[發明專利]一種氣囊式水下定深懸浮系統

有效

• 申請號: 201310380562.9
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103419914A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 王樹山;盧熹;張比升;馬峰;張靜驍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B63C11/00
• 分類號: B63C11/00;B63G8/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣囊式水下定深懸浮系統，適用于水下作業的搭載平臺，屬于水中懸浮器材領域。

背景技術

在對海洋資源開發的過程中，時常需要作業設備能夠懸浮在水下預定的深度范圍，這就要求設備應具有水下定深懸浮功能。水下定深懸浮技術在民用和軍用領域均已有著非常廣泛的應用，如潛艇、水下機器人、定深水雷等。現有的懸浮技術通常分為升力調節和浮力調節兩種方式。升力調節是指懸浮體依靠螺旋槳旋轉時槳葉產生的升力來控制深度變化。為了維持懸浮深度，螺旋槳需要持續的工作，這就造成了懸浮體較高的能耗；同時，由于槳葉提供的升力有限，懸浮體要盡量減小自身的比重，這使得懸浮體的體積較大。浮力調節常以海水泵或油囊作為調節裝置，通過改變懸浮體自身的比重來實現懸浮。由于調節裝置需要克服外界較高的水壓做功，因此懸浮體的工作能耗較高；同時，為了實現對自身比重的調節，懸浮體要求具有足夠的儲備浮力，這使得懸浮體的體積較大。由此可見，現有的定深懸浮技術普遍具有能耗大、比重小的特點。而對于體積受限、比重大或攜帶能源有限的水下設備，現有懸浮技術則不能滿足其定深懸浮的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有定深懸浮裝置儲備浮力大、工作能耗較高、體積大的技術問題。本發明公開了一種氣囊式水下定深懸浮系統，具有可自由設定懸浮水深，結構簡單，工作能耗較低，體積小等優點。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種氣囊式水下定深懸浮系統，包括執行機構、深度傳感器、控制系統和電源。

所述執行機構包括排氣裝置、氣囊、氣囊連接附件和充氣裝置。

所述排氣裝置用于將氣囊內的氣體向外界水域排出，使氣囊體積減小，從而減小系統浮力。所述排氣裝置為一種電機驅動的氣閥，由閥蓋、閥體、閥芯彈簧、閥芯，膠墊、電機、減速齒輪組、齒輪、齒條、齒條彈簧組成。

閥蓋連接于氣囊的開口處，閥蓋的下端帶有凸緣；

閥芯置于閥蓋內部，閥芯上部固定連接閥芯彈簧；膠墊粘接于閥芯的下端端面處；

閥體位于氣囊內部，閥體的上半部分為帶凸緣的管狀結構，閥體的管狀部分與閥蓋對應螺紋連接，閥體的凸緣與閥蓋的凸緣通過密封圈將氣囊的開口邊緣夾緊；

閥體的下半部分為平板結構，用于安裝電機等部件；平板上開有滑槽，滑槽與閥芯的中心位置相對應；電機安裝于閥體的平板上，電機的轉軸與減速齒輪組連接，減速齒輪組的輸出軸與齒輪連接，齒輪與齒條嚙合，齒條安裝于閥體的滑槽內，齒條的一端指向膠墊的中心，另一端與齒條彈簧連接；齒條彈簧固定連接于平板的底部。

減速齒輪組將電機輸出的扭矩放大；再通過齒輪齒條的配合，將轉動轉換為直線運動推動閥芯的開啟或閉合。

排氣裝置的初始狀態為未排氣狀態，此時膠墊受閥芯彈簧彈力作用，封住閥體的排氣口；排氣時，電機持續正轉，齒條推動膠墊與閥體的排氣口分離開始排氣；停止排氣時，電機反轉后停止，齒條退回，膠墊受閥芯彈簧彈力作用，封住閥體的排氣口；當氣囊內的氣壓過大時，氣體將克服閥芯彈簧的彈力，推動膠墊開啟進行排氣泄壓。齒條彈簧的作用是保證齒輪與齒條的可靠嚙合。

所述氣囊用于為系統提供浮力。

所述氣囊連接附件用于氣囊與懸浮系統殼體的連接。所述氣囊連接附件包括壓緊套和氣囊接頭，壓緊套為一端帶有凸緣的管狀結構，壓緊套位于氣囊的內部；氣囊接頭為環狀結構，氣囊接頭連接于氣囊下方的開口處；壓緊套的管狀部分與氣囊接頭的內表面對應螺紋連接，壓緊套的凸緣部分與氣囊接頭的上端面通過密封圈將氣囊下方開口處的邊緣夾緊。氣囊接頭的外表面與充氣裝置外部的殼體固定連接。

所述充氣裝置用于向氣囊充氣，使氣囊體積增大，增加懸浮系統浮力。充氣裝置包括高壓氣瓶及其相應的開瓶機構，所述開瓶機構由擊針管座、擊針管、電點火頭和擊針組成；擊針管座為環形結構，擊針管座下端面開有若干圓形孔槽，孔槽底部開有小孔；擊針管座位于氣囊接頭的下方，由氣囊接頭壓緊固定；擊針管為管狀結構，擊針管的下端側壁上開有氣孔；擊針管內部的頂端安裝有電點火頭，電點火頭下方與擊針連接；高壓氣瓶固定于擊針管的下端；擊針管與擊針管座的孔槽螺紋連接；電點火頭的引線從擊針管座的孔槽底部的小孔引出。

當電點火頭起爆，生成的氣體產物驅動擊針運動，刺破高壓氣瓶的封口膜片，使高壓氣體迅速釋放充滿氣囊。

充氣裝置、深度傳感器與控制系統由上至下依次連接。電源位于控制系統兩側，用來為系統的正常工作提供穩定的電能。

所述深度傳感器用于實時測量懸浮系統所在的水下深度，并將深度信號傳送至控制系統。所述深度傳感器可采用壓力變送器。