[发明专利]一种长续航水下航行器及其控制方法

权利要求书

1.一种长续航水下航行器的控制方法，其特征在于，所述长续航水下航行器的控制方法包括：利用前置气囊装置充满的十六烷和海水的状态变化进行下潜与上浮的切换；

利用温度传感器采集发电换热器出口与冷凝器进口位置的温差，发电换热器出口与冷凝器进口温差大于设定值时电磁阀开启，发电工况开始循环；燃料电池高温冷却水热量进入自适应发电单元，液氨贮存瓶内液氨汽化推动透平机构发电，汽化后的液氨经冷凝器后进入液氨贮存瓶，并进行循环；

在上浮、下潜姿态调整前，先进行攻角调整；潜航状态时保持滑翔翼攻角，翼板不受力进行直线巡航；

所述滑翔翼攻角调节中，上浮状态时，滑翔翼攻角在[-4°,8°]，翼板受到向上的升力，加速上浮；下潜状态时，滑翔翼攻角[-8°,-5°]，翼板受到负升力，加速下潜；潜航状态时滑翔翼攻角 [-5°,-4°]；

所述利用前置气囊装置充满的十六烷和海水的状态变化进行下潜与上浮的切换浮力调节具体包括：水下航行器位于海面时，前置气囊装置充满十六烷和海水，此时十六烷一级储存装置内部无物质，艇体随下潜深度外部压力增大，在离心泵及水压的作用下，气囊中的液态十六烷进入一级储存装置，前置气囊装置自身减小排水体积，使航行器进入下潜状态，前置气囊装置内部由正十六烷逐步转化成海水，下潜过程中，外置式换热器与低温海水进行换热，十六烷逐步变为固态；完成下潜阶段后，十六烷一级储存装置打开排水阀，将下潜过程中气囊内部多泵送的海水排出弦外；开始上浮时，前置气囊装置全部为海水，十六烷一级储存装置内部为固态十六烷，十六烷二级储存装置与燃料电池高温冷却水进行换热，此时十六烷二级储存装置的状态为液态；由离心泵泵送至气囊装置内，气囊装置排水阀打开，将气囊装置内的海水排出，此时二级储存装置内的液态十六烷逐步进入前置气囊装置，前置气囊装置内部由海水逐步转化成十六烷，航行器呈上浮姿态；上浮过程中，外置式换热器与高温海水进行换热，十六烷逐步变为液态，将一级储存装置内的十六烷逐步流入二级储存装置内，为下一个循环做准备。

2.一种实施权利要求1所述控制方法的长续航水下航行器，其特征在于，所述长续航水下航行器包括：

艇体，采用结构模块化设计，包括球鼻艏舱、前压载舱、后压载舱、前气囊舱、主控制舱和后气囊舱，所述主控制舱两侧均连接有滑翔翼，所述后压载舱上侧固定有艉舵；

球鼻艏舱用于放置艇内声纳及导航设备同时兼具整流特性；

前压载舱、后压载舱用于调节艇体主要浮力状态，同时用于利用压载水对燃料电池及自适应发电单元进行冷却；

所述主控制舱内安装有燃料电池、电机和对燃料电池进行管理的能量管理系统，

所述电机的输出轴连接有叶轮和攻角调节机构，所述攻角调节机构与滑翔翼连接，攻角调节机构通过攻角变换优化艇体升力特性、阻力特性；

所述前气囊舱、后气囊舱中间分别设置有前置气囊装置和后置气囊装置；

所述能量管理系统包括：

自适应发电单元，用于利用燃料电池高温冷却水热量对液氨贮存瓶内液氨汽化，推动透平机构发电；

浮力调节单元，用于利用十六烷一级储存装置和十六烷二级储存装置对前置气囊装置和后置气囊装置的状态进行调节，实现水下航行器的下潜和上浮。

3.如权利要求2所述的长续航水下航行器，其特征在于，所述自适应发电单元设置有温差发电换热器、冷凝器、液氨贮存瓶、透平和发电机，所述温差发电换热器和冷凝器通过连接管路连通，所述温差发电换热器的出口端与液氨贮存瓶连通，所述冷凝器的出口端与透平连接，所述液氨贮存瓶和透平之间通过连接管路连通，所述发电机与透平连接，所述温差发电换热器的出口端与冷凝器的进口端均设置有温度传感器；

所述温差发电换热器的输入端通过连接管路与冷却水箱连通，所述温差发电换热器上侧通过可调节开度三通阀与燃料电池连通；

所述燃料电池两侧分别通过连接管路连接有闭式循环换热器和开式循环换热器，所述冷却水箱通过连接管路与开式循环换热器连通。

4.如权利要求2所述的长续航水下航行器，其特征在于，所述冷凝器与前压载舱和后压载舱通过连接管路并联，所述前压载舱和后压载舱中间通过连接管路和排水阀连通。