一种水下AUV用浮力调节及通讯装置

一种水下auv用浮力调节及通讯装置
技术领域
1.本发明属于海洋环境观测和海底资源勘探领域，具体的说是一种水下auv用浮力调节及通讯装置


背景技术：

2.水下auv是一种水下观测、探测平台，目前已经广泛运用于海洋科学研究领域和军事探测领域。浮力调节装置是水下auv的核心功能单元之一，通过调节浮力使auv下潜到目标深度是auv的重要能力，浮力调节能力的好坏直接影响到auv的零攻角航行能力以及续航能力。目前水下auv的浮力调节装置存在着诸多问题，比如大多数水下auv仅通过吸排液压油来进行浮力调节，调节形式单一，效率低、功耗大，并且在深海水域只能排油而不能回油，auv无法在深水域减小浮力，无法在指定的深度形成一个近似零浮力的状态，导致了auv无法零攻角航行，增大了功耗；还有的auv浮力系统结构尺寸过大，占据的较大部分的舱内空间，使得auv的负载能力、能源携带能力下降，导致整机；还有的auv通讯天线与浮力系统分开设计，导致auv在上浮通讯时，当浮力调节到最大时，天线高度并没有处于最优位置，还得通过姿态调节进行二次调整，增大了能源的消耗。综上所述，从现有的技术来看，水下auv浮力调节装置存在着调节形式单一、能耗偏大、精度不够、无法深海域回油、浮力调节装置没有与通讯装置一体化设计等缺点，亟需通过新的技术手段或发明装置进行解决。


技术实现要素：

3.为了解决上述浮力调节装置存在的调节形式单一、能耗偏大、精度不够、无法深海域回油、浮力调节装置没有与通讯装置一体化设计等缺点，本发明提供了一种结构紧凑、调节形式多样、能够有效降低功耗的水下auv用浮力调节及通讯装置；该装置既能够通过气体进行通信浮力调节，又能够通过液压油进行深水域浮力调节，而且在深水域能够正常回排油，具有深水域的双向浮力调节功能，通讯天线与浮力调节装置一体化设计，结构紧凑的同时，能够保证auv在最小能耗下的最优通讯状态，有效的降低auv的能源消耗。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种水下auv用浮力调节及通讯装置，包括通讯舱体、集成天线、内油箱、气囊、气阀总成、气囊舱体、泵阀气路总成、泵阀油路总成、后端盖、外油囊总成、天线舱连接片、气囊压紧环、水密穿舱件、外油箱连接片；所述的通讯舱体前端与auv的耐压舱连接并通过o型圈密封；所述的集成天线固定连接于通讯舱体上方并通过o型圈密封；所述的通讯舱体后端通过天线舱连接片与气囊舱体连接；所述的内油箱固定于气囊舱体上；所述的气囊套在气囊舱体的外壁上，通过气囊压紧环压紧密封，气囊压紧环通过螺栓固定在气囊舱体上；所述的气阀总成连接在气囊舱体上，并与泵阀气路总成固定连接；所述的泵阀油路总成连接在后端盖的内侧，后端盖与气囊舱体的后段连接；所述的外油囊总成通过外油箱连接片与后端盖连接并通过o型圈密封。
6.进一步的，所述的内油箱包括内油箱后端盖、拉线固定件、导向棒、金属波纹管、拉
线传感器、内油箱前端盖；所述的内油箱后端盖与金属波纹管的一端通过焊接固定连接，金属波纹管的另一端通过焊接与内油箱前端盖固定连接；所述的内油箱前端盖与气囊舱体固定连接；所述的导向棒一端与内油箱前端盖固定连接；所述的内油箱后端盖上设有导向孔，导向棒穿过导向孔使金属波纹管拉伸时不会因重力向下弯曲；所述的拉线固定件与内油箱后端盖连接；所述的拉线传感器与内油箱前端盖连接，所述的拉线传感器的拉线与拉线固定件连接，用以测量金属波纹管伸出的长度，以计算出内油箱中的油量。
7.进一步的，所述的气阀总成包括气阀上盖、阀芯上盖、阀芯、弹簧、气阀螺母、气路接头；所述的气阀上盖与气阀螺母通过螺纹紧固在气囊舱体上，气阀上盖与气阀螺母上均设有密封槽并通过o型圈与气囊舱体密封；所述的阀芯穿过气阀螺母的内孔，与阀芯上盖通过螺纹连接；所述的阀芯下端与弹簧接触，弹簧的下端与气路接头的上端面接触；所述的气路接头通过螺纹与气阀螺母连接；当需要排气时，打开气泵，弹簧将阀芯连同阀芯上盖一起顶开，气体通过气路接头内孔、气阀螺母内孔与阀芯的间隙、气阀上盖内孔与阀芯上盖的间隙流向气囊内，使气囊膨胀；当需要回气时，打开气体电磁阀，在外部压力作用下，气囊内的气体通过气阀上盖内孔与阀芯上盖的间隙、气阀螺母内孔与阀芯的间隙、进入气路接头内孔，流向舱内；当气囊内气体全部进入到舱内时，气囊会压向阀芯上盖，阀芯上盖连同阀芯向下移动，直至阀芯上盖的锥面与气阀上盖的锥面贴合，两个锥面能够起到密封的作用，同时气囊本身压紧到阀芯上盖上起到密封作用。
8.进一步的，所述的泵阀油路总成包括阀体、柱塞泵、电机、电机连接件、低压回油电磁阀、高压回油节流阀、单向阀；所述的阀体与后端盖固定连接，阀体的出油口与后端盖的进油口连通；所述的柱塞泵插装在阀体内部并通过螺栓固定连接；所述的单向阀与阀体固定连接，单向阀的进口通过阀体内的孔路与柱塞泵的出口连通，单向阀的出口与后端盖的进油口连通；所述的阀体与电机连接件的一端连接，电机连接件的另一端与电机连接；所述的电机输出轴和柱塞泵的输入轴通过联轴器连接；所述的低压回油电磁阀进油口与阀体连接，通过阀体内部孔路与后端盖的进油口连通，低压回油电磁阀的出口与内油箱前端盖连接；所述的高压回油节流阀的进口与阀体连接，通过阀体内部孔路与后端盖的进油口连通，高压回油节流阀的出口与内油箱前端盖连接。
9.泵阀气路总成包括气泵、气体单向阀、气路三通、气体电磁阀；气泵与内油箱前端盖固定连接；气泵出气口与气路三通的第一个口连接；气路三通的第二个口与气路接头连接；气路三通第三个口与气体电磁阀的进口连接；当需要排气时，打开气泵，气体通过气泵的出气口经过气路三通、气路接头流向气阀总成，经气阀总成进入气囊；当需要回气时，关闭气泵，打开气体电磁阀，气体经过气阀总成，进入气路接头，经过气路三通后进入气体电磁阀的进口，从电磁阀的出口进入到舱内。
10.进一步的，所述的集成天线包括天线底座、无线天线、天通通讯、铱星通讯、信标、天线壳体；所述的天线底座与通讯舱体固定连接并通过o型圈密封；所述的无线天线、天通通讯、铱星通讯、信标与天线壳体连接，通过天线壳体内部的硫化橡胶硫化固定。
11.进一步的，外油囊总成包括外油箱、油囊、油囊保护壳，外油箱与后端盖通过外油箱连接片固定连接，外油箱的进油口与后端盖的进油口连通；油囊边缘具有o型圈结构，油囊通过油囊保护壳与外油箱进行压紧密封，油囊保护壳与外油箱通过螺栓连接。
12.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
13.1.本发明既能通过气体进行低压环境下的浮力调节，又能通过液压油进行高压环境下的浮力调节，同时具有两种调节方式，能够有效降低功耗，节省能源。
14.2.本发明的浮力调节装置能够在深海进行回排油调节，且能够控制不同压力下的回油速度，具有深水域的双向浮力调节功能，具有较高的浮力调节精度，为auv提供更好的零浮力调节能力。
15.3.本发明的通讯装置具有无线通信、铱星通信、天通通信、信标等多个通信定位功能，且集成天线与浮力调节装置采用集成化一体设计，结构紧凑、简单，在增大浮力后，能够保证auv的浮心尽可能的靠近天线位置，减小通讯姿态调节过程，在保证良好通讯状态的同时降低了功耗，且更有利于在最小能耗下实现通讯姿态的调节。
附图说明
16.图1为本发明的总体结构示意图。
17.图2为本发明的内油箱结构示意图。
18.图3为本发明的气路阀口部分结构示意图。
19.图4为本发明的天线结构示意图。
20.图5为本发明的液压浮力调节原理图。
21.图6为本发明的阀体柱塞泵剖视图。
22.附图标记：1-通讯舱体；2-天线舱连接片；3-集成天线；4-气囊压紧环；5-气阀螺母；6-气体单向阀；7-气囊舱体；8-气路三通；9-后端盖；10-气体电磁阀；11-水密穿舱件；12-外油箱；13-油囊保护壳；14-油囊；15-外油箱连接片；16-阀体；17-电机连接件；18-电机；19-低压回油电磁阀；20-高压回油节流阀；21-气囊；22-拉线传感器；23-内油箱前端盖；24-气泵；25-金属波纹管；26-导向棒；27-天线底座；28-无线天线；29-天通通讯；30-信标；31-铱星通讯；32-天线壳体；33-拉线固定件；34-内油箱后端盖；35-气阀上盖；36-阀芯上盖；37-阀芯；38-弹簧；39-气路接头；40-柱塞泵；41-单向阀。
具体实施方式
23.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.本发明的浮力调节及通讯装置与auv的耐压舱密封连接，要使本发明能够正常工作，auv的耐压舱内部需有一定的真空度，具体的说是0.6到0.7个大气压。
25.如图1所示，本发明包括通讯舱体1、集成天线3、内油箱、气囊21、气阀总成、气囊舱体7、泵阀气路总成、泵阀油路总成、后端盖9、外油囊总成、天线舱连接片2、气囊压紧环4、水密穿舱件11、外油箱连接片15；通讯舱体1前端与auv的耐压舱连接，通过o型圈密封；集成天线3固定连接于通讯舱体1上方，通过o型圈进行密封；通讯舱体1后端与气囊舱体7连接，通过天线舱连接片2连接；内油箱固定于气囊舱体7上；气囊21套在气囊舱体7的外壁上，通过气囊压紧环4压紧密封，气囊压紧环4通过螺栓固定在气囊舱体7上；气阀总成连接在气囊舱体7上，并与泵阀气路总成固定连接；泵阀油路总成连接在后端盖9的内测，后端盖9与气囊舱体7的后段连接；外油囊总成通过外油箱连接片15与后端盖9连接，通过o型圈密封。
26.如图2所示，内油箱包括内油箱后端盖34、拉线固定件33、导向棒26、金属波纹管
25、拉线传感器22、内油箱前端盖23；内油箱后端盖34与金属波纹管25通过焊接固定连接，金属波纹管25的另一端通过焊接与内油箱前端盖23固定连接；内油箱前段盖23与气囊舱体7固定连接；导向棒26一端与内油箱前端盖23固定连接；内油箱后端盖34上设有导向孔，导向棒26穿过导向孔，其作用是使金属波纹管25拉伸时不会因重力向下弯曲；拉线固定件33与内油箱后端盖34连接；拉线传感器22与内油箱前端盖23连接，拉线传感器22的拉线与拉线固定件33连接，用以测量金属波纹管25伸出的长度，从而计算出内油箱中的油量。
27.如图4所示，集成天线包括天线底座27、无线天线28、天通通讯29、铱星通讯31、信标30、天线壳体32；天线底座27与通讯舱体1固定连接，通过o型圈密封；无线天线28、天通通讯29、铱星通讯31、信标30与天线壳体32连接，通过天线壳体32内部的硫化橡胶硫化固定。
28.如图3所示，气阀总成包括气阀上盖35、阀芯上盖36、阀芯37、弹簧38、气阀螺母5、气路接头39；气阀上盖35与气阀螺母5通过螺纹紧固在气囊舱体7上，气阀上盖35与气阀螺母5上均设有密封槽，通过o型圈与气囊舱体7密封；阀芯37穿过气阀螺母5的内孔，与阀芯上盖36通过螺纹连接；阀芯37下端与弹簧38接触，弹簧38的下端与气路接头39的上端面接触；气路接头39通过螺纹与气阀螺母5连接；当需要排气时，打开气泵24，弹簧38将阀芯37连同阀芯上盖36一起顶开，气体通过气路接头39内孔、气阀螺母5内孔与阀芯37的间隙、气阀上盖35内孔与阀芯上盖36的间隙流向气囊内，使气囊21膨胀；当需要回气时，打开气体电磁阀10，在外部压力作用下，气囊21内的气体通过气阀上盖35内孔与阀芯上盖36的间隙、气阀螺母5内孔与阀芯37的间隙、进入气路接头39内孔，流向舱内；当气囊21内气体全部进入到舱内时，气囊21会压向阀芯上盖36，阀芯上盖36连同阀芯37向下移动，直至阀芯上盖36的锥面与气阀上盖35的锥面贴合，两个锥面能够起到密封的作用，同时气囊21本身压紧到阀芯上盖36上也能起到密封作用。
29.如图1所示，泵阀气路总成包括气泵24、气体单向阀6、气路三通8、气体电磁阀10；气泵24与内油箱前端盖23固定连接；气泵24出气口与气路三通8的第一个口连接；气路三通8的第二个口与气路接头39连接；气路三通8第三个口与气体电磁阀10的进口连接；当需要排气时，打开气泵24，气体通过气泵24的出气口经过气路三通8、气路接头39流向气阀总成，经气阀总成进入气囊21；当需要回气时，关闭气泵24，打开气体电磁阀10，气体经过气阀总成，进入气路接头39，经过气路三通8后进入气体电磁阀10的进口，从电磁阀10的出口进入到舱内；
30.如图1、图6所示，泵阀油路总成包括阀体16、柱塞泵40、电机18、电机连接件17、低压回油电磁阀19、高压回油节流阀20、单向阀41；阀体16与后端盖9固定连接，阀体16的出油口与后端盖9的进油口连通；柱塞泵40插装在阀体16内部，通过螺栓固定连接；单向阀41与阀体16固定连接，单向阀41的进口通过阀体16内的孔路与柱塞泵40的出口连通，单向阀41的出口与后端盖9的进油口连通；阀体16与电机连接件17的一端连接，电机连接件17的另一端与电机18连接；电机18输出轴和柱塞泵40的输入轴通过联轴器连接；低压回油电磁阀19进油口与阀体16连接，通过阀体16内部孔路与后端盖9的进油口连通，低压回油电磁阀19的出口与内油箱前端盖23连接；高压回油节流阀20的进口与阀体16连接，通过阀体16内部孔路与后端盖9的进油口连通，高压回油节流阀20的出口与内油箱前端盖23连接。
31.泵阀油路总成的工作原理如图5所示，当在需要排油时，打开液压泵，液压油经过过滤器后进入液压泵的入口，经单向阀41进入到油囊14中，油囊14膨胀，从而增大浮力；当
在低压环境下需要回油时，打开低压回油电磁阀19，液压油在外压的作用下，从油囊14中经低压回油电磁阀19流向内油箱；当在高压环境下需要回油时，打开高压回油节流阀20，液压油在外压的作用下液压油经过高压回油节流阀20进入到内油箱，由于高压回油节流阀20具有节流作用，能够将外部高压的液体转换成低压低流速的液体，避免高压液体对内油箱的冲击破坏。
32.如图1所示，外油囊总成包括外油箱12、油囊14、油囊保护壳13，外油箱12与后端盖9通过外油箱连接片15固定连接，外油箱12的进油口与后端盖9的进油口连通；油囊14边缘具有o型圈结构，油囊14通过油囊保护壳13与外油箱12进行压紧密封，油囊保护壳13与外油箱12通过螺栓连接。
33.本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，包括通讯舱体(1)、集成天线(3)、内油箱、气囊(21)、气阀总成、气囊舱体(7)、泵阀气路总成、泵阀油路总成、后端盖(9)、外油囊总成、天线舱连接片(2)、气囊压紧环(4)、水密穿舱件(11)、外油箱连接片(15)；所述的通讯舱体(1)前端与auv的耐压舱连接并通过o型圈密封；所述的集成天线(3)固定连接于通讯舱体(1)上方并通过o型圈密封；所述的通讯舱体(1)后端通过天线舱连接片(2)与气囊舱体(7)连接；所述的内油箱固定于气囊舱体(7)上；所述的气囊(21)套在气囊舱体(7)的外壁上，通过气囊压紧环(4)压紧密封，气囊压紧环(4)通过螺栓固定在气囊舱体(7)上；所述的气阀总成连接在气囊舱体(7)上，并与泵阀气路总成固定连接；所述的泵阀油路总成连接在后端盖(9)的内侧，后端盖(9)与气囊舱体(7)的后段连接；所述的外油囊总成通过外油箱连接片(15)与后端盖(9)连接并通过o型圈密封。2.根据权利要求1所述一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，所述的内油箱包括内油箱后端盖(34)、拉线固定件(33)、导向棒(26)、金属波纹管(25)、拉线传感器(22)、内油箱前端盖(23)；所述的内油箱后端盖(34)与金属波纹管(25)的一端通过焊接固定连接，金属波纹管(25)的另一端通过焊接与内油箱前端盖(23)固定连接；所述的内油箱前端盖(23)与气囊舱体(7)固定连接；所述的导向棒(26)一端与内油箱前端盖(23)固定连接；所述的内油箱后端盖(34)上设有导向孔，导向棒(26)穿过导向孔使金属波纹管(25)拉伸时不会因重力向下弯曲；所述的拉线固定件(33)与内油箱后端盖(34)连接；所述的拉线传感器(22)与内油箱前端盖(23)连接，所述的拉线传感器(22)的拉线与拉线固定件(33)连接，用以测量金属波纹管(25)伸出的长度，以计算出内油箱中的油量。3.根据权利要求1所述一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，所述的气阀总成包括气阀上盖(35)、阀芯上盖(36)、阀芯(37)、弹簧(38)、气阀螺母(5)、气路接头(39)；所述的气阀上盖(35)与气阀螺母(5)通过螺纹紧固在气囊舱体(7)上，气阀上盖(35)与气阀螺母(5)上均设有密封槽并通过o型圈与气囊舱体(7)密封；所述的阀芯(37)穿过气阀螺母(5)的内孔，与阀芯上盖(36)通过螺纹连接；所述的阀芯(37)下端与弹簧(38)接触，弹簧(38)的下端与气路接头(39)的上端面接触；所述的气路接头(39)通过螺纹与气阀螺母(5)连接；当需要排气时，打开气泵(24)，弹簧(38)将阀芯(37)连同阀芯上盖(36)一起顶开，气体通过气路接头(39)内孔、气阀螺母(5)内孔与阀芯(37)的间隙、气阀上盖(35)内孔与阀芯上盖(36)的间隙流向气囊内，使气囊(21)膨胀；当需要回气时，打开气体电磁阀(10)，在外部压力作用下，气囊(21)内的气体通过气阀上盖(35)内孔与阀芯上盖(36)的间隙、气阀螺母(5)内孔与阀芯(37)的间隙、进入气路接头(39)内孔，流向舱内；当气囊(21)内气体全部进入到舱内时，气囊(21)会压向阀芯上盖(36)，阀芯上盖(36)连同阀芯(37)向下移动，直至阀芯上盖(36)的锥面与气阀上盖(35)的锥面贴合，两个锥面能够起到密封的作用，同时气囊(21)本身压紧到阀芯上盖(36)上起到密封作用。4.根据权利要求1所述一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，所述的泵阀油路总成包括阀体(16)、柱塞泵(40)、电机(18)、电机连接件(17)、低压回油电磁阀(19)、高压回油节流阀(20)、单向阀(41)；所述的阀体(16)与后端盖(9)固定连接，阀体(16)的出油口与后端盖(9)的进油口连通；所述的柱塞泵(40)插装在阀体(16)内部并通过螺栓固定连接；所述的单向阀(41)与阀体(16)固定连接，单向阀(41)的进口通过阀体(16)内的孔路与柱塞泵(40)的出口连通，单向阀(41)的出口与后端盖(9)的进油口连通；所述的阀体(16)与
电机连接件(17)的一端连接，电机连接件(17)的另一端与电机(18)连接；所述的电机(18)输出轴和柱塞泵(40)的输入轴通过联轴器连接；所述的低压回油电磁阀(19)进油口与阀体(16)连接，通过阀体(16)内部孔路与后端盖(9)的进油口连通，低压回油电磁阀(19)的出口与内油箱前端盖(23)连接；所述的高压回油节流阀(20)的进口与阀体(16)连接，通过阀体(16)内部孔路与后端盖(9)的进油口连通，高压回油节流阀(20)的出口与内油箱前端盖(23)连接。5.根据权利要求3所述一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，泵阀气路总成包括气泵(24)、气体单向阀(6)、气路三通(8)、气体电磁阀(10)；气泵(24)与内油箱前端盖(23)固定连接；气泵(24)出气口与气路三通(8)的第一个口连接；气路三通(8)的第二个口与气路接头(39)连接；气路三通(8)第三个口与气体电磁阀(10)的进口连接；当需要排气时，打开气泵(24)，气体通过气泵(24)的出气口经过气路三通(8)、气路接头(39)流向气阀总成，经气阀总成进入气囊(21)；当需要回气时，关闭气泵(24)，打开气体电磁阀(10)，气体经过气阀总成，进入气路接头(39)，经过气路三通(8)后进入气体电磁阀(10)的进口，从电磁阀(10)的出口进入到舱内。6.根据权利要求1所述一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，所述的集成天线包括天线底座(27)、无线天线(28)、天通通讯(29)、铱星通讯(31)、信标(30)、天线壳体(32)；所述的天线底座(27)与通讯舱体(1)固定连接并通过o型圈密封；所述的无线天线(28)、天通通讯(29)、铱星通讯(31)、信标(30)与天线壳体(32)连接，通过天线壳体(32)内部的硫化橡胶硫化固定。7.根据权利要求1所述一种水下auv用浮力调节及通讯装置，其特征在于，外油囊总成包括外油箱(12)、油囊(14)、油囊保护壳(13)，外油箱(12)与后端盖(9)通过外油箱连接片(15)固定连接，外油箱(12)的进油口与后端盖(9)的进油口连通；油囊(14)边缘具有o型圈结构，油囊(14)通过油囊保护壳(13)与外油箱(12)进行压紧密封，油囊保护壳(13)与外油箱(12)通过螺栓连接。

技术总结
本发明公开一种水下AUV用浮力调节及通讯装置，包括通讯舱体、集成天线、内油箱、气囊、气囊压紧环、气囊舱体、后端盖、泵阀气路总成、泵阀油路总成、外油囊总成等。所述的通讯舱体与AUV耐压舱体连接，通过O型圈密封；所述的集成天线安装在通讯舱体上，通过O型圈密封，用以水下AUV的通讯功能；所述的内油箱固定在气囊舱体上，气囊套装在气囊舱体上，通过气囊压紧环进行压紧密封；所述的泵阀气路总成用以将舱内的气体排出到气囊中，或将气囊中的气体吸入到舱内，从而改变AUV的浮力状态；所述的泵阀油路总成用以将内油箱中的液压油排出到外油馕总成中，或者将外油馕总成中的液压油吸入到内油箱中，从而改变AUV的浮力状态。从而改变AUV的浮力状态。从而改变AUV的浮力状态。


技术研发人员：王延辉 孙通帅 杨绍琼 牛文栋 杨明 马伟 赵海侗 刘汶睿
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/6/26