[0001] 本发明涉及水下艇体技术领域，特别涉及一种水下气控滑翔式无人艇。

[0002] 水下艇体等水下智能设备是当今人类从事海洋水下探索和开发的重要装备，它作为人类探索海洋的最重要手段必将在未来获得更大的重视和发展。然而，一直以来国内、外研究的各种水下艇体包括：有缆的和无缆的、自治的或人控的、自主的或拖曳的、及作业式或巡游探测式水下艇体等，其动作的实现主要采用的是水下电机系统。水下电机系统的动力来源于缆绳传输或者蓄电池储藏的电力。

[0003] 由于水下环境空间在很多方面不同于人类地表活动的大气空间，这使得人类长期历史上发展并获得丰富种类的动力和传动等成熟技术并不能直接移置和低成本的使用在水下这个特定环境里，这就造成了目前在水下艇体等水下智能设备上仍然是主要采用比较唯一形式的水下电机驱动系统，这就为水下艇体设计带来了一些先天性的动力和传动种类不足的问题。

[0004] 这个问题一定程度上限制了水下艇体和智能设备的发展和使用，使更高性能的水下艇体等水下智能设备难以实现；同时它也是造成目前水下艇体仍然是个比较价格昂贵的机电产品，只在一些特定的或涉及水下军事用途等场合使用，而难以普遍的推广到民用水下应用领域的一个主要因素。

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，使用方便的水下气控滑翔式无人艇。

[0006] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种水下气控滑翔式无人艇，其特点是，包括艇体、螺旋桨、尾舵和平衡鳍，艇体的前部设有前舱，艇体的后部设有后舱，艇体的中部设有浮力调整舱，前舱与浮力调整舱之间设有前姿态调整舱，浮力调整舱与后舱之间设有后姿态调整舱；在所述艇体内设有作为艇体动力源的高压气罐和低压气罐，高压气罐上设有进气口和出气口，高压气罐的进气口通过进气管道连接有补气泵，补气泵装在艇体上，高压气罐的出气口处连接有高压管道，低压气罐上连接有低压管道；
所述前舱内设有驱动螺旋桨的气动马达，气动马达通过管道连接有换向阀Ⅰ，换向阀Ⅰ通过管道分别与高压管道、低压管道相接；
所述前姿态调整舱内设有前姿态调整缸，后姿态调整舱内设有后姿态调整缸，前姿态调整缸和后姿态调整缸沿艇体的轴线设置，前姿态调整缸和后姿态调整缸的前腔分别通过外接管道Ⅰ连接有与外界环境相接的充液排液阀Ⅰ，前姿态调整缸和后姿态调整缸的后腔分别通过外接管道Ⅱ连接有与外界环境相接的排气阀，排气阀和充液排液阀Ⅰ均装在艇体上，前姿态调整缸的前腔与后姿态调整缸的前腔之间通过连通管道相接，连通管道上装有开关阀Ⅰ，前姿态调整缸的后腔、后姿态调整缸的后腔通过管道连接有换向阀Ⅱ，换向阀Ⅱ通过管道分别与高压管道、低压管道相接；
所述浮力调整舱内设有沿艇体轴线设置的浮力隔膜缸，浮力隔膜缸的后腔通过外接管道Ⅲ连接有与外界环境相接的充液排液阀Ⅱ，浮力隔膜缸的前腔通过内接管道Ⅰ连接有开关阀Ⅱ，开关阀Ⅱ通过管道分别与高压管道、低压管道相接，内接管道Ⅰ上装有节流阀Ⅰ；
所述后舱内设有与尾舵相接的摆动缸，摆动缸的有杆腔通过外接管道Ⅳ连接有与外界环境相接的充液排液阀Ⅲ，充液排液阀Ⅲ装在艇体上，摆动缸的无杆腔通过内接管道Ⅱ连接有换向阀Ⅲ，换向阀Ⅲ通过管道分别与高压管道、低压管道相接，内接管道Ⅱ上装有节流阀Ⅱ；
艇体往返液面，利用补气泵从大气中吸入空气给艇体补气，在水下，艇体以高低压气罐中的压缩空气为动力，驱动环境液体循环进出艇体：
在液面处时，打开充液排液阀Ⅰ和排气阀，往前姿态调整缸和后姿态调整缸的前腔内注入规定量的高压环境液体；打开充液排液阀Ⅱ以及开关阀Ⅱ与低压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸的后腔内注入规定量的高压环境液体；打开充液排液阀Ⅲ以及换向阀Ⅲ与低压管道相接的阀口，往摆动缸的有杆腔注入规定量的高压环境液体；以上各部分完成充液后，艇体的总重力大于浮力，释放艇体，使其在重力大于浮力的状况下滑翔下潜；
下潜至指定深度后，打开开关阀Ⅱ与高压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸的前腔通入高压气体，打开充液排液阀Ⅱ，向艇体外排出部分环境液体，使得艇体的重力和浮力平衡，平衡后关闭开关阀Ⅱ和充液排液阀Ⅱ，实现艇体的定位，然后，打开开关阀Ⅰ，使得前后姿态调整缸内的液体连通，打开换向阀Ⅱ，调整艇体内部环境液体在前后部的分配量；
在定位条件下，以压缩空气为动力，驱动前舱内的气动马达，使得螺旋桨转动，艇体进入自动巡游状态，巡游至指定位置后，打开换向阀Ⅲ和充液排液阀Ⅲ，调整换向阀Ⅲ与高压管道或低压管道相接的阀口，实现高压气或环境高压水驱动摆动缸的活塞杆伸出和缩回动作：
当往摆动缸无杆腔内注入高压气体时，有杆腔内的环境液体排出，艇体内的环境液体量减少，同时，打开充液排液阀Ⅱ以及开关阀Ⅱ与低压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸的后腔内注入等量的高压环境液体来保持定位状态；
当往摆动缸无杆腔内注入低压气体时，有杆腔内被注入高压环境液体，艇体内的环境液体量增加，同时，要打开充液排液阀Ⅱ以及开关阀Ⅱ与高压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸的前腔内注入高压气体，从浮力隔膜缸后腔排出等量的高压环境液体，以保持定位状态；
操作过程中，当艇体内环境液体量有变化时，打开开关阀Ⅰ，使得前后姿态调整缸内的液体连通，打开换向阀Ⅱ，通过在前后姿态调整缸中注入高压气体，以调整艇体内部环境液体在前后部的分配量，保持艇体的姿态；
完成水下巡游和操作后，打开充液排液阀Ⅱ以及开关阀Ⅱ与高压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸的前腔内注入高压气体，使得浮力隔膜缸后腔内的高压环境液体排出，使得艇体的浮力大于总重力，艇体滑翔上浮，返回液面，进入下一次下潜。

[0007] 本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，在所述浮力调整舱与后姿态调整舱之间设有高低压气体舱，所述高低压气罐及补气泵装在高低压气体舱内。

[0008] 本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，在所述前姿态调整舱与浮力调整舱之间设有机电舱。

[0009] 本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述平衡鳍设有两个。

[0010] 与现有技术相比，本发明通过往返液面利用补气泵给艇体补气，在水下，艇体以压缩空气为动力，通过调整前后姿态调整舱及浮力调整舱中隔膜缸内的液体量，实现艇体的上升、下潜及定位，通过前后姿态调整舱中两隔膜缸内液体的位置变化，实现定位下的姿态调整，通过前舱气动马达内压缩空气的运行方向，给艇体的水下运动提供动力，并结合后舱摆动缸内液体的进出，实现定位下的作业驱动，其设计合理，操作方便。附图说明

[0011] 图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的气控原理图。

[0012] 以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

[0013] 参照图1和图2，一种水下气控滑翔式无人艇，包括艇体1、螺旋桨34、尾舵8和平衡鳍9，艇体1的前部设有前舱2，艇体1的后部设有后舱35，艇体1的中部设有浮力调整舱5，前舱2与浮力调整舱5之间设有前姿态调整舱3，浮力调整舱5与后舱35之间设有后姿态调整舱7；
在所述艇体1内设有作为艇体动力源的高压气罐16和低压气罐15，高压气罐16上设有进气口和出气口，高压气罐16的进气口通过进气管道连接有补气泵19，补气泵19装在艇体1上，高压气罐16的出气口处连接有高压管道17，低压气罐15上连接有低压管道18；
所述前舱2内设有驱动螺旋桨34的气动马达14，气动马达14通过管道连接有换向阀Ⅰ 
32，换向阀Ⅰ 32通过管道分别与高压管道17、低压管道18相接；
所述前姿态调整舱3内设有前姿态调整缸11，后姿态调整舱7内设有后姿态调整缸12，前姿态调整缸11和后姿态调整缸12沿艇体的轴线设置，前姿态调整缸11和后姿态调整缸12的前腔分别通过外接管道Ⅰ 24连接有与外界环境相接的充液排液阀Ⅰ 25，前姿态调整缸11和后姿态调整缸12的后腔分别通过外接管道Ⅱ连接有与外界环境相接的排气阀29，排气阀
29和充液排液阀Ⅰ 25均装在艇体1上，前姿态调整缸11的前腔与后姿态调整缸12的前腔之间通过连通管道26相接，连通管道26上装有开关阀Ⅰ 27，前姿态调整缸11的后腔、后姿态调整缸12的后腔通过管道连接有换向阀Ⅱ 30，换向阀Ⅱ 30通过管道分别与高压管道17、低压管道18相接；
所述浮力调整舱5内设有沿艇体1轴线设置的浮力隔膜缸10，浮力隔膜缸10的后腔通过外接管道Ⅲ连接有与外界环境相接的充液排液阀Ⅱ 23，浮力隔膜缸10的前腔通过内接管道Ⅰ 22连接有开关阀Ⅱ 20，开关阀Ⅱ 20通过管道分别与高压管道17、低压管道18相接，内接管道Ⅰ 22上装有节流阀Ⅰ 21；
所述后舱35内设有与尾舵8相接的摆动缸13，摆动缸13的有杆腔通过外接管道Ⅳ连接有与外界环境相接的充液排液阀Ⅲ 28，充液排液阀Ⅲ 28装在艇体1上，摆动缸的无杆腔通过内接管道Ⅱ连接有换向阀Ⅲ 33，换向阀Ⅲ 33通过管道分别与高压管道17、低压管道18相接，内接管道Ⅱ上装有节流阀Ⅱ 31；
艇体往返液面，利用补气泵19从大气中吸入空气给艇体补气，在水下，艇体以高低压气罐中的压缩空气为动力，驱动环境液体循环进出艇体：
在液面处时，打开充液排液阀Ⅰ 25和排气阀29，往前姿态调整缸11和后姿态调整缸12的前腔内注入规定量的高压环境液体；打开充液排液阀Ⅱ 23以及开关阀Ⅱ 20与低压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸10的后腔内注入规定量的高压环境液体；打开充液排液阀Ⅲ 28以及换向阀Ⅲ 33与低压管道相接的阀口，往摆动缸13的有杆腔注入规定量的高压环境液体；以上各部分完成充液后，艇体的总重力大于浮力，释放艇体，使其在重力大于浮力的状况下滑翔下潜；
下潜至指定深度后，打开开关阀Ⅱ 20与高压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸10的前腔通入高压气体，打开充液排液阀Ⅱ 23，向艇体外排出部分环境液体，使得艇体的重力和浮力平衡，平衡后关闭开关阀Ⅱ 20和充液排液阀Ⅱ 23，实现艇体的定位，然后，打开开关阀Ⅰ 
27，使得前后姿态调整缸内的液体连通，打开换向阀Ⅱ 30，调整艇体内部环境液体在前后部的分配量：
在定位条件下，以压缩空气为动力，驱动前舱内的气动马达14，使得螺旋桨转动，艇体进入自动巡游状态，巡游至指定位置后，打开换向阀Ⅲ 33和充液排液阀Ⅲ 28，调整换向阀Ⅲ 33与高压管道或低压管道相接的阀口，实现高压气或环境高压水驱动摆动缸的活塞杆伸出和缩回动作：
当往摆动缸13无杆腔内注入高压气体时，有杆腔内的环境液体排出，艇体内的环境液体量减少，同时，打开充液排液阀Ⅱ 23以及开关阀Ⅱ 20与低压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸10的后腔内注入高压环境液体来保持定位状态；
当往摆动缸13无杆腔内注入低压气体时，有杆腔内被注入高压环境液体，艇体内的环境液体量增加，同时，要打开充液排液阀Ⅱ 23以及开关阀Ⅱ 20与高压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸10的前腔内注入高压气体，使得浮力隔膜缸10后腔内的高压环境液体排出，以保持定位状态；
操作过程中，当艇体内环境液体量有变化时，打开开关阀Ⅰ 27，使得前后姿态调整缸内的液体连通，打开换向阀Ⅱ 30，通过在前后姿态调整缸中注入高压气体，以调整艇体内部环境液体在前后部的分配量，保持艇体的姿态；
完成水下巡游和操作后，打开充液排液阀Ⅱ 23以及开关阀Ⅱ 20与高压管道相接的阀口，往浮力隔膜缸10的前腔内注入高压气体，使得浮力隔膜缸10后腔内的高压环境液体排出，使得艇体的浮力大于总重力，艇体滑翔上浮，返回液面，进入下一次下潜；
所述换向阀Ⅰ 32、Ⅱ 30为三位四通换向阀，换向阀Ⅲ 33为二位三通换向阀；其他的开关阀均为电磁阀。

[0014] 在所述浮力调整舱5与后姿态调整舱7之间设有高低压气体舱6，所述高低压气罐及补气泵装在高低压气体舱6内。

[0015] 在所述前姿态调整舱3与浮力调整舱5之间设有机电舱4。

[0016] 所述平衡鳍9设有两个，对称设置在艇体上。

[0017] 本发明的具体工作情况如下：艇体在液面时，补气泵19工作向高压气罐16内补气到规定压力。打开充液排液阀Ⅰ 25，并打开排气阀29，分别向前姿态调整缸11和后姿态调整缸12的前腔注入规定量环境液体；
打开充液排液阀Ⅱ 23及开关阀Ⅱ 20与低压管道相接的阀口，向浮力隔膜缸10的后腔充入一定量的环境液体；打开充液排液阀Ⅲ 28和换向阀Ⅲ 33与低压管道相接的阀口，使摆动缸13有杆腔充满环境液体，完成各部分充液后，关闭各开关阀，使各部件封死注入的环境流体。

[0018] 以上各部分完成充液后，要使艇体总的重力大于其总的浮力，然后释放艇体使其在总重力大于总浮力的状况下滑翔下潜，艇体下潜时的角度可由前姿态调整缸11和后姿态调整缸12内充液量的比例来控制，极限情况是使艇体竖直头朝下下潜。下潜到指定深度后，艇体需进入定位状态，该定位状态可由浮力隔膜缸10通过打开开关阀Ⅱ 20与高压管道相接的阀口通入高压气体及充液排液阀Ⅱ 23向艇体体外排出部分环境液体来实现艇体总的重力和浮力平衡；然后打开开关阀Ⅰ 27及换向阀Ⅱ 30实现艇体内部环境液体布置在艇体前后两端的前后姿态调整缸内的分配量来实现艇体定位下的姿态调整，此过程总的重力和浮力始终是保持平衡的，因此，艇体是在定位下实现姿态调整。操作设置在艇体头部的螺旋桨驱动轮（该驱动轮可由蓄电池驱动），艇体进入自动巡游状态。巡游到指定位置，艇体可通过操作换向阀Ⅲ 33得电状态来控制高压气驱动和环境高压水驱动活塞杆的伸出和缩回动作，且如果是高压气驱动的则机器内部环境液体量减少，需要同时驱动浮力隔膜缸进入等量液体来保持定位状态，如果是环境液体压力驱动，则进入艇体的环境液体量是增加的，需要同时驱动浮力隔膜缸排出等量液体来保持定位状态。此过程质量分布情况有变化，需要调整前后姿态调整缸间的内部环境液体分布状况来保持艇体的姿态。完成水下巡游和操作后，可由重新调整前姿态调整缸和后姿态调整缸间的内部环境液体分布状况来实现返回姿态调整，极限情况是实现头部铅直向上，然后通过高压气排出浮力隔膜缸内部分环境液体使艇体的总的浮力大于总的重力，艇体滑翔上浮重新返回水面。返回水面后的艇体，可通过各阀和补气泵的操作，重新完成高压气罐的补气到规定压力，低压气罐排出罐内气，并补充大气，其它各部件完成规定充液量后，艇体再一次下潜水下。

[0019] 本发明是一种以压缩气体为动力、往返液面、循环式水下气驱动液的动力、传动和控制过程，压缩气体由往返液面过程吸入大气压缩的补气方式获得；气驱动液的过程就是设备浮力或重力，重心和浮心的调节过程，该过程对应着潜水设备的潜下、浮起、水下定位、定位下姿态调整、及定位下的作业驱动力的输出，如果过程仅是内部液体位置的变化过程，这是设备姿态调节过程，如果有设备内外的液体交换，它是浮力和重力的调节过程。

[0020] 另外，水下气液动力技术控制具有简便的阀控气液的动力和传动控制形式，其输出动力更加适应于水下智能设备的浮力、重力调整及其便利的直线或摆动旋转式的力（力矩）的动作的实现，这将有利于对水下智能设备的控制的实现，及具有良好的水下适应性，系统上采用的低压气罐可用于海水直接压力作用的动力过程或用来平衡设备的浮力及抵御海水深度环境压力造成对执行元件输出力（力矩）的减少。