一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，首先根據(jù)水下航行器的下潛深度來選擇采用一級(jí)活塞工作、一級(jí)活塞和二級(jí)活塞軸共同工作或者一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作；然后根據(jù)選擇的工況，利用航行器需要達(dá)到的目標(biāo)深度來計(jì)算該工況下對(duì)應(yīng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸或三級(jí)活塞軸的工作腔在工作時(shí)需要達(dá)到的油壓：最后根據(jù)計(jì)算出的工作腔油壓對(duì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用于工作腔中的壓力進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)航行器浮力的調(diào)節(jié)。本發(fā)明能夠即時(shí)計(jì)算出浮力調(diào)節(jié)裝置入口處的油壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下航行器浮力的精確控制。
【專利說明】
一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于水下航行器浮力調(diào)節(jié)的裝置，具體涉及浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力 調(diào)節(jié)方法，屬于水下航行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下航行器廣泛應(yīng)用于海洋科學(xué)研究、海洋工程、海洋資源勘探、軍事偵查等領(lǐng) 域。無人水下航行器在水下航行時(shí)會(huì)受到各種諸如海水深度、海水溫度、季節(jié)、海域等因素 影響，或者出于任務(wù)需要要求上浮或下潛，此時(shí)就需要一種用來調(diào)節(jié)浮力與重力平衡的裝 置，即浮力調(diào)節(jié)裝置，它可以實(shí)現(xiàn)無人水下航行器在不同水域和不同深度航行時(shí)的自動(dòng)配 平，從而實(shí)現(xiàn)不同航行水域自適應(yīng)調(diào)節(jié)、航行姿態(tài)輔助調(diào)節(jié)、航行器定深懸浮調(diào)節(jié)、安全上 浮一系列功能。目前使用的浮力調(diào)節(jié)裝置有很多種，比如采用高壓氣瓶+壓載水艙的方式， 此種裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，而且浮力調(diào)節(jié)能力小于水下航行器總重量的1 % ;比如采用推進(jìn)器 的方式，此裝置需要持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，耗能巨大;比如采用油囊方式，此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是調(diào)節(jié)能 力有限，而且不能調(diào)節(jié)縱傾姿態(tài)。還有一種常見的活塞吸排海水調(diào)節(jié)，但是調(diào)節(jié)能力有限， 調(diào)節(jié)力度小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，能 夠即時(shí)計(jì)算出浮力調(diào)節(jié)裝置入口處的油壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下航行器浮力的精確控制。
[0004] 一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，該方法中涉及的多級(jí)浮力 調(diào)節(jié)裝置包括液壓控制系統(tǒng)和兩套三級(jí)活塞組件；
[0005] 兩套三級(jí)活塞組件對(duì)稱的安裝在航行體兩端耐壓殼體內(nèi)的分級(jí)活塞調(diào)節(jié)艙內(nèi)，液 壓控制系統(tǒng)將壓力油分別作用在活塞和各級(jí)活塞軸上，通過活塞的位移將海水排出或吸入 排水腔，排水腔通過耐壓殼體上的透水孔與外部貫通，液壓控制系統(tǒng)根據(jù)航行器的下潛深 度選擇活塞獨(dú)立工作或多級(jí)活塞軸配合活塞組合工作完成對(duì)航行器浮力的調(diào)節(jié);所述三級(jí) 活塞組件包括活塞缸、一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸、三級(jí)活塞軸、噴嘴和超聲波測(cè)距儀，所述活塞 缸為圓柱形結(jié)構(gòu)，其外圓周面與水下航行器對(duì)應(yīng)位置的耐壓殼體內(nèi)壁緊密配合，活塞缸具 有一個(gè)中心沉孔和兩個(gè)同心的環(huán)形槽，一級(jí)活塞的活塞軸與活塞缸的中心沉孔配合，一級(jí) 活塞的外側(cè)端面與分級(jí)活塞調(diào)節(jié)艙形成的空腔為排水腔，一級(jí)活塞的內(nèi)側(cè)端面與活塞缸端 面之間形成的空腔為控制腔;二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸則分別與活塞缸的環(huán)形槽配合，上 述三個(gè)部件分別與活塞缸配合形成的封閉腔體為工作腔，活塞缸上對(duì)應(yīng)每個(gè)工作腔的位置 上安裝一個(gè)噴嘴和一個(gè)超聲波測(cè)距儀，噴嘴用來向工作腔中注入壓力油，超聲波測(cè)距儀用 來測(cè)量活塞及活塞軸與活塞缸之間的相對(duì)位移;每個(gè)噴嘴都分別與液壓控制系統(tǒng)相連，液 壓控制系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力源，通過壓力油獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸的 運(yùn)動(dòng)；
[0006] 浮力調(diào)節(jié)方法的具體調(diào)節(jié)步驟如下：
[0007] 第一步:根據(jù)水下航行器的下潛深度h來選擇采用一級(jí)活塞工作、一級(jí)活塞和二級(jí) 活塞軸共同工作或者一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作；
[0008] 第二步:根據(jù)第一步選擇的工況，利用航行器需要達(dá)到的目標(biāo)深度來計(jì)算該工況 下對(duì)應(yīng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸或三級(jí)活塞軸的工作腔在工作時(shí)需要達(dá)到的油壓：
[0009] 第三步:根據(jù)第二步計(jì)算出的工作腔油壓對(duì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用于工作腔中的壓 力進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)航行器浮力的調(diào)節(jié)。
[0010] 進(jìn)一步地，所述第二步中三種工況下工作腔油壓與下潛深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：當(dāng) 一級(jí)活塞工作單獨(dú)時(shí)，一級(jí)活塞的工作腔油壓Pn與下潛深度h的關(guān)系為：
[0011] dpil= [kikii γ + γ oilkii(l-kii) ]dh;
[0012] 其中：結(jié)構(gòu)系數(shù)
A為一級(jí)活塞的橫截面積，A1為一級(jí)活塞工作腔面積；
為對(duì)應(yīng)一級(jí)活塞工作腔噴嘴的截面積;Poii為油的密度；γ是水的重度；γ on是 油的重度；
[0013] 當(dāng)一級(jí)活塞和二級(jí)活塞軸共同工作時(shí)，二級(jí)活塞軸的工作腔油壓dpi2與下潛深度h 的關(guān)系為：
[0015] 其中：結(jié)構(gòu)系數(shù)
，A2為二級(jí)活塞工作腔的環(huán)形面積;A i2為對(duì)應(yīng)二級(jí)活塞工 作腔噴嘴的截面積；
[0016] 當(dāng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作時(shí)，三級(jí)活塞軸的工作腔油壓dpi3 與下潛深度h的關(guān)系為：

[0018] 其中：結(jié)構(gòu)系數(shù) ；A3為三級(jí)活塞軸工作腔的環(huán)形面積;Ai3為對(duì)應(yīng)三級(jí)活塞 軸工作腔的噴嘴截面積。
[0019] 有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明將航行器的下潛深度與多級(jí)活塞軸建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)下潛深度較大時(shí) 利用多級(jí)活塞軸來協(xié)同推動(dòng)一級(jí)活塞完成海水的排出，使得排出海水體積與油體積比遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于1:1，有效的節(jié)省了航行器的寶貴空間。
[0021] 2、本發(fā)明建立了下潛深度與工作腔壓力的關(guān)系式，通過該關(guān)系式來直接控制航行 器的浮力，使得航行器的液壓控制系統(tǒng)能夠直觀準(zhǔn)確的控制航行器的浮力，使航行器能夠 準(zhǔn)確的下潛到預(yù)定水深。
[0022] 3、本發(fā)明建立的下潛深度與入口油壓的關(guān)系式通過及時(shí)調(diào)整入口油壓來直接達(dá) 到或維持著下潛深度，調(diào)節(jié)效率高，分級(jí)推力，調(diào)節(jié)范圍廣，應(yīng)用廣泛。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為一級(jí)活塞作用時(shí)的狀態(tài)示意圖；
[0025] 圖3為二級(jí)活塞軸與一級(jí)活塞共同作用時(shí)的狀態(tài)示意圖；
[0026]圖4為二、三級(jí)活塞軸與一級(jí)活塞共同作用時(shí)的狀態(tài)示意圖；
[0027]圖5為工作腔油壓與下潛深度關(guān)系推導(dǎo)過程的示意圖。
[0028] 其中，1-螺旋槳、2-艉部、3-排水腔、4-一級(jí)活塞、5-控制腔、6-二級(jí)活塞軸、7-三級(jí) 活塞軸、8-耐壓殼體、9-電磁閥、10-單向閥、11-活塞缸、12-主管路、13-儲(chǔ)油箱、14-真空傳 感器、15-低壓閥、16-流量傳感器、17-水力栗、18-壓力調(diào)節(jié)閥、19-止回閥、20-艏部、21 -壓 力傳感器、22-高壓閥、23-過濾器、24-液壓控制系統(tǒng)、25-噴嘴、26-超聲波測(cè)距儀、27-限位 塊、28-透水孔。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030] 如附圖1所示，本發(fā)明提供了水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，該方 法涉及的航行器包括耐壓殼體8、螺旋槳1、液壓控制系統(tǒng)24和兩套三級(jí)活塞組件；
[0031] 兩套三級(jí)活塞組件對(duì)稱的安裝在耐壓殼體8的艏部20和艉部2的分級(jí)活塞調(diào)節(jié)艙 內(nèi)，液壓控制系統(tǒng)24將壓力油分別作用在活塞和各級(jí)活塞軸上，通過活塞的位移將海水排 出或吸入排水腔3,排水腔3通過耐壓殼體8上的透水孔28與外部貫通，液壓控制系統(tǒng)24根據(jù) 航行器的深度選擇活塞獨(dú)立工作或多級(jí)活塞軸配合活塞組合工作完成對(duì)航行器浮力的調(diào) 節(jié);螺旋槳1安裝在航行體的艉部。
[0032] 如附圖2、3和4所示，三級(jí)活塞組件包括活塞缸11、一級(jí)活塞4、二級(jí)活塞軸6、三級(jí) 活塞軸7、噴嘴25和超聲波測(cè)距儀26,所述活塞缸11為圓柱形結(jié)構(gòu)，其外圓周面與水下航行 器的內(nèi)型面一致，活塞缸11具有一個(gè)中心沉孔和兩個(gè)同心的環(huán)形槽，一級(jí)活塞4的活塞軸與 本體的中心沉孔配合，一級(jí)活塞4的外側(cè)端面與分級(jí)活塞調(diào)節(jié)艙形成的空腔為排水腔，一級(jí) 活塞4的驅(qū)動(dòng)端內(nèi)側(cè)端面與活塞缸11端面之間形成的空腔為控制腔5;二級(jí)活塞軸6和三級(jí) 活塞軸7則分別與活塞缸11的環(huán)形槽配合，上述三個(gè)部件分別與活塞缸11配合形成的封閉 腔體為工作腔，活塞缸11上對(duì)應(yīng)每個(gè)工作腔的位置上安裝一個(gè)噴嘴25和一個(gè)超聲波測(cè)距儀 26,噴嘴25用來向工作腔中注入壓力油，超聲波測(cè)距儀26用來測(cè)量一級(jí)活塞4、二級(jí)活塞6和 三級(jí)活塞7與活塞缸11之間的相對(duì)位移，通過測(cè)量移動(dòng)距離確定工作腔內(nèi)液體的體積;每個(gè) 噴嘴25都分別與液壓控制系統(tǒng)24相連，液壓控制系統(tǒng)24提供液壓動(dòng)力源，通過壓力油獨(dú)立 驅(qū)動(dòng)一級(jí)活塞4、二級(jí)活塞軸6和三級(jí)活塞軸7的運(yùn)動(dòng)。
[0033]附圖2為一級(jí)活塞4作用時(shí)的狀態(tài)示意圖，在深度較淺的區(qū)域采用液壓控制系統(tǒng)24 驅(qū)動(dòng)一級(jí)活塞4工作;附圖3為一級(jí)活塞4和二級(jí)活塞軸6共同作用時(shí)的狀態(tài)示意圖，在中等 深度區(qū)域時(shí)，采用液壓控制系統(tǒng)24同時(shí)驅(qū)動(dòng)一級(jí)活塞4和二級(jí)活塞軸6共同工作;附圖4為一 級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸、三級(jí)活塞軸共同作用時(shí)的狀態(tài)示意圖，在大深度區(qū)域時(shí)，采用液壓控 制系統(tǒng)24同時(shí)驅(qū)動(dòng)一級(jí)活塞軸、二級(jí)活塞軸6和三級(jí)活塞軸7共同推動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0034] 如附圖1所示，液壓控制系統(tǒng)24包括主管路12、儲(chǔ)油箱13、真空傳感器14、低壓閥 15、流量傳感器16、水力栗17、壓力調(diào)節(jié)閥18、止回閥19、壓力傳感器21、高壓閥22、過濾器 23、電磁閥9和單向閥10,所述儲(chǔ)油箱13引出的支管路分成兩路后并聯(lián)在主管路12上，分成 兩路的管路上一路依次串聯(lián)真空傳感器14、低壓閥15、流量傳感器16、壓力調(diào)節(jié)閥18、高壓 閥22和過濾器23,另一路依次連接水力栗17、止回閥19和壓力傳感器21;所述真空傳感器14 的作用是測(cè)量油箱內(nèi)的油量，防止油箱中出現(xiàn)漏油發(fā)生油量過低的情況發(fā)生;所述電磁閥9 和單向閥10通過管路并聯(lián)在每一級(jí)活塞的噴嘴和主管路12之間。
[0035] 當(dāng)需要增加無人水下航行體的浮力時(shí)，打開止回閥19,利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)水利栗17,將 儲(chǔ)油箱13中的控制液體充入工作腔。推動(dòng)一級(jí)活塞4向外運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而增加了無人水下航行體 的排水體積，浮力增加;達(dá)到要求后，停止電動(dòng)機(jī)，單向閥19阻止工作腔內(nèi)的控制液體回流， 保持浮力穩(wěn)定?？刂魄粌?nèi)裝有可壓縮流體。
[0036] 當(dāng)需要減少無人水下航行體的浮力時(shí)，打開電磁閥9、高壓閥22、低壓閥15,使工作 腔內(nèi)的控制液體通過電磁閥9、過濾器23、高壓閥22、壓力調(diào)節(jié)器18、低壓閥15流回儲(chǔ)油箱 13,從而使一級(jí)活塞4向內(nèi)移動(dòng)，減小了無人水下航行器的體積，減小浮力。
[0037] 當(dāng)需要調(diào)節(jié)無人水下航行器的縱傾姿態(tài)時(shí)，可按上述調(diào)節(jié)方式使兩端分級(jí)活塞調(diào) 節(jié)艙28的工作腔內(nèi)的控制液體的質(zhì)量不同，形成縱傾力矩，進(jìn)而調(diào)節(jié)無人水下航行器的縱 傾姿態(tài)。
[0038]本發(fā)明提供了一種該浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，該方法的具體調(diào)節(jié)步驟如 下：
[0039] 第一步:根據(jù)水下航行器的下潛深度來確定采用一級(jí)活塞工作、一級(jí)活塞和二級(jí) 活塞軸共同工作或者一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作；
[0040] 第二步:計(jì)算活塞工作時(shí)工作腔需要達(dá)到的油壓：
[0041] 當(dāng)一級(jí)活塞工作單獨(dú)時(shí)，一級(jí)活塞的工作腔油壓pn與下潛深度h的關(guān)系為：
[0042] dpn= [kikii γ + γ oiikii(1-kii) ]dh;
[0043] 其中：結(jié)構(gòu)系數(shù)
，A為一級(jí)活塞的橫截面積，A1為一級(jí)活塞工作腔面積；
?An為對(duì)應(yīng)一級(jí)活塞工作腔噴嘴的截面積;Poii為油的密度；γ是水的重度；γ on是 油的重度；
[0044] 當(dāng)一級(jí)活塞和二級(jí)活塞軸共同工作時(shí)，二級(jí)活塞軸的工作腔入口油壓dpi2與下潛 深度h的關(guān)系為：
[0046] 其中：結(jié)構(gòu)系數(shù)，A2為二級(jí)活塞工作腔的環(huán)形面積;Ai2為對(duì)應(yīng)二級(jí)活塞工 作腔噴嘴的截面積；
[0047]當(dāng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作時(shí)，三級(jí)活塞軸的工作腔入口油 壓dpl3與下潛深度h的關(guān)系為：
[0049] 其中：結(jié)構(gòu)系數(shù)
；A3為三級(jí)活塞軸工作腔的環(huán)形面積;A i3為對(duì)應(yīng)三級(jí)活塞 軸工作腔的噴嘴截面積；
[0050] 第三步:根據(jù)第二步計(jì)算出的工作腔油壓對(duì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用于工作腔中的壓力 進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)航行器浮力的調(diào)節(jié)。
[0051] 上述關(guān)系式的推導(dǎo)過程如下：
[0052] 如附圖5所示，若液體不可壓，當(dāng)活塞速度從0變化到dV時(shí)，靠近活塞處液體壓強(qiáng)由 P變化到P+dp，離活塞較遠(yuǎn)的靜止液體壓強(qiáng)仍為P，對(duì)一個(gè)靜止觀察者來說這是一個(gè)非定常 的一維流動(dòng)，為使分析簡(jiǎn)單起見，選用與活塞一起運(yùn)動(dòng)的相對(duì)坐標(biāo)系。對(duì)于位于該坐標(biāo)系的 觀察者來說，上述過程轉(zhuǎn)變?yōu)槎ǔＡ鲃?dòng)。這就表明觀察者以速度dV向右運(yùn)動(dòng)時(shí)所看到的這 一過程的現(xiàn)象，即擾動(dòng)區(qū)和未擾動(dòng)區(qū)交界面不動(dòng)而壓強(qiáng)為P的未被擾動(dòng)的水以dV向著交界 面（即由右向左)運(yùn)動(dòng)。液體經(jīng)過交界面之后速度降為0,同時(shí)壓強(qiáng)增大為P+dp，如圖所示。選 取包圍交界面的區(qū)域?yàn)榭刂企w（即圖中虛線），并忽略控制體的粘性力，對(duì)此控制體沿X方向 列動(dòng)量方程，則有：
[0053] (p+dp)A-pA = PAdV[0-(-dV)]
[0054] 式中，P為海水密度，經(jīng)整理后得：
[0055] dp = p(dV)2 (1)
[0056] Xdp = Pgdh (2)
[0057] 由式(1)、（2)可得活塞速度與下潛深度的關(guān)系：
[0058] (dV)2 = gdh (3)
[0059] a)在淺水區(qū)，僅一級(jí)活塞工作，如圖5中a所示，有：
[0060] Adp=Aidpi (4)
[0061] 式中，A1為工作腔面積，P1為工作腔內(nèi)壓強(qiáng)，
[0062] 由式(2)、（4)可得工作腔內(nèi)壓強(qiáng)與下潛深度的關(guān)系：
[0063] dpi = ki γ dh (5)
[0064] 式中：結(jié)構(gòu)系數(shù) ；水的重度γ =Pg = 9.8X103N/m3。
[0065] 取活塞左側(cè)工作腔內(nèi)區(qū)域?yàn)榭刂企w，如圖5所示。假設(shè)油的密度Ρ〇η，對(duì)此控制體列 連續(xù)性方程：
[0066] PoiiAidV=PoiiAiidVii
[0067] 即 dVii = kiidV (6)
[0068] 對(duì)此控制體列動(dòng)量方程：
[0069] Aiidpn-Aidpi = PoiiAidV (dV-dVii) (7)
[0070] 式中Pii為入口油壓
[0071]由式(6)、（7)化簡(jiǎn)可得：
[0073] 由式(3)、（5)、（8)化簡(jiǎn)可得：
[0074] dpn= [kikii γ + γ 0iikii(l-kii) ]dh (9)
[0075] 同理可得:在中等深度水域，如圖5中b所示，兩級(jí)工作腔的入口油壓相等，SPpll = P12，兩級(jí)活塞同時(shí)工作時(shí)入口油壓與深度的關(guān)系為：
[0077] 在深水域，如圖5中(3所示，三級(jí)工作腔的入口油壓相等，即Pil = Pi2 = Pi3，
[0078]三級(jí)活塞同時(shí)工作時(shí)入口油壓與深度的關(guān)系為：
[0080]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，該方法中涉及的多級(jí)浮力調(diào)節(jié) 裝置包括液壓控制系統(tǒng)和兩套三級(jí)活塞組件； 兩套三級(jí)活塞組件對(duì)稱的安裝在航行體兩端耐壓殼體內(nèi)的分級(jí)活塞調(diào)節(jié)艙內(nèi)，液壓控 制系統(tǒng)將壓力油分別作用在活塞和各級(jí)活塞軸上，通過活塞的位移將海水排出或吸入排水 腔，排水腔通過耐壓殼體上的透水孔與外部貫通，液壓控制系統(tǒng)根據(jù)航行器的下潛深度選 擇活塞獨(dú)立工作或多級(jí)活塞軸配合活塞組合工作完成對(duì)航行器浮力的調(diào)節(jié);所述三級(jí)活塞 組件包括活塞缸、一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸、三級(jí)活塞軸、噴嘴和超聲波測(cè)距儀，所述活塞缸為 圓柱形結(jié)構(gòu)，其外圓周面與水下航行器對(duì)應(yīng)位置的耐壓殼體內(nèi)壁緊密配合，活塞缸具有一 個(gè)中心沉孔和兩個(gè)同心的環(huán)形槽，一級(jí)活塞的活塞軸與活塞缸的中心沉孔配合，一級(jí)活塞 的外側(cè)端面與分級(jí)活塞調(diào)節(jié)艙形成的空腔為排水腔，一級(jí)活塞的內(nèi)側(cè)端面與活塞缸端面之 間形成的空腔為控制腔;二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸則分別與活塞缸的環(huán)形槽配合，上述三 個(gè)部件分別與活塞缸配合形成的封閉腔體為工作腔，活塞缸上對(duì)應(yīng)每個(gè)工作腔的位置上安 裝一個(gè)噴嘴和一個(gè)超聲波測(cè)距儀，噴嘴用來向工作腔中注入壓力油，超聲波測(cè)距儀用來測(cè) 量活塞及活塞軸與活塞缸之間的相對(duì)位移;每個(gè)噴嘴都分別與液壓控制系統(tǒng)相連，液壓控 制系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力源，通過壓力油獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸的運(yùn)動(dòng)； 其特征在于，浮力調(diào)節(jié)方法的具體調(diào)節(jié)步驟如下： 第一步:根據(jù)水下航行器的下潛深度h來選擇采用一級(jí)活塞工作、一級(jí)活塞和二級(jí)活塞 軸共同工作或者一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作； 第二步:根據(jù)第一步選擇的工況，利用航行器需要達(dá)到的目標(biāo)深度來計(jì)算該工況下對(duì) 應(yīng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸或三級(jí)活塞軸的工作腔在工作時(shí)需要達(dá)到的油壓： 第三步:根據(jù)第二步計(jì)算出的工作腔油壓對(duì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用于工作腔中的壓力進(jìn)行 調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)航行器浮力的調(diào)節(jié)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種水下航行器多級(jí)浮力調(diào)節(jié)裝置的浮力調(diào)節(jié)方法，其特征在 于，所述第二步中三種工況下工作腔油壓與下潛深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：當(dāng)一級(jí)活塞工作單 獨(dú)時(shí)，一級(jí)活塞的工作腔油壓pn與下潛深度h的關(guān)系為： dpii= [kikii γ + γ 〇ukii(l-kii) ]dh; 其中：，A為一級(jí)活塞的橫截面積，Ai為一級(jí)活塞工作腔面積；An為對(duì)應(yīng)一級(jí)活塞工作腔噴嘴的截面積;p〇ii為油的密度；γ是水的重度；γ oil是油的重度； 當(dāng)一級(jí)活塞和二級(jí)活塞軸共同工作時(shí)，二級(jí)活塞軸的工作腔油壓dpi2與下潛深度h的關(guān) 系為：其中：，A2為二級(jí)活塞工作腔的環(huán)形面積;A l2為對(duì)應(yīng)二級(jí)活塞工作腔 噴嘴的截面積； 當(dāng)一級(jí)活塞、二級(jí)活塞軸和三級(jí)活塞軸共同工作時(shí)，三級(jí)活塞軸的工作腔油壓dpi3與下 潛深度h的關(guān)系為：其中：為三級(jí)活塞軸工作腔的環(huán)形面積;Al3為對(duì)應(yīng)三級(jí)活塞軸工作 腔的噴嘴截面積。
【文檔編號(hào)】B63G8/14GK105923130SQ201610391264
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張敏弟, 郝加封, 梁廷輝, 王國玉
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)