1.一种多工况浮力调节装置,其特征在于:包括舱体(10)、推力组件、腔体组件和橡胶囊组件;
所述腔体组件包括第一腔体(3)和第二腔体(26);所述橡胶囊组件包括第一橡胶囊(12)和第二橡胶囊(17);所述推力组件包括第一推力组件和第二推力组件;
所述推力组件通过控制油和水的进出来调整所述浮力调节装置的体积及重力,进而调节浮力调节装置的浮力及位姿。
2.根据权利要求1所述的多工况浮力调节装置,其特征在于:所述第一推力组件和第二推力组件包括电推杆和活塞,所述活塞在电推杆的作用下移动。
3.根据权利要求1所述的多工况浮力调节装置,其特征在于:所述腔体组件和橡胶囊组件之间通过管道连接,所述腔体组件和橡胶囊组件上设有控制油或水进出的闸阀。
4.一种如权利要求1所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)设第一腔体(3)和第二腔体(26)的长度为h,直径为d;第一腔体和第二腔体内装有油,浮力调节装置的重力G装1大于浮力F浮1;所述浮力调节装置水平下沉;
(2)将第一推力组件移动L,使第二腔体(26)中的油(7)进入第二橡胶囊(17);同时将第二推力组件移动L,使第一腔体(3)中的油进入第一橡胶囊(12),所述浮力调节装置的重力G装2等于浮力F浮2,所述装置水平悬浮;其中(3)将第一推力组件移动K使第二腔体(26)中的油(7)进入第二橡胶囊(17);同时将第二推力组件移动K使第一腔体(3)中的油进入第一橡胶囊(12),所述装置的重力G装3等于浮力F浮3,所述装置水平悬浮;其中L
(4)将第一推力组件移动2L使第二腔体(26)中的油进入第一橡胶囊(12),所述装置的重心偏移,装置的重力G装4等于浮力F浮4,所述装置倾斜悬浮;
(5)将第一推力组件移动J使第二腔体(26)中的油进入第一橡胶囊(12),推动第二推力组件移动J使第一腔体(3)中的油进入第一橡胶囊(12),所述装置翻转且重心偏移,所述装置的重力G装5小于浮力F浮5;
(6)在步骤(5)的基础上,通过第一推力组件和第二推力组件向第一腔体和第二腔体吸入海水,所述装置的重力G装6大于浮力F浮6,且装置的重心偏移但在竖直方向上,装置竖直下沉。
5.根据权利要求4所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:步骤(1)中,G装1=G油1+G舱1 (1);G舱1为舱体所受的重力,G油1为整个装置中油所受的重力;
V舱为舱体的体积;H为浮力调节装置的长度,D为浮力调节装置的直径。
6.根据权利要求4所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:步骤(2)中,所述F浮2=ρ水·g·(V舱+V油2) (6)其中V油2为从第一腔体和第二腔体输送至橡胶囊组件中油的体积:
7.根据权利要求4所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:步骤(3)中,所述F浮3=ρ水·g·(V舱+V油3) (8);
V油3为从第一腔体和第二腔体中输送至橡胶囊组件中油的体积,
8.根据权利要求4所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:步骤(4)中的F浮4=ρ水·g·(V舱+V油4) (8);
V油4为从第二腔体输送至第一橡胶囊中油的体积,设装置中油的重心(36)相对于第一橡胶囊中油的重心(40)的偏移量为p,第二腔体中油的重心(39)相对于第一橡胶囊中油的重心(40)的偏移量为q;装置的重心(37)相对于舱体重心(38)偏移量为s,第一橡胶囊中油的重心(40)相对于舱体重心(38)偏移量为r;其中q,r为已知量,计算得装置中油的重心(36)相对于橡胶囊中油的重心(40)偏移量p的表达式如式(10)所示:
其中m油1为第一腔体中油的质量,m油2为第一橡胶囊中油的质量,取2L=h,则表达式如(11)所示:
所述装置的重心(37)相对于舱体重心(38)偏移量s的表达式如式(12)所示:其中m油为整个装置中油的质量,m舱为舱体的质量;
此时整个装置的重力G装4等于浮力F浮4且装置的重心向一侧偏移,装置倾斜悬浮。
9.根据权利要求4所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:步骤(5)中,F浮5=ρ水·g·(V舱+V油5) (13)其中V油5为从第一腔体和第二腔体中输送至第一橡胶囊中油的体积;
设装置中油的重心(36)相对于舱体重心(38)的偏移量为n,装置的重心(37)相对于舱体重心(38)的偏移量为m,则m如式(15)所示:此时装置所受到的重力G装5小于浮力F浮5且装置的重心向一侧偏移,装置竖直悬浮。
10.根据权利要求6所述的多工况浮力调节装置的调节方法,其特征在于:步骤(6)中的浮力F浮6相对于步骤(5)不变,但重力G装6增大,如式(16)所示:G装6=G油1+G舱1+G水=G油2+G舱2+G水 (16)其中G水为吸入装置中的水受到的重力如式(17)所示:由于G油2+G舱2=F浮2,此时装置所受浮力F浮6的表达式如式(19)所示:设此时装置中油的重心(36)相对于舱体重心(38)的偏移量为y,装置的重心(37)相对于舱体重心(38)偏移量为x,则x的表达式如式(20)所示:其中m水为装置吸入海水的质量,表达式如式(21)所示:此时装置的重力G装6大于浮力F浮6且装置的重心向一侧偏移,装置竖直下沉。