本實(shí)用新型屬于潛水器浮力調(diào)節(jié)和壓力補(bǔ)償裝置領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種適用于水下機(jī)器人、水下觀測(cè)平臺(tái)等水下潛水器的浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，潛水器的浮力驅(qū)動(dòng)有三種方案：

第一種方案是利用高壓氣瓶中的高壓氣體，排擠水箱中的海水，實(shí)現(xiàn)浮力調(diào)節(jié)。這種方案的氣體壓力需高于水深壓力，當(dāng)水深增加到一定程度時(shí)，氣源發(fā)生裝置所需的體積急劇增加，能耗急劇，故對(duì)于深海無法采用。

第二種方案是采用外軟油囊、內(nèi)耐壓油箱及油液壓泵。水深壓力將油直接壓入內(nèi)耐壓油箱，排水體積減小，浮力減小，實(shí)現(xiàn)下潛。當(dāng)油液壓泵將液壓油從內(nèi)耐壓油箱壓入外軟油囊時(shí)，排水體積增大、浮力增加，重量未變，實(shí)現(xiàn)上浮。為了保證深海環(huán)境下液壓泵不吸空，這種方案還需額外的油箱壓力補(bǔ)償系統(tǒng)（如增壓泵或真空泵系統(tǒng)）以補(bǔ)償真空度不足的缺陷。故此種方案的浮力調(diào)控系統(tǒng)復(fù)雜、笨重、浮力調(diào)控有限、油液壓泵工作壓力高（≥水深壓力）。

第三種方案是在觀測(cè)平臺(tái)內(nèi)放置耐壓水箱，其容積等于所需最大浮力調(diào)節(jié)量。需要調(diào)節(jié)浮力時(shí)，用高壓海水液壓泵將水箱中的水排出，或從外界注入水，使重量發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)上浮或下潛。這種浮力調(diào)控方案雖系統(tǒng)簡單，但仍需高壓泵（≥水深壓力）和水箱壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，能耗較大，且受海水液壓實(shí)現(xiàn)高壓化困難的限制。

總之，隨著觀測(cè)深度的增加，潛水器艙體所承受的環(huán)境壓力相應(yīng)增大，現(xiàn)有技術(shù)方案不能很好地解決潛水器在浮力驅(qū)動(dòng)及壓力補(bǔ)償?shù)确矫娴碾y題。因此，有必要探索浮力驅(qū)動(dòng)新方案，以提高浮力調(diào)控性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)和方法。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于：所述的系統(tǒng)包括殼體，殼體內(nèi)充有一定壓力的氣體，殼體上安裝有兩個(gè)以上的彈性氣囊，所述的彈性氣囊內(nèi)充有一定壓力的氣體，并且透過包覆在其外的帶孔保護(hù)殼與殼體內(nèi)外相接觸，所述各個(gè)彈性氣囊內(nèi)所充氣體的壓力均不相同，并且殼體內(nèi)的氣體壓力低于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力；殼體內(nèi)設(shè)置彈性水囊、雙向海水液壓泵和海水電磁閥，并且彈性水囊通過上述的雙向海水液壓泵和海水電磁閥與殼體外的水環(huán)境相通以便進(jìn)行彼此之間的水傳遞；殼體內(nèi)還設(shè)置與雙向海水液壓泵相連接的電機(jī)，控制電機(jī)和海水電磁閥工作的控制系統(tǒng)以及為殼體內(nèi)各裝置供電的電源。

進(jìn)一步的，殼體和/或彈性氣囊內(nèi)充的氣體均為惰性氣體。

進(jìn)一步的，所述的帶孔保護(hù)殼一側(cè)位于殼體外，一側(cè)位于殼體內(nèi)，并且在其兩側(cè)表面上各分布有一個(gè)以上的通孔。

進(jìn)一步的，所述的帶孔保護(hù)殼由多孔介質(zhì)材料制成。

進(jìn)一步的，所述的控制系統(tǒng)通過壓力傳感器獲取殼體外水環(huán)境的壓力值。

進(jìn)一步的，所述的殼體上設(shè)置過濾器，海水電磁閥通過上述的過濾器與殼體外的水環(huán)境相通。

一種潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償方法，使用上述的系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于，包括如下步驟：

（1）在下潛時(shí)，控制系統(tǒng)控制海水電磁閥通電接通外部水環(huán)境向彈性水囊的單向水路，在彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力大于等于外部水環(huán)境壓力時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)雙向海水液壓泵將外部水環(huán)境的水壓入彈性水囊，殼體體積不變質(zhì)量增加實(shí)現(xiàn)下潛；

彈性水囊得水后體積增大，而殼體內(nèi)的氣體體積減小，壓力升高，在殼體內(nèi)的氣體壓力逐漸高于各個(gè)彈性氣囊內(nèi)氣體壓力的過程中，殼體內(nèi)氣體可透過帶孔保護(hù)殼朝殼體外方向按照從低壓到高壓的順序依次擠壓各個(gè)彈性氣囊，以便降低殼體內(nèi)氣體壓力的增長速度，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)；

在外部水環(huán)境壓力開始高于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)、控制海水電磁閥斷電關(guān)閉外部水環(huán)境向彈性水囊的單向水路，外部水環(huán)境壓力可透過帶孔保護(hù)殼朝殼體內(nèi)方向按照從低壓到高壓的順序依次擠壓各個(gè)彈性氣囊，使系統(tǒng)體積減小，浮力減小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下潛；

（2）在上浮時(shí)，控制系統(tǒng)控制海水電磁閥通電接通彈性水囊向外部水環(huán)境的單向水路、控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)雙向海水液壓泵將彈性水囊的水壓入外部水環(huán)境，殼體體積不變質(zhì)量減小實(shí)現(xiàn)上?。?/p>

在外部水環(huán)境壓力開始低于各個(gè)彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力時(shí)，彈性氣囊按照從高壓到低壓的順序朝殼體外方向膨脹，使系統(tǒng)浮力增加，輔助上??；

彈性水囊失水后體積減小，殼體內(nèi)的氣體體積增加、壓力降低，各個(gè)彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力也在降低，如在此過程殼體內(nèi)的氣體壓力高于部分彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力，殼體內(nèi)氣體可透過帶孔保護(hù)殼朝殼體外方向按照從低壓到高壓的順序依次擠壓這部分彈性氣囊，以便降低殼體內(nèi)氣體壓力的降低速度，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，在上浮時(shí)，控制系統(tǒng)通過壓力傳感器獲取殼體外水環(huán)境的壓力值，如殼體外水環(huán)境的壓力值降至某一設(shè)定值，則控制系統(tǒng)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)、控制海水電磁閥斷電斷開彈性水囊向外部水環(huán)境的單向水路。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型所公開的潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，浮力調(diào)節(jié)由閉式油液壓向開式海水液壓轉(zhuǎn)變，擴(kuò)大浮力調(diào)節(jié)范圍、提高可靠性及與環(huán)境相容性。結(jié)構(gòu)簡單，通過改變殼體的質(zhì)量調(diào)節(jié)殼體的下潛和上浮，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人、浮標(biāo)、水下滑翔機(jī)等潛水器的下潛和上浮控制；有效利用海洋壓差能，極大降低浮力調(diào)節(jié)總量，提高系統(tǒng)效率。以最大工作壓力約為水深壓力1/4的雙向海水液壓泵實(shí)現(xiàn)潛水器的大潛深升降，降低核心元件成本和加工制造難度。

本實(shí)用新型所公開的潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)和方法，殼體上安裝充有一定壓力氣體的彈性氣囊，彈性氣囊與殼體內(nèi)的氣體相接觸，在殼體內(nèi)的氣體壓力高于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力時(shí)，朝殼體外方向擠壓彈性氣囊，實(shí)現(xiàn)殼體內(nèi)氣體壓力的近線性調(diào)控，主動(dòng)補(bǔ)償殼體內(nèi)外壓差；彈性氣囊還與殼體外的水環(huán)境相接觸，當(dāng)潛水器下潛至水深壓力大于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力后，在水深壓力的作用下，外部水環(huán)境壓力朝殼體內(nèi)方向擠壓彈性氣囊，實(shí)現(xiàn)殼體內(nèi)氣體壓力的被動(dòng)近線性調(diào)控，補(bǔ)償殼體內(nèi)外壓差，同時(shí)系統(tǒng)體積減小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無能耗下潛。通過以上設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)浮力的主/被動(dòng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)變質(zhì)量（主動(dòng)）和變體積（被動(dòng)）浮力調(diào)節(jié)及殼體內(nèi)外壓力補(bǔ)償，極大降低殼體承受壓差，減小殼體壁厚及重量。潛水器在半潛深以上作業(yè)時(shí)，即使電機(jī)故障失效，在殼體內(nèi)氣體壓力的作用下，通過海水電磁閥向外部水環(huán)境的單向水路，實(shí)現(xiàn)向外排水、減輕重量，實(shí)現(xiàn)上浮，降低了潛水器沉沒丟失的概率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1所公開的潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1所公開的系統(tǒng)中彈性氣囊與帶孔保護(hù)殼之間的位置關(guān)系示意圖；

圖3是由多孔介質(zhì)材料制成的帶孔保護(hù)殼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1所公開系統(tǒng)的殼體內(nèi)部氣體壓力與外部水環(huán)境壓力的變化趨勢(shì)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

實(shí)施例1，如圖1所示，本實(shí)施例公開了一種潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括殼體5，殼體5內(nèi)充有一定壓力的氣體，殼體5上安裝有兩個(gè)以上的彈性氣囊6，如圖2所示，所述的彈性氣囊6內(nèi)充有一定壓力的氣體，并且透過包覆在其外的帶孔保護(hù)殼61與殼體5內(nèi)外相接觸，所述各個(gè)彈性氣囊6內(nèi)所充氣體的壓力均不相同，并且殼體5內(nèi)的氣體壓力低于彈性氣囊6內(nèi)的氣體壓力，在本實(shí)施例中，彈性氣囊6的數(shù)量為A、B、C、D四個(gè)，且內(nèi)部氣體壓力A＜B＜C＜D。

殼體5內(nèi)設(shè)置彈性水囊4、雙向海水液壓泵2和海水電磁閥1，并且彈性水囊4通過上述的雙向海水液壓泵2和海水電磁閥1與殼體5外的水環(huán)境相通以便進(jìn)行彼此之間的水傳遞；殼體5內(nèi)還設(shè)置與雙向海水液壓泵2相連接的電機(jī)3，控制電機(jī)3和海水電磁閥1工作的控制系統(tǒng)以及為殼體5內(nèi)各裝置供電的電源。

作為一種可供選擇的方式，在本實(shí)施例中，殼體5和/或彈性氣囊6內(nèi)充的氣體均為惰性氣體。所述的帶孔保護(hù)殼61一側(cè)位于殼體外，一側(cè)位于殼體內(nèi)，并且在其兩側(cè)表面上各分布有一個(gè)以上的通孔611，在通孔611數(shù)量較多時(shí)，各通孔611均勻分布在帶孔保護(hù)殼61表面構(gòu)成衛(wèi)星孔。如圖3所示，所述的帶孔保護(hù)殼61可以直接使用多孔介質(zhì)材料制成。所述的控制系統(tǒng)通過壓力傳感器7獲取殼體5外水環(huán)境的壓力值。所述的殼體5上設(shè)置過濾器8，海水電磁閥1通過上述的過濾器8與殼體5外的水環(huán)境相通。

本實(shí)施例還公開了一種潛水器用浮力調(diào)節(jié)及壓力補(bǔ)償方法，使用上述的系統(tǒng)，包括如下步驟：

（1）在下潛時(shí)，控制系統(tǒng)控制海水電磁閥通電接通外部水環(huán)境向彈性水囊的單向水路，在彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力大于等于外部水環(huán)境壓力時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)雙向海水液壓泵將外部水環(huán)境的水壓入彈性水囊，殼體體積不變質(zhì)量增加實(shí)現(xiàn)下潛；

彈性水囊得水后體積增大，而殼體內(nèi)的氣體體積減小，壓力升高，在殼體內(nèi)的氣體壓力逐漸高于A、B、C、D彈性氣囊內(nèi)氣體壓力的過程中，殼體內(nèi)氣體可透過帶孔保護(hù)殼朝殼體外方向按照A、B、C、D的順序依次擠壓各個(gè)彈性氣囊，以便降低殼體內(nèi)氣體壓力的增長速度，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)；

如圖4所示，在外部水環(huán)境壓力開始高于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)、控制海水電磁閥斷電關(guān)閉外部水環(huán)境向彈性水囊的單向水路，外部水環(huán)境壓力可透過帶孔保護(hù)殼朝殼體內(nèi)方向按照A、B、C、D的順序依次擠壓各個(gè)彈性氣囊，使系統(tǒng)體積減小，浮力減小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下潛；

（2）在上浮時(shí)，控制系統(tǒng)控制海水電磁閥通電接通彈性水囊向外部水環(huán)境的單向水路、控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)雙向海水液壓泵將彈性水囊的水壓入外部水環(huán)境，殼體體積不變質(zhì)量減小實(shí)現(xiàn)上?。?/p>

在外部水環(huán)境壓力開始低于各個(gè)彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力時(shí)，彈性氣囊按照D、C、B、A的順序朝殼體外方向膨脹，使系統(tǒng)浮力增加，輔助上??；

彈性水囊失水后體積減小，殼體內(nèi)的氣體體積增加、壓力降低，各個(gè)彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力也在降低，如在此過程殼體內(nèi)的氣體壓力高于部分彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力，殼體內(nèi)氣體可透過帶孔保護(hù)殼朝殼體外方向按照A、B、C、D的順序依次擠壓這部分彈性氣囊，以便降低殼體內(nèi)氣體壓力的降低速度，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。

作為一種可供選擇的方式，在本實(shí)施例中，在上浮時(shí)，控制系統(tǒng)通過壓力傳感器獲取殼體外水環(huán)境的壓力值，如殼體外水環(huán)境的壓力值降至某一設(shè)定值，則控制系統(tǒng)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)、控制海水電磁閥斷電斷開彈性水囊向外部水環(huán)境的單向水路

本實(shí)施例所公開的方法，通過在殼體上安裝四個(gè)充有一定壓力氣體的彈性氣囊，彈性氣囊與殼體內(nèi)的氣體相接觸，在殼體內(nèi)的氣體壓力高于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力時(shí)，朝殼體外方向擠壓彈性氣囊，實(shí)現(xiàn)殼體內(nèi)氣體壓力的近線性調(diào)控，主動(dòng)補(bǔ)償殼體內(nèi)外壓差；彈性氣囊還與殼體外的水環(huán)境相接觸，當(dāng)潛水器下潛至水深壓力大于彈性氣囊內(nèi)的氣體壓力后，在水深壓力的作用下，外部水環(huán)境壓力朝殼體內(nèi)方向擠壓彈性氣囊，實(shí)現(xiàn)殼體內(nèi)氣體壓力的被動(dòng)近線性調(diào)控，補(bǔ)償殼體內(nèi)外壓差，同時(shí)系統(tǒng)體積減小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無能耗下潛。潛水器在半潛深以上作業(yè)時(shí)，即使電機(jī)故障失效，在殼體內(nèi)氣體壓力的作用下，通過海水電磁閥向外部水環(huán)境的單向水路，實(shí)現(xiàn)向外排水、減輕重量，實(shí)現(xiàn)上浮，降低了潛水器沉沒丟失的概率。