本發明涉及一種具有可選通道浮力均衡系統，可以用于無人水下航行器配套的浮力調節，屬于uuv。

背景技術：

1、為了實現無人水下航行器的下沉和上浮，通常在航行器的底部設置有浮力均衡系統，以圖1傳統浮力均衡系統為例，其主要由儲油艙油囊、壓力傳感器、溫度傳感器、安全閥、加注活門、減壓閥、單向閥、電機泵、過濾器電磁開關閥、齒輪流量計、硬管球閥和浮力均衡裝置油囊組成，具體原理圖如附圖1所示。

2、傳統浮力均衡系統無法回避的幾個問題，具體如下：

3、(1)由于小油囊豎直放置在無人艇的兩側，如不控制油液進入小油囊的通道，在排油過程中，會出現無人艇向一側傾斜的風險，極端情況有傾覆的風險；

4、(2)2個油濾位置、2個單向閥等設備，增加下潛過程中齒輪泵的吸油阻力，并隨著工作進程，電機泵組件的進口壓力存在波動；

5、(3)整個系統結構復雜，相關轉接接口較多，系統重量接近指標要求，總體提出減重需求。

6、目前沒有找到類似的發明專利，只有近似浮力調節裝置，具體專利如下：

7、中國專利cn?202030086b公開了一種浮力調節裝置，用于海洋監測及海洋勘測，接近現有浮力裝置質量、體積和功耗偏大的問題。

8、該專利主要問題在于以下幾個方面：

9、1、只有一個小油囊，無法實現油路通道的選擇；

10、2、為了提高浮力調節的有效性，只能布置無人艇的軸線上，對無人艇的結構布局造成不便；

11、3、專利中選用兩個“兩位兩通閥”作為控制開關，同時增加了單向閥和節流閥，來實現油液的容量控制，不能有效的實現程序控制；

12、4、機械接口較多，系統相對復雜，不利于質量和體積的優化。

技術實現思路

1、本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種具有可選通道浮力均衡系統，能夠有效提高系統的可靠性，避免無人艇上油囊之間容積的隨機差異，大大降低無人艇傾覆風險。

2、本發明的技術解決方案是：

3、一種具有可選通道浮力均衡系統，包括：第一小油囊、第二小油囊、三位四通電磁閥、電機泵組件、大油囊、油濾、安全閥、封閉艙、兩位三通電磁閥；

4、大油囊放置在封閉艙中，通過端面法蘭固定，大油囊與外部存在三個接口，其一與電機泵組件連接，為電機泵組件泄漏油液回油箱的通道；其二與兩位三通電磁閥連接，為吸油或回油的通道；其三與安全閥、三位四通電磁閥連接，安全閥過壓保護后開啟，高壓油泄放回大油囊；允許電機泵組件空載啟動，降低啟動電流；

5、三位四通電磁閥有三個位置，零位與大油囊連接作為中間油路；10狀態位與第一小油囊連接，作為大油囊與第一小油囊連接通道，即左側油路；01狀態位與第二小油囊連接，作為大油囊與第二小油囊連接通道，即右側油路；

6、油濾用于為整個浮力均衡系統油液過濾。

7、進一步的，小油囊和小油囊的總容積小于大油囊的容積。

8、進一步的，所述浮力均衡系統具有從大油囊吸油和從小油囊吸油兩種工作模式，分別對應下沉和上浮。

9、進一步的，還包括控制器，通過控制器給三位四通電磁閥發送不同狀態字對應不同的位置，進而實現通道的選擇。

10、進一步的，三位四通電磁閥對應的狀態字包括：00、10、01，其含義分別為：

11、00狀態：對應零位，使用中間油路；

12、10狀態：對應10狀態位，使用左側油路；

13、01狀態：對應01狀態位，使用右側油路。

14、進一步的，兩位三通電磁閥對應的狀態字包括：10、01，其含義分別為：

15、10狀態，從大油囊吸油；

16、01狀態，從第一小油囊和第二小油囊吸油。

17、進一步的，浮力均衡系統處于從大油囊吸油狀態時，按照如下步驟進行：

18、步驟一、三位四通電磁閥初始狀態字為00，即在零位；兩位三通電磁閥初始狀態字為10，從大油囊吸油；

19、步驟二、進行參數裝訂，包括排出油液的體積和分配次數，默認分配次數為5次，即排出油液的體積分五次加注到目標油囊；

20、步驟三、根據電機泵組件轉速計算單次注油的時間，即為δt；

21、步驟四、將三位四通電磁閥狀態字置為10，即與左側油路聯通，并記錄時間t0，根據單次加入的油量分配時間間隔δt，則在t0+δt時刻，再將三位四通電磁閥狀態字置為01；

22、步驟五、當三位四通電磁閥狀態字置為01時，即與右側油路聯通，記錄時間t1，根據單次加入的油量分配時間間隔δt，則在t1+δt時刻，將三位四通電磁閥狀態字置為10；

23、步驟六、經過五次循環后，兩個小油囊的液位達到容積指令的要求后，停止加注，將三位四通電磁閥狀態字置為00，同時關閉電機泵組件供電。

24、進一步的，浮力均衡系統處于從小油囊吸油狀態時，按照如下步驟進行：

25、步驟一、將兩位三通電磁閥初始狀態字置為01，選通第一小油囊油口，此時第二小油囊油口封閉，從大油囊吸油，經三位四通電磁閥左側油路給第一小油囊注油；

26、步驟二、將兩位三通電磁閥初始狀態字為10，選通第二小油囊油口，此時第一小油囊油口封閉，從大油囊吸油，經三位四通電磁閥右側油路給第二小油囊注油；

27、步驟三，根據容積指令，計算單次注油時間δt，在完成兩位三通電磁閥狀態切換后，按照注油時間δt依次進行五次注油；

28、步驟四，從第一小油囊和第二小油囊吸油時，需要將兩位三通電磁閥初始狀態字更改為01；

29、步驟五、第一小油囊和第二小油囊內部存在油壓，當兩位三通電磁閥初始狀態字為01時，油液在背壓的作用下流動，吸油初期，不需要電機泵組件滿功率輸出，降低啟動電流的需求；

30、步驟六、油液經油濾和兩位三通電磁閥形成的油路到達電機泵組件；

31、步驟七、根據容積指令和大油囊的液位反饋，完成對吸油的容積的控制；

32、步驟八、完成吸油后，將兩位三通閥置為初始狀態字10，即切換到從大油囊吸油狀態。

33、進一步的，根據電機泵組件轉速計算單次注油的時間δt，具體為：

34、假設從大油囊吸油，向第一小油囊和第二小油囊分別注入5升，即容積指令為10升：

35、首先向第一小油囊注油1升；然后向第二小油囊注油1升；以此類推，進行五次；

36、按照2升/min的注油速度計算，則單次注油時間間隔為δt＝0.5min。

37、本發明與現有技術相比的有益效果是：

38、(1)本發明采用程序控制“三位四通電磁閥”，可以有效的控制油液的方向，進而實現第一小油囊和第二小油囊通道之間的切換；

39、(2)本發明采用程序控制“兩位三通電磁閥”，可以簡化系統構成，降低油路損失；

40、(3)本發明在吸油過程中，第一小油囊和第二小油囊處于增壓狀態，在初始狀態下，相當于增壓油箱，降低了電機啟動時的負載電流，消除帶載啟動的沖擊；

41、(4)本發明系統簡化后，結構緊湊，減少相關轉接接口，整個系統的重量明顯降低。