[发明专利]一种用于中小型水下无人航行器的浮力快速调节系统

说明书

本发明公开一种用于中小型水下无人航行器的浮力快速调节系统，包括储备水箱、第一水泵、第二水泵、第一单向阀、第二单向阀、第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器、第四液位传感器、第三单向阀、第四单向阀；储备水箱顶部固定有顶盖并设有过水孔和入口接头，储备水箱底部设有集水凹槽并设有出口接头。第一液位传感器、第二液位传感器、第三单向阀、第四单向阀均安装在顶盖上；第三液位传感器、第四液位传感器安装于集水凹槽处。储备水箱的侧壁设有用于同水下航行器固连的固定架。第一水泵的水流入口与储备水箱底部出口接头连接，第一水泵的水流出口与第一单向阀连接；第二水泵的水流出口依次与第二单向阀、注水管、储备水箱连接。

技术领域

本发明属于新型海洋无人航行器领域，具体涉及一种用于中小型水下无人航行器的浮力快速调节系统。

背景技术

海洋无人航行器是指在海洋航行的无人系统，是现代海洋观测、资源探测、数据传输通讯的重要工具。依据垂向航行空间，可分为水面无人航行器与水下无人航行器两类，水面无人航行器常指各型无人船，多基于小型船舶的技术体系开展研制与建造，其采用浮心位于质心下方并预留充足储备浮力的方式降低船体横摇角度并防止横向倾覆；水下无人航行器包括AUV、水下滑翔机等，多基于鱼雷、潜艇的技术体系开展研制与建造，其采用浮心位于质心上方并保持近中性浮力的方式实现在水下稳定航行。

随着无人航行器的广泛使用，海洋工作者对航行器的功能提出了越来越多的需求。当前，水下无人航行器已不再局限于水下工作，仅在水面短暂停留的工作方式。水下无人航行器在水面停留并开展信息采集、数据传输等工作任务的时长显著增加，在水面阶段将水下无人航行器的天线、任务传感器伸出水面的任务需求也逐渐增多。通常，水下无人航行器可提供的正浮力极小，约为总质量的1％。此量级正浮力尚不足以支撑大质量天线、任务传感器伸出水面工作任务，并导致在水面停留阶段水下无人航行器摇晃剧烈、航行稳定性较差。

大体量增加水面阶段储备浮力是提升水下无人航行器在水面阶段航行稳定性及在水面开展多样化探测采集、通迅传输任务的有效途径之一。通过大体量增加水面阶段储备浮力，水下无人航行器可降低吃水水线高度，改变质浮心位置关系，由水下状态的浮心位于质心上方，变为浮心位于质心下方，过渡为无人船采用的水面航行方式。

水下无人航行器实现浮力调节常用方法包括：液压排油法、气体吹除法、抛载法、排水法等，其中液压排油法使用液压泵改变航行器浸水油囊体积实现浮力调节，此法常用于深海高压载荷，浮力调节体积较小的工况；气体吹除法采用释放出预存在气瓶中的高压气体方式排空航行器的封闭水箱实现浮力调节，此法浮力调节速度快，但气路系统复杂，多用于应急浮力调节；抛载法采用抛弃重物的方式减轻航行器自重实现浮力调节，此法不可重复使用，使用后需回收航行器并再次安装重物；排水法采用海水泵排空航行器的封闭水箱实现浮力调节，此法浮力调节体量大，但此法对海水泵的耐腐蚀、长期可靠性提出了极高要求，现有海水泵质量较大不适于在中小型水下航行器中搭载。

综上，现有航行器浮力调节方法是面向百米级深海压力载荷工况，在浮力调节速率与体量、系统简易程度与质量等方面尚无法满足中小型水下无人航行器的近水面处、大体量、快速浮力调节工况使用需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于中小型水下无人航行器的浮力快速调节系统，航行器在水面开展相关任务时，需调节水线位置，储备浮力快速调节系统利用水泵向储备水箱内注入或排出海水改变航行器排水量，实现航行器浮力的大体量、快速调节。本发明工作原理简单、电控件少、所用水泵可耐百米级海水压力，适用于中小型水下无人航行器。本发明对提升中小型航行的航行灵活性，拓展航行空间，增强其使用功能多样性有重要意义。

本发明通过以下技术方案实现的：