advantages in terms of economy, operation habits and construction experience. Potential.

【技术实现步骤摘要】
应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统
本专利技术属于深水潜水器控制
，尤其涉及一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统。特别涉及一种关于应用于大深度载人潜水器的新型无动力下潜上浮运动方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：海洋深度位于6500-11000米的区域称为深渊区，深渊区所特有的生态学、生物学和地质学等深渊科学问题是海洋科学的前沿和热点。要研究深渊，首先需要可在深渊区作业的海洋工程装备下潜至该区域进行作业,其中，载人潜水器由于其作业能力强，科学家可以进行现场实地观察等优势，是目前国际上应用比较广泛的潜水工程装备之一。由于大深度潜水器受重量、体积的限制，所带能源有限，在潜浮运动中尽量不使用艇载能源，这种不使用能源的运动称为“无动力下潜上浮运动”。在已投入使用的载人潜水器中，包括中国“蛟龙号”、俄罗斯“和平号”、美国“阿尔文号”等，几乎全部采用无纵倾角、水平下潜上浮方式，并通过抛掉可弃压载实现下潜与上浮。该方式下潜由于潜器在下潜上浮方向自身的水阻面积很大，因此，下潜上浮速度很慢。随着下潜深度的增加，如果仍采用上述下潜上浮方法，以蛟龙号为例，实现全海深(即11000m)的下潜上浮时间需要约8小时，而一台载人潜水器通常水下作业时间仅为12小时,如果大量的时间用于下潜上浮过程,这将失去宝贵的海底作业时间。因此，如何加快下潜上浮速度也是重要的技术挑战之一。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)潜器在下潜上浮方向自身的水阻面积很大，下潜上浮速度很慢；(2)通过增加可弃抛载，在下潜过程中增加负浮力或在上浮过程中增加正浮力来提高运动速度，一旦抛载系统失效，则潜水器存在很大安全隐患；(3)如果在下潜和上浮中，借助潜器所携带的能源驱动推进器增加运动速度，则大幅减少了可用于作业的电量。解决上述技术问题的难度和意义：难度在于：如何加快下潜上浮速度是现有技术解决的难点；解决现有技术的难度后，带来的意义为：考虑到潜水器现有系统已日趋成熟，如果引入新的系统会带来额外的技术风险，而如果通过改进现有系统，且不利用潜水器所携带的有限能源的情况下，提高潜水器的下潜上浮速度是本专利技术要重点解决的技术难题。由于潜水器单次水下作业时间是固定的(或扩展能力较小的)，通过解决上述问题，对于大深度潜水器，可以减少非作业时间，增加水下可作业时间，进行观察、取样等作业，提高潜水器的经济性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法及系统。本专利技术提供一种适用于常规大深度载人潜水器结构型式和作业特点，不借助于潜器自身动力，能实现潜水器快速下潜上浮运动，且不偏离母船布放位置太远，易于海上实施的应用于大深度载人潜水器的新型无动力下潜上浮运动方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，包括：设置在潜水器艏部的下潜压载和上浮压载；位于潜水器艏部的艏部耐压罐和位于潜水器艉部的艉部耐压罐，艏部耐压罐与艉部耐压罐通过液体管路相连接；液体管路中间设置有纵倾调节泵；管路内及艏部耐压罐和艉部耐压罐中均设置有一定量的水银、海水或其他液体介质；潜水器上设置有垂直舵和水平舵，分别与潜水器内部对应的转舵执行机构连接为一体；艏部耐压罐、艉部耐压罐、纵倾调节泵、液体管路及一定量的水银、海水或其他液体介质构成潜水器纵倾调节系统；纵倾调节系统用于海底作业时的纵倾调节作用，还用于提供初始下潜运动角度以及上浮到水面后的潜水器调平。进一步，所述艏部耐压罐和艉部耐压罐均采用钛合金、铝合金、不锈钢材料，形状为球体或圆柱体。进一步，纵倾调节泵通过控制阀门开闭，改变管内液体流向。进一步，下潜压载和上浮压载设置在潜水器艏部下方，下潜压载和上浮压载为铁块、铅块，形状为正方体、长方体、圆柱体。进一步，垂直舵和水平舵用于控制潜水器在海底巡航时的方向，还用于控制潜水器在下潜和上浮时的运动方向，使潜水器呈螺旋线下潜和上浮；所述垂直舵布置在潜水器艉部，水平舵布置在潜水器艏部、艉部和中部；水平舵在潜水器两舷各一个；垂直舵和水平舵为流线型。本专利技术的另一目的在于提供一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动方法，包括：1)通过折臂吊或A型吊配合斜拉索将潜器吊放入水，完成水面检查；2)启动液压源，使压载水箱注满水后，通过纵倾调节泵调整管内液体分配量，将艉部耐压罐的液体通过管路注入艏部耐压罐，使潜水器呈纵倾一定角度，当压载水箱注满水后，潜水器艇体大角度俯角状态下潜；3)调整垂直舵和水平舵角度，使潜水器进行螺旋回转下潜运动；4)当潜水器接近海底抛弃下潜压载，启动液压系统调整水银、海水或其他液体介质分配量，使艇体处于零浮力或微正浮力以及水平状态；5)潜水器通过主推进器、垂向推进器和侧向推进器进行水下巡航和定点作业；6)完成既定作业任务，进行上浮，抛弃上浮压载，使潜器处于大仰角上浮；7)通过打舵，调整垂直舵和水平舵角度，使潜水器进行螺旋回转上升运动；8)在潜器上浮到接近水面时，纵倾调节泵将艏部耐压罐中的水银、海水或其他液体介质通过管路调整至艉部耐压罐中，潜水器艇体处于水平状态，同时，打开排气阀利用高压气罐对压载水舱内的水进行吹除，使潜器增加浮力，抬高干舷。进一步，步骤2)中，纵倾一定角度包括但不限于15度、30度、45度、60度。进一步，步骤6)中，大仰角角度包括但不限于15度、30度、45度、60度。本专利技术的另一目的在于提供一种至少搭载所述应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统的深海科考船。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术综合运用水平舵、垂直舵、下潜压载、上浮压载、纵倾调节系统等方式，使潜水器呈一定纵倾角下潜或上浮，使得下潜或上浮过程中潜水器在运动方向上更趋于流线型，水体在流经潜水器外表面时压力降低呈缓变状态，有效地降低粘压阻力，从而降低了总阻力，提高了下潜上浮的速度，使得潜水器有更长的水下可作业时间。本专利技术通过在下潜和上浮过程中控制水平舵和垂直舵，使潜水器呈螺旋形回转运动，下潜时潜器到达位置离布放点垂直位置不远，可以更加接近预定作业位置，减少不必要损耗时间，而上浮时潜器离母船不会太远，便于回收；本专利技术中由艏、艉耐压罐、纵倾调节泵、液体管路及其内部液体所组成的纵倾调节系统在传统应用基础上，拓展了纵倾调节系统新作业功能，用于提供初始下潜运动角度以及上浮到水面后的潜水器调平，潜水器不需要增加新的系统，更好的发挥了已有系统的效能，增加了经济性；本专利技术主要借助潜器自身重力大于浮力则下潜，抛弃上浮压载，浮力大于重力则上浮的原理，几乎不需要潜器能源动力，可以降低整体电量需求，大幅降低成本。本专利技术总体上基于常规潜水器的基本组成部件，通过功能拓展、位置调整和组合应用等方式提高潜水器的下潜上浮运动速度，减少非作业时间，从经济性、操作习惯和施工经验上，更具综合优势。因此，本专利技术可以广泛在大深度潜水器的无动力下潜和上浮中应用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统示意图。图2是本专利技术在实施例中的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统在水面初始状态俯视图。图3是本专利技术在实施例中的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统大倾角下潜示意图。图4是本专利技术在实施例中的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，其特征在于，所述应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统包括：设置在潜水器艏部的下潜压载和上浮压载；位于潜水器艏部的艏部耐压罐和位于潜水器艉部的艉部耐压罐，艏部耐压罐与艉部耐压罐通过液体管路相连接；液体管路中间设置有纵倾调节泵；液体管路内及艏部耐压罐和艉部耐压罐中均设置有一定量的水银、海水或其他液体介质；潜水器上设置有垂直舵和水平舵，分别与潜水器内部对应的转舵执行机构连接为一体；艏部耐压罐、艉部耐压罐、纵倾调节泵、液体管路及一定量的水银、海水或其他液体介质构成潜水器纵倾调节系统；纵倾调节系统用于海底作业时的纵倾调节作用，还用于提供初始下潜运动角度以及上浮到水面后的潜水器调平。

【技术特征摘要】
1.一种应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，其特征在于，所述应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统包括：设置在潜水器艏部的下潜压载和上浮压载；位于潜水器艏部的艏部耐压罐和位于潜水器艉部的艉部耐压罐，艏部耐压罐与艉部耐压罐通过液体管路相连接；液体管路中间设置有纵倾调节泵；液体管路内及艏部耐压罐和艉部耐压罐中均设置有一定量的水银、海水或其他液体介质；潜水器上设置有垂直舵和水平舵，分别与潜水器内部对应的转舵执行机构连接为一体；艏部耐压罐、艉部耐压罐、纵倾调节泵、液体管路及一定量的水银、海水或其他液体介质构成潜水器纵倾调节系统；纵倾调节系统用于海底作业时的纵倾调节作用，还用于提供初始下潜运动角度以及上浮到水面后的潜水器调平。2.如权利要求1所述的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，其特征在于，所述艏部耐压罐和艉部耐压罐均采用钛合金、铝合金、不锈钢材料，形状为球体或圆柱体。3.如权利要求1所述的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，其特征在于，纵倾调节泵通过控制阀门开闭，改变管内液体流向。4.如权利要求1所述的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，其特征在于，下潜压载和上浮压载设置在潜水器艏部下方，下潜压载和上浮压载为铁块、铅块，形状为正方体、长方体、圆柱体。5.如权利要求1所述的应用于大深度潜水器的无动力下潜上浮运动系统，其特征在于，垂直舵和水平舵用于控制潜水器在海底巡航时的方向，还用于控制潜水器在下潜和上浮时的运动方向，使潜水器呈螺旋线下潜和上浮；所述垂直舵布置在潜水器艉部，水平舵布置在潜水器艏部、艉部和中部；水平舵在潜水器两舷各一个；垂直舵和水平舵为流...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜哲，孙鹏飞，王芳，罗高生，崔维成，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：上海,31