[发明专利]基于海水浮力调节系统的多功能大型水下滑翔机

说明书

本公开提供一种基于海水浮力调节系统的多功能大型水下滑翔机，包括：机身；浮力调节系统，用于调节水下滑翔机的浮力大小；移动电池，可沿机身轴向方向前后移动，用于实现水下滑翔机俯仰姿态控制；以及伸缩翼，可进行伸展或收缩，分别对应滑翔机的水下滑翔模式或直航推进模式。其具备不同排水模式和回水模式的浮力调节系统，可以不返回水面实现水下定深和水下深度区间范围内的往复滑翔，使滑翔机具有深度区间剖面测量和水下悬浮功能，减少滑翔机暴露在水面的时间，提高隐蔽性；多种排水、回水模式的组合使浮力控制更加精准灵活，更加适应水下探测任务的多样化需求。

技术领域

本公开涉及海洋航行器技术领域，尤其涉及一种基于海水浮力调节系统的多功能大型水下滑翔机，其适用于大航程长、时序的海洋环境数据和声场数据的测量。

背景技术

水下滑翔机具有大航程、长时序、低成本、隐蔽性好、可重复利用等多方面优点，其在海洋观测领域发挥了越来越重要的作用。自1989年美国科学家Herny Stommel首次提出水下滑翔机的概念以来，各海洋强国开始研制水下滑翔机，使得水下滑翔机的理论和技术进入高速发展期，其中Slocum、Spray和Seaglider等类型的滑翔机已被海洋学研究和沿海调查任务所采用。现阶段百公斤以内的小型水下滑翔机技术已趋向成熟，但大型水下滑翔机的研究起步较晚，其中美国的Xray和Zray水下滑翔机为较早出现的大型水下滑翔机。

小型水下滑翔机可以实现数千公里的航程，但由于其体积重量和内部空间有限，一方面带载能力有限，另一方面可搭载传感器种类少，只能搭载CTD等低能耗水文探测传感器，无法搭载高能耗的环境参数测量传感器和声学传感器。相反，大型水下滑翔机能够搭载更大容量的电池系统，其可供能量达数十千瓦时，为搭载更多高能耗的传感器和大航程探测任务提供了技术可行性。

为防止深水压力破坏内部油箱，小型水下滑翔机一般在每个测量剖面结束后都需返回水面进行回油操作，即打开电磁截止阀，使外油囊中的液压油以自吸的方式流回内部油箱。小型水下滑翔机通常无法实现水下的回油操作，如此操作增加了滑翔机暴露在水面的时间；但大型水下滑翔机具有足够的内部空间和带载能力，可以采用更加完备和复杂的液压系统实现水下回油和快速排油等功能，进而实现滑翔机的水下悬浮和区间深度剖面测量功能，总体上提升滑翔机对于海洋测量任务的适用性。

然而，现有的大型水下滑翔机由于机翼较长，在直航推进模式下，其机翼会产生额外的航行阻力，增加能耗。为此，需研制机翼折叠或伸缩机构，在直航状态下将机翼部分缩回，提升滑翔机动稳定性及操纵性的同时提升其航行效率。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于海水浮力调节系统的多功能大型水下滑翔机，以缓解现有技术中大型水下滑翔机直航推进模式下耗能高，隐蔽性、稳定性、操纵性以及航行效率较差等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于海水浮力调节系统的多功能大型水下滑翔机，包括：机身；浮力调节系统，用于调节水下滑翔机的浮力大小；移动电池，可沿机身轴向方向前后移动，用于实现水下滑翔机俯仰姿态控制；以及伸缩翼，可进行伸展或收缩，分别对应滑翔机的水下滑翔模式或直航推进模式。

在本公开实施例中，浮力调节系统外包覆有承压外壳，所述浮力调节系统，包括：活塞式内水箱，用于储存海水；排水单元，用于将活塞式内水箱的海水向外排放；所述排水单元包括：海水泵，与所述活塞式内水箱相连，用于排放海水时提供动力；以及蓄能器，用于快速转存海水并在排放海水时提高排放速度；回水单元，用于将外部海水回收至活塞式内水箱；所述回水单元包括：慢速回水支路，其上设置有慢速流量阀，用于慢速回水；快速回水支路，与慢速回水支路并联关系，其上设置有快速流量阀，用于快速回水；以及三位两通电磁换向阀，与回水单元相连，用于通过切换来选择回水支路进而选择回水模式；以及两个电磁阀，分别设置于浮力调节系统的海水出入管道上以及蓄能器的海水出入管道上，通过各自通断的配合选择排水或回水路径。