[发明专利]一种水下航行器浮力调节装置

说明书

本发明提供了一种水下航行器安静浮力调节装置，其可大大增加浮力调节范围，便于水下航行器的水下探索工作；其包括金属球体，所述金属球体具有开口部，并将相变蜡填充于所述金属球体内，所述金属球体的开口端经金属连接管道后连通有金属圆柱壳体，自所述金属圆柱壳体下部至所述金属连接管道内塞装有一体式的活塞，且所述金属圆柱壳体的直径大于所述金属连接管道的直径。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体为一种水下航行器浮力调节装置。

背景技术

水下航行器是一种水下机器人，可满足长时间、大范围海洋探索的需要，而浮力调节机构是它的核心部件，其通过改变机体排开水的体积来达到浮力调节的目的，即主要靠改变外部皮囊的排水体积，来实现整体排水体积的改变，为水下航行器提供动力，通过改变自身净浮力来实现俯仰运动；当水下航行器下潜的时候，浮力调节机构通过增大自身排开水的体积，使得机体的浮力大于机体自身重力，水下航行器就开始上浮；当水下航行器开始上浮的时候，浮力调节机构通过减小自身排开水的体积，使得机体受到的浮力小于机体自身重力，水下航行器开始下潜；水下航行器在水中主要是靠改变自身的浮力来实现上浮与下潜的,因此水下航行器浮力调节机构的研究非常重要，目前成熟的调节浮力方式主要有三种：第一种是海水泵式浮力调节方法；第二种是利用液压泵来改变油囊体积的液压方法。第三种是利用海水层温差能驱动的热机方法，但是上述浮力调节技术普遍存在一些不足：震动噪声大、隐蔽性差、成本比较高、以及浮力调节泵的能耗高续航时间短等。

针对上述不足，现有采用的一项新技术：利用固液膨胀相变蜡实现水下航行器浮力调节，其可利用固液膨胀相变蜡两相转变时的热胀冷缩来调节水下航行器的浮力，具有成本低、浮力调节安静，小隐蔽性能好、续航能力强等优点，然而，在实际工作中，直接将膨胀相变蜡封装入高弹性皮囊中，其体积膨胀量最大只有20%，浮力调节范围受到限制，也制约了膨胀相变蜡在水下航行器上进一步的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种水下航行器浮力调节装置，其可大大增加浮力调节范围，便于水下航行器长时间的水下探索工作。

其技术方案是这样的：一种水下航行器浮力调节装置，其特征在于：其包括金属球体，所述金属球体具有开口部，并将相变蜡填充于所述金属球体内，所述金属球体的开口端经金属连接管道后连通有金属圆柱壳体，自所述金属圆柱壳体下部至所述金属连接管道内塞装有一体式的活塞，且所述金属圆柱壳体的直径大于所述金属连接管道的直径。

进一步地，所述金属圆柱壳体底部开有放气孔，所述放气孔的直径为φ3mm～10mm；

进一步地，所述活塞呈T型，所述活塞的上部、下部均套装有密封圈，且分别与所述金属圆柱壳体、金属连接管道内壁密封接触；

进一步地，所述相变蜡受热膨胀相变时，所述相变蜡的体积增大记为ΔV，

即ΔV=4/3*π*R³*20%=4/15πR³，其中，R为所述金属球体的半径；

进一步地，所述相变蜡受热膨胀相变后，所述相变蜡膨胀至所述金属连接管道中而引起的所述活塞的高度变化记为Δh，通过ΔV=πr₁²*Δh=4/15πR³，得出Δh=4/15*R³/r₁²，其中，r₁为所述活塞小截面端的半径；

进一步地，所述相变蜡受热膨胀相变后，所述活塞升高引起的体积变化，即所述金属圆柱壳体内液体排出的体积记为ΔV_排，