[發明專利]一種集成水力翼板的深海著陸器及其工作方法

有效

• 申請號: 202210149621.0
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114537623B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 薛鋼;任平順;劉延俊;白發剛;薛祎凡
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/18;B63H1/36;F15B1/02;F15B13/02;F15B21/041;F15B21/14
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 孫倩文

1.一種集成水力翼板的深海著陸器，其特征在于，包括機架、探測儀器、液壓缸、水力翼板、電池艙和液壓系統艙，所述探測儀器、電池艙和液壓系統艙均固定安裝于機架內部；

所述機架為四棱柱結構的框架，其頂部為頂梁，機架中部固定安裝有中框，沿中框周向安裝有四個鉸接板，四個鉸接板與中框之間均為鉸連接，鉸接板能夠繞中框轉動；

所述頂梁與每一鉸接板之間均設置一個液壓缸，液壓缸和水力翼板的數量均為四個，四個水力翼板分別與四個鉸接板固定連接，液壓缸活塞桿的伸縮能夠帶動水力翼板與機架之間的開合角度；

所述機架的頂梁中心處通過多個支撐桿固定安裝有吊裝器，用于布放和回收深海著陸器；

所述機架下部周向固定安裝有四片護網，用于保護內部設備；

所述液壓系統艙內設置有液壓系統，所述液壓系統包括油箱、多個液控單向閥、多個三位四通伺服閥、蓄能器、多個壓力變送器、多個電磁開關閥、多個單向閥、溢流閥、過濾器、雙向液壓泵、電機、控制器和補償油囊；

單向閥的數量為三個，分別為單向閥A、單向閥B和單向閥C；液控單向閥數量為八個，分別液控單向閥A、液控單向閥B、液控單向閥C、液控單向閥D、液控單向閥E、液控單向閥F、液控單向閥G和液控單向閥H；壓力變送器數量為四個，分別為壓力變送器A、壓力變送器B、壓力變送器C和壓力變送器D；電磁開關閥的數量為四個，分別為電磁開關閥A、電磁開關閥B、電磁開關閥C和電磁開關閥D；

雙向液壓泵與電機固定連接，雙向液壓泵一端分別與單向閥A和一個電磁開關閥A連接，該單向閥A和電磁開關閥A均與溢流閥、四個三位四通伺服閥、電磁開關閥B、電磁開關閥C、壓力變送器A連接；雙向液壓泵的另一端通過單向閥B與過濾器連接，并通過單向閥C與補償油囊連接；四個三位四通伺服閥的工作油口均通過兩個液控單向閥分別與四個液壓缸連接，四個三位四通伺服閥的回油口均通過過濾器與油箱連接；蓄能器通過電磁開關閥B、電磁開關閥C與過濾器連接，并與壓力變送器B連接；溢流閥直接與過濾器連接；補償油囊與壓力變送器C和電磁開關閥D直接連接；電磁開關閥D與單向閥C之間連接壓力變送器D；多個壓力變送器、多個電磁開關閥和多個三位四通伺服閥均與控制器連接，控制器用于接收壓力變送器的信號，并向電磁開關閥、三位四通伺服閥發送控制信號；

上述集成水力翼板的深海著陸器的工作方法，包括：深海著陸器脫離母船后，依次經歷快速降落階段、軌跡調整階段、緩降著陸階段、坐底工作階段，以及回收階段；

在快速降落階段，四個水力翼板向上收起并緊靠機架，減小深海著陸器在垂直方向受到的流體阻力；

在軌跡調整階段，利用探測儀器中的慣性導航儀確定深海著陸器的降落軌跡與期望軌跡之間偏差及降落深度，當降落軌跡偏離期望軌跡的距離小于降落深度的10％時，通過控制器向三位四通伺服閥發出控制信號，驅動液壓缸活塞桿的伸縮，進而改變水力翼板與機架之間的開合角度，誘導流體阻力產生水平方向的分力，推動深海著陸器產生水平方向的分速度，使著陸器恢復到期望軌跡；當深海著陸器降落軌跡偏離期望軌跡的距離大于等于降落深度的10％時，通過使水力翼板撲動，產生水平方向的推進力，使著陸器恢復到期望軌跡；當深海著陸器在海底工作時，可以通過撲動水力翼板，產生水平方向的推進力，使深海著陸器在水平方向移動，從而更換工作站點；

在緩降著陸階段，四個水力翼板完全張開，即處于水平狀態，增大流體阻力，降低降落速度；

在坐底工作階段，水力翼板發揮支撐作用，通過控制水力翼板與機架的開合角度，調整深海著陸器的坐底姿態，直至探測儀器中的慣性導航儀監測到深海著陸器處于水平狀態，使著陸器平穩坐底；當受到洋流沖擊作用時，四個水力翼板的支撐作用能夠提高深海著陸器的抗傾覆能力；

在回收階段，通過同時調整四個水力翼板與機架的開合角度，使水力翼板靠向機架，水力翼板下部與海底相互作用，產生托舉深海著陸器的作用力，支撐著陸器脫離海底沉積物；

在深海著陸器從海表面降落到海底的過程中，海水壓力逐漸上升，作用于補償油囊上的壓力逐漸增大，補償油囊內的液壓油經過電磁開關閥D的右位進入油箱，使油箱內的液壓油壓力與海水壓力相同；

液壓缸和三位四通伺服閥的數量均為四個，液壓缸包括液壓缸A、液壓缸B、液壓缸C和液壓缸D，三位四通伺服閥包括三位四通伺服閥A、三位四通伺服閥B、三位四通伺服閥C和三位四通伺服閥D，四個液壓缸的工作原理相同，只是控制液壓缸的三位四通伺服閥不同，即三位四通伺服閥A通過液控單向閥A和液控單向閥B控制液壓缸A，三位四通伺服閥B通過液控單向閥C和液控單向閥D控制液壓缸B，三位四通伺服閥C通過液控單向閥E和液控單向閥F控制液壓缸C，三位四通伺服閥D通過液控單向閥G和液控單向閥H控制液壓缸D；

以液壓缸A為例，當要求液壓缸A的活塞桿實現微小位移時，電磁開關閥B通電置于左位，蓄能器向主油路提供高壓液壓油，若三位四通伺服閥A左位打開，則高壓油進入液壓缸A的有桿腔，推動活塞桿向左移動，液壓缸A的無桿腔內的液壓油通過過濾器進入油箱；若三位四通伺服閥A右位打開，則高壓油進入液壓缸A的無桿腔，推動活塞桿向右移動，液壓缸A的有桿腔內的液壓油通過過濾器進入油箱，在此過程中，蓄能器內部的液壓油體積減少，油箱內部的液壓油體積增多，而油箱為剛性，補償油囊為柔性，故使得補償油囊體積增大，深海著陸器排水體積增大，受到的浮力增大；

當要求液壓缸A的活塞桿實現大幅度往復移動時，電機帶動雙向液壓泵正向旋轉，低壓液壓油經過單向閥B進入雙向液壓泵，高壓液壓油經過單向閥A進入主油路，從而驅動液壓缸A的活塞桿運動，在此過程中，活塞桿完全伸出時，油箱內的液壓油體積最小，需要補償油囊向油箱補油；活塞桿完全縮回時，油箱內的液壓油體積最大，需要補償油囊膨脹，以消納油箱中過多的液壓油；

當深海著陸器到達海底后，使電磁開關閥C、電磁開關閥B通電置于左位，補償油囊和油箱內的高壓液壓油通過過濾器、電磁開關閥C的左位、電磁開關閥B的左位進入蓄能器，補償油囊收縮，從而利用蓄能器儲存了壓力能，此時，將電磁開關閥C斷電，電機帶動雙向液壓泵正向旋轉，繼續向蓄能器補油，提高蓄能器內部壓力，用于驅動液壓缸活塞桿實現微小位移；

當深海著陸器需要脫離海底上浮時，使電磁開關閥B、電磁開關閥D、電磁開關閥A通電置于左位，電磁開關閥C置于右位，電機驅動雙向液壓泵反向旋轉，蓄能器中的液壓油經過電磁開關閥B的左位、電磁開關閥A的左位、雙向液壓泵、單向閥C進入補償油囊，使補償油囊體積增大，深海著陸器排水體積增大，受到的浮力增大；

在液壓系統中，液控單向閥兩兩組合使用，構建液壓鎖，在三位四通伺服閥不提供高壓液壓油時，使液壓缸的活塞桿保持位置不變；三位四通伺服閥A、三位四通伺服閥B、三位四通伺服閥C、三位四通伺服閥D，用于控制對應液壓缸活塞桿的伸出與縮回；蓄能器用于收集從海水表面至深海之間的壓差能，并吸收系統的壓力波動；壓力變送器A、B、C、D分別用于監測油路壓力，并將壓力數據傳遞給控制器；電磁開關閥A、B、C、D，用于控制油路的連通與斷開；溢流閥起到保護液壓系統的作用，防止液壓系統壓力過高損壞液壓元件；單向閥能夠保證相應管路中的液壓油處于單向流通狀態；過濾器用于保持液壓系統中的液壓油的清潔；雙向液壓泵，用于將低壓液壓油轉換為高壓液壓油；電機用于驅動雙向液壓泵工作；控制器用于控制液壓元件的工作狀態。

2.根據權利要求1所述的集成水力翼板的深海著陸器，其特征在于，每個液壓缸包括耳環、活塞桿和缸筒，所述耳環與活塞桿固定連接，活塞桿與缸筒滑動連接，四個耳環分別與四個鉸接板鉸連接，耳環能夠繞鉸接板轉動，四個缸筒分別與頂梁鉸連接，缸筒能夠繞頂梁轉動。