【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋工程领域，具体涉及一种主被动复合浮力调节装置。
技术介绍
1、主被动复合浮力调节装置是一个深度融合了机械、电子和液压等技术的新兴水下动力驱动装置。该装置具有能耗低、结构简单、可靠性高、成本低，工作噪声低、环境适应强、适用范围广等特点，能够广泛应用于我国海洋军事及民用装备(如水下滑翔机、水下无人航行器、浮标等)，是未来水下推进技术发展的一个重要方面。美国等海洋强国已将该项技术成功应用到水下滑翔机及浮标等成熟产品上，实现了模块化、系列化、产业化。
2、浮力驱动装置在使用过程中一个非常大的难点是能耗的控制。作为平台主要的动力源，浮力调节装置能耗超过系统总能耗的一半，是系统“心脏”，其低功耗性能将直接决定整机的可靠性和航程，且平台工作的深度越大，该系统技术难度就越高。
3、常规的水下滑翔机等产品的浮力驱动单元是一套机电液耦合的液压驱动和体积调整装置，实现浮力的主动调节，其能耗与调整的体积成正比。考虑到未来大型的海洋装备，其最大工作水深超过1000米，排水体积大于1.5吨，其滑翔过程中平台主体浮力变化不小于150n(大型的海洋装备自身的排水量约为1.5t(1500l)，而1000m深处海水与海面海水的密度差约为0.01kg/l，因此大型的海洋装备由海面滑翔至1000m深度时，浮力会增加约150n)。如果大型的海洋装备的浮力驱动方案还采用常规的水下滑翔机的单一浮力主动调节装置方案，则其浮力调节单元的单程排量中至少需要有15l的容量需用来补偿海水密度变化引起的浮力变化量，而不是用来驱动平台运动，这将造
技术实现思路
1、本专利技术提供一种主被动复合浮力调节装置，能够实现精确、定量的浮力量调节，同时节省系统能耗，并使系统的运动更加平稳，可靠，进而实现高效的浮力驱动。
2、本专利技术通过以下技术方案实现。
3、一种主被动复合浮力调节装置，包括主动浮力调节模块、被动浮力补偿模块、海洋环境感知模块和运算控制模块；
4、所述主动浮力调节模块接收运算控制模块浮力调节指令，控制液压泵将指定体积的液压油注入与海水接触的外油囊中；
5、所述被动浮力补偿模块接收运算控制模块浮力补偿指令，在水面时，控制第四两通电磁阀、油量传感器、两位电磁阀、气泵将指定体积的补偿液体注入与海水接触的补偿油囊中；
6、所述海洋环境感知模块实时测量周围海水的温度、盐度以及深度参数，并将测量结果反馈至运算控制模块；
7、所述运算控制模块与海洋环境感知模块相连，并接收处理它们的测量信号，同时，运算控制模块还与主动浮力调节模块中的驱动电机、第一两通电磁阀、第二两通电磁阀、第一两位电磁阀、气泵、第三两通电磁阀、油量传感器相连接，并控制上述电气设备的动作；运算控制模块还与被动浮力补偿模块中的第四两通电磁阀、油量传感器、第三两位电磁阀、气泵连接，并控制上述电气设备的动作。
8、本专利技术的有益效果：
9、1、本专利技术采用在常规液压/气动驱动技术(主动浮力调节模块)的基础上增加被动浮力补偿(被动浮力补偿模块)的技术方案，通过采集海洋环境参量(海水的温度、盐度和深度)，结合运算控制模块内置程序预设的系统运动数学模型、海水密度数学模型和被动浮力补偿模型，计算出系统需要调整的浮力量，之后，运算控制模块再控制主动浮力调节装置中的电气设备的动作，实现精确、定量的浮力量调节，节省系统能耗，并使系统的运动更加平稳，可靠，进而实现高效的浮力驱动；
10、2、本专利技术的补偿油囊通过两通电磁阀与补偿液体油箱相连，可实现被动浮力补偿模块不同的浮力补偿量(浮力补偿量与补偿油囊内补偿液体的体积、海水的压力和补偿液体的体积变形率成线性关系)，以适应在不同工作深度和不同体积平台上的使用；
11、3、本专利技术气泵的进出气口和补偿液体油箱专用气口通过与两位电磁阀相应接口相连，形成了一条双功能复用气路，通过两位电磁阀的换向功能，气泵可分别实现对补偿液体油箱16容腔增压(充气)和降压(抽气)的功能；
12、4、本专利技术中的补偿液体由多种基本液体组分混合而成，可以通过调整基本液体组分的比例来调整补偿液体相对海水压力的体积变形率；
13、5、本专利技术的补偿液体油箱容腔加压(充气)和降压(抽气)的功能通过气动的方式实现，且补偿液体油箱容腔加压时，打开两通电磁阀时，可使补偿液体从补偿液体油箱中流向补偿油囊，进而增大补偿油囊中补偿液体的体积(在相同被压下，增大浮力补偿量)；补偿液体油箱容腔降压(抽气)时，打开两通电磁阀时，可使补偿液体从补偿油囊中流向补偿液体油箱，进而减小补偿油囊中补偿液体的体积(在相同被压下，减小浮力补偿量)；
14、6、本专利技术的主被动复合浮力调节装置可以作为一个独立的功能单元集成到水下潜器(无人水下航行器，水下滑翔机)上。
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1.一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，包括主动浮力调节模块、被动浮力补偿模块、海洋环境感知模块和运算控制模块；
2.如权利要求1所述的一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，所述主动浮力调节模块包括外油囊1、单向阀2、驱动电机3、液压泵4、过滤器5、第一两通电磁阀6、内油箱7、第二两通电磁阀8、第一两位电磁阀9、气泵10、节流阀11、第三两通电磁阀12、油量传感器13以及连接油路和气路用的管路和接头；所述内油箱7的出油口与过滤器5的进油口相连，过滤器5的出油口与液压泵4的进油口相连，液压泵4的出油口分别与单向阀2的进油口和第三两通电磁阀12的出油口相连，单向阀2的出油口与外油囊1的进油口相连，外油囊1的出油口分别与第一两通电磁阀6的进油口和第二两通电磁阀8的进油口相连，第一两通电磁阀6的出油口分别与第三两通电磁阀12的进油口和内油箱7的回油口相连，第二两通电磁阀8的出油口与节流阀11的进口相连，节流阀11的出油口与内油箱7的回油口相连，气泵10的进气口与第一两位电磁阀9的a接口相连，气泵10的出气口与第一两位电磁阀9的b接口相连，第一两位电磁阀9的c接口与内油箱
3.如权利要求1或2所述的一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，所述被动浮力补偿模块包括补偿油囊14、第四两通电磁阀15、补偿液体、补偿液体油箱16、油量传感器17、第二两位电磁阀18、气泵19以及连接油路和气路用的管路和接头；所述补偿液体油箱16的出油口与第四两通电磁阀15的进油口相连，第四两通电磁阀15的出油口与补偿油囊14的进/出油口相连，气泵19的进气口与第二两位电磁阀18的a接口相连，气泵19的出气口与第二两位电磁阀18的b接口相连，第二两位电磁阀18的c接口与补偿液体油箱16的专用气口相连，补偿液体油箱16上安装有油量传感器17，用于测量补偿液体油箱的油量。
4.如权利要求3所述的一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，所述补偿液体由多种基本液体组分混合而成，通过调整基本液体组分的比例来调整补偿液体相对海水压力的体积变形率。
5.如权利要求1或2或4所述的一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，所述海洋环境感知模块包括温度传感器、深度传感器和盐度传感器，分别用于测量海水的温度、深度及盐度参数。
6.如权利要求1或2或4所述的一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，所述主动浮力调节模块还可以根据水与内油箱容腔之间的压力差通过两通电磁阀将外油囊中指定体积的液压油压回内油箱来改变装置在水中的排水体积。
...【技术特征摘要】
1.一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，包括主动浮力调节模块、被动浮力补偿模块、海洋环境感知模块和运算控制模块；
2.如权利要求1所述的一种主被动复合浮力调节装置，其特征在于，所述主动浮力调节模块包括外油囊1、单向阀2、驱动电机3、液压泵4、过滤器5、第一两通电磁阀6、内油箱7、第二两通电磁阀8、第一两位电磁阀9、气泵10、节流阀11、第三两通电磁阀12、油量传感器13以及连接油路和气路用的管路和接头；所述内油箱7的出油口与过滤器5的进油口相连，过滤器5的出油口与液压泵4的进油口相连，液压泵4的出油口分别与单向阀2的进油口和第三两通电磁阀12的出油口相连，单向阀2的出油口与外油囊1的进油口相连，外油囊1的出油口分别与第一两通电磁阀6的进油口和第二两通电磁阀8的进油口相连，第一两通电磁阀6的出油口分别与第三两通电磁阀12的进油口和内油箱7的回油口相连，第二两通电磁阀8的出油口与节流阀11的进口相连，节流阀11的出油口与内油箱7的回油口相连，气泵10的进气口与第一两位电磁阀9的a接口相连，气泵10的出气口与第一两位电磁阀9的b接口相连，第一两位电磁阀9的c接口与内油箱7的专用气口相连，内油箱7上安装有油量传感器13，用于测量内油箱的油量。
3.如权利要求1或2所述的一种主被动复合浮...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，袁瑞，徐蓉，冀功祥，程屹山，曾祥敏，
申请(专利权)人：宜昌测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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