水下滑翔机浮力驱动系统、浮力调节方法及发电方法

摘要

本发明涉及一种水下滑翔机浮力驱动系统，属于水下滑翔机技术领域，其安装于外壳，外壳内部设有容置腔；该浮力驱动系统包括外皮囊、第一管路、泵马达、电动发电机、蓄能器、第一换向阀和控制系统，外皮囊设置于外壳外侧；第一管路设置于容置腔中，第一管路的一端设有第一进液口，第一管路的另一端设有第一出液口，第一进液口与外皮囊连通；泵马达设置于第一管路中；电动发电机与泵马达连接；蓄能器通过第二管路与第一管路连接；第一换向阀设置于第一进液口与泵马达之间，且设置于第二管路与第一管路连通处；控制系统与第一换向阀连接；本发明提供的水下滑翔机浮力驱动系统能够储存、回收利用海水压力能，并利用海水压力差进行发电。

权利要求

1.水下滑翔机浮力驱动系统，其安装于外壳，所述外壳内部设有容置腔；其特征在于，所述浮力驱动系统包括：

外皮囊，所述外皮囊设置于所述外壳外侧；

第一管路，所述第一管路设置于所述容置腔中，所述第一管路中流通有工作介质，所述第一管路的一端设有第一进液口，所述第一管路的另一端设有第一出液口，所述第一进液口与所述外皮囊连通；

泵马达，所述泵马达设置于所述第一管路中；

电动发电机，所述电动发电机与所述泵马达连接，在所述工作介质流经所述泵马达时，所述泵马达驱动所述电动发电机发电；

蓄能器，所述蓄能器设置于所述容置腔中，所述蓄能器通过第二管路与所述第一管路连接，所述第二管路的一端设有第二出液口，所述第二管路的另一端设有第二进液口，所述第二出液口与所述蓄能器连通，所述第二进液口与所述第一管路连通；

第一换向阀，所述第一换向阀设置于所述第一进液口与所述泵马达之间，且设置于所述第二进液口与所述第一管路连通处，所述第一换向阀包括左位状态和右位状态，当所述第一换向阀处于左位状态时，所述工作介质从所述第一进液口流向所述泵马达；当所述第一换向阀处于右位状态时，所述工作介质从所述第二管路流向所述泵马达；

控制系统，所述控制系统与所述第一换向阀连接；

其中，当海水压力大于所述蓄能器压力时，所述控制系统控制所述第一换向阀处于左位状态时，使所述工作介质从所述外皮囊流向所述蓄能器，以储蓄能量；当海水压力小于所述蓄能器压力时，所述控制系统控制所述第一换向阀处于右位状态时，使所述工作介质从所述蓄能器流向所述外皮囊，以释放能量。

2.根据权利要求1所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述浮力驱动系统还包括第三管路，所述第三管路的一端设有第三进液口，所述第三管路的另一端设有第三出液口，所述第三进液口与所述第一管路连通，所述第三出液口连接有介质箱；所述第三管路中设有电磁阀，所述电磁阀与所述控制系统连接，当所述控制系统控制所述电磁阀开启时，所述外皮囊中的所述工作介质从所述第一进液口经过所述第三管路流向所述介质箱；当所述控制系统控制所述电磁阀关闭时，所述工作介质从所述第一进液口流向所述第一换向阀。

3.根据权利要求2所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一管路中设有第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器设置于所述第一进液口与所述泵马达之间，所述第二过滤器设置于所述泵马达与所述第一出液口之间；所述第一管路还设有第二换向阀，所述第二换向阀位于所述第一过滤器与所述第一换向阀之间，所述第二换向阀与所述控制系统连接，所述第二换向阀包括左位状态和右位状态，当所述第二换向阀处于左位状态时，所述工作介质可从所述第一出液口经过所述第二换向阀流向所述第一换向阀，也可从所述第一换向阀流向所述第一出液口；当所述第二换向阀处于右位状态时，所述工作介质只能从所述第一换向阀流向所述第一出液口；所述第二进液口位于所述第一过滤器与所述第二换向阀之间。

4.根据权利要求3所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一出液口处设有第三换向阀，所述第三换向阀连接有第四管路和第五管路，所述第四管路和所述第五管路并联连接，所述第三换向阀通过第四管路与所述第一换向阀连接，所述第三换向阀通过所述第五管路与所述介质箱连接；所述第三换向阀与所述控制系统连接，所述第三换向阀包括左位状态和右位状态，当所述控制系统控制所述第三换向阀处于左位状态时，所述工作介质从所述第一管路流向所述介质箱；当所述控制系统控制所述第三换向阀处于右位状态时，所述工作介质从所述第一管路流向所述蓄能器；所述第一换向阀还包括中位状态，当所述控制系统控制所述第三换向阀处于左位状态时，所述控制系统控制所述第一换向阀处于中位状态。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一换向阀为三位四通换向阀，包括左上、左下、右上和右下四个连接口，当所述第一换向阀处于中位状态时，左上连接口和左下连接口封闭，右上连接口和右下连接口连通；当所述第一换向阀处于左位状态时，左上连接口和左下连接口连通，右上连接口和右下连接口连通；当所述第一换向阀处于右位状态时，左上连接口与右下连接口连通，左下连接口与右上连接口连通。

6.根据权利要求3或4所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第二换向阀为二位二通换向阀，包括上、下两个连接口，当第二换向阀处于左位状态时，所述工作介质可自由流通上、下连接口；当第二换向阀处于右位状态时，工作介质只可以从下连接口流向上连接口。

7.根据权利要求4任一项所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第三换向阀为二位三通换向阀，包括右上、左下和右下三个连接口，当所述第三换向阀处于左位状态时，左下连接口封闭，右上连接口和右下连接口连通；当所述第三换向阀处于右位状态时，右下连接口封闭，左下连接口与右上连接口连通。

8.一种水下滑翔机浮力调节方法，使用如权利要求4所述的浮力驱动系统，其特征在于，所述浮力调节方法包括水面回油工作模式、水下浮力补偿回油发电工作模式、水下浮力调节回油发电工作模式、水下主动排油工作模式、释能排油发电工作模式；

在所述水面回油工作模式中，所述外皮囊中的所述工作介质通过所述第三管路流向所述介质箱，所述控制系统控制所述电磁阀开启、所述第二换向阀处于右位状态；

在所述水下浮力调节回油发电工作模式中，所述外皮囊中的所述工作介质通过所述第一管路流向所述介质箱，所述控制系统控制所述电磁阀关闭、所述第二换向阀处于左位状态、所述第一换向阀处于中位状态、所述第三换向阀处于左位状态；

在所述水下主动排油工作模式中，所述介质箱中的所述工作介质通过所述第一管路流向外皮囊，所述控制系统控制所述电磁阀关闭、所述第二换向阀处于右位状态、所述第一换向阀处于中位状态、所述第三换向阀处于左位状态；

在所述水下浮力补偿回油发电工作模式中，所述外皮囊中的所述工作介质依次流经所述第一管路、所述第四管路和所述第二管路流向所述蓄能器，所述控制系统控制所述电磁阀关闭、所述第二换向阀处于左位状态、所述第一换向阀处于中位状态、第三换向阀处于右位状态；

在所述释能排油发电工作模式中，所述蓄能器中的所述工作介质依次流经所述第二管路、所述第一管路、所述第四管路和第一管路流向所述蓄能器，所述控制系统控制所述电磁阀关闭、所述第二换向阀、所述第一换向阀、第三换向阀处于右位状态。

9.根据权利要求8所述的水下滑翔机浮力调节方法，其特征在于，在所述水面回油工作模式中，所述外皮囊中的所述工作介质从所述第一进液口进入所述第一管路，后从所述第二进液口进入所述第二管路，最后流入所述介质箱中；

在所述水下浮力调节回油发电工作模式中，所述外皮囊中的所述工作介质通过从所述第一进液口进入所述第一管路，然后依次流经所述第二换向阀、所述第一换向阀、所述泵马达、所述第三换向阀从所述第五管路流入所述介质箱中；

在所述水下浮力补偿回油发电工作模式中，所述外皮囊中的工作介质依次流经第二换向阀、第一换向阀、泵马达、第三换向阀后从所述第四管路回到第一换向阀，最终从所述第二管路流入所述蓄能器中；

在所述水下主动排油工作模式中，所述介质箱中的工作介质从所述第五管路流经第三换向阀进入所述第一管路，然后依次流经所述泵马达、所述第一换向阀、所述第二换向阀，最终流入外皮囊中；

在所述释能排油发电工作模式中，所述蓄能器中的工作介质从所述第二管路经过所述第一换向阀进入所述第一管路，在所述第一管路中依次流经所述泵马达、所述第三换向阀后进入所述第四管路，然后经过第一换向阀进入所述第一管路，最后最终流入外皮囊中。

10.一种水下滑翔机的发电方法，在采用如权利要求8所述的水下滑翔机浮力调节方法的调节过程中进行发电，其特征在于，所述发电方法包括以下步骤：补偿回油发电：在所述水下浮力补偿回油发电工作模式中，当所述外皮囊中的工作介质流向所述蓄能器时，所述工作介质驱动所述泵马达发挥马达作用，所述泵马达驱动所述电动发电机发电；

调节回油发电：在所述水下浮力调节回油发电工作模式中，当所述工作介质从所述外皮囊流向所述介质箱时，所述工作介质驱动所述泵马达发挥马达作用，所述泵马达驱动所述电动发电机发电；

释能排油发电：在所述释能排油发电工作模式中，当所述工作介质在所述第一管路中从所述第一换向阀流向所述第三换向阀时，驱动所述泵马达发挥马达作用，所述泵马达驱动所述电动发电机发电。

说明书

水下滑翔机浮力驱动系统、浮力调节方法及发电方法

技术领域

[0001] 本发明属于水下滑翔机技术领域，尤其涉及一种水下滑翔机浮力驱动系统、浮力调节方法及发电方法。

背景技术

[0002] 水下滑翔机是一种常用的海洋观测设备，目前水下滑翔机多采用浮力驱动的方式，虽然浮力驱动的方式可以提升水下滑翔机的续航能力，但是浮力驱动系统自身的能耗
较高，是整个水下滑翔机能耗最大的一部分。

[0003] 水下滑翔机所受浮力随着下潜深度的增加而变大，这导致水下滑翔机在水下运动过程中的净浮力实际是在不断变化的，浮力的增大对下潜速度和下潜深度具有不利影响，
因此，人们通常会在浮力驱动系统中加装蓄能器，以补偿净浮力的损失。在海水压力大于蓄
能器预充压力时，外皮囊中的工作介质会在海水压力的作用下流入蓄能器中，以减小外皮
囊体积，从而减小水下滑翔机受到的浮力。由于这种净浮力补偿的方法的补偿量取决于蓄
能器自身的特性，无法根据浮力损失进行补偿，也无法精确控制补偿量，在实际应用中，为
了确保浮力补偿量始终大于损失量、保证补偿效果，人们通常使用大容量蓄能器，导致浮力
补偿量远远大于损失量，造成能量浪费，现有的浮力驱动系统大多都没有有效利用多余的
补偿量，因此，设计一种可回收海水压力能并利用海水压力能发电的浮力驱动系统，对降低
水下滑翔机能耗、提高续航能力具有重要意义。

发明内容

[0004] 针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种水下滑翔机浮力驱动系统，以回收利用海水压力能，并且利用压差能发电，以提高续航能力。

[0005] 本发明提供水下滑翔机浮力驱动系统，其安装于外壳，外壳内部设有容置腔；浮力驱动系统包括：

[0006] 外皮囊，外皮囊设置于外壳外侧；

[0007] 第一管路，第一管路设置于容置腔中，第一管路中流通有工作介质，第一管路的一端设有第一进液口，第一管路的另一端设有第一出液口，第一进液口与外皮囊连通；

[0008] 泵马达，泵马达设置于第一管路中；

[0009] 电动发电机，电动发电机与泵马达连接，在工作介质流经泵马达时，泵马达驱动电动发电机发电；

[0010] 蓄能器，蓄能器设置于容置腔中，蓄能器通过第二管路与第一管路连接，第二管路的一端设有第二出液口，第二管路的另一端设有第二进液口，第二出液口与蓄能器连通，第
二进液口与第一管路连通；

[0011] 第一换向阀，第一换向阀设置于第一进液口与泵马达之间，且设置于第二进液口与第一管路连通处，第一换向阀包括左位状态和右位状态，当第一换向阀处于左位状态时，
工作介质从第一进液口流向泵马达；当第一换向阀处于右位状态时，工作介质从第二管路
流向泵马达；

[0012] 控制系统，控制系统与第一换向阀连接；

[0013] 其中，当海水压力大于蓄能器压力时，控制系统控制第一换向阀处于左位状态时，使工作介质从外皮囊流向蓄能器，以储蓄能量；当海水压力小于蓄能器压力时，控制系统控
制第一换向阀处于右位状态时，使工作介质从蓄能器流向外皮囊，以释放能量。

[0014] 在其中一些实施例中，浮力驱动系统还包括第三管路，第三管路的一端设有第三进液口，第三管路的另一端设有第三出液口，第三进液口与第一管路连通，第三出液口连接
有介质箱；第三管路中设有电磁阀，电磁阀与控制系统连接，当控制系统控制电磁阀开启
时，外皮囊中的工作介质从第一进液口经过第三管路流向介质箱；当控制系统控制电磁阀
关闭时，工作介质从第一进液口流向第一换向阀。

[0015] 在其中一些实施例中，第一管路中设有第一过滤器和第二过滤器，第一过滤器设置于第一进液口与泵马达之间，第二过滤器设置于泵马达与第一出液口之间；第一管路还
设有第二换向阀，第二换向阀位于第一过滤器与第一换向阀之间，第二换向阀与控制系统
连接，第二换向阀包括左位状态和右位状态，当第二换向阀处于左位状态时，工作介质可从
第一出液口经过第二换向阀流向第一换向阀，也可从第一换向阀流向第一出液口；当第二
换向阀处于右位状态时，工作介质只能从第一换向阀流向第一出液口；第二进液口位于第
一过滤器与第二换向阀之间。

[0016] 在其中一些实施例中，第一出液口处设有第三换向阀，第三换向阀连接有第四管路和第五管路，第四管路和第五管路并联连接，第三换向阀通过第四管路与第一换向阀连
接，第三换向阀通过第五管路与介质箱连接；第三换向阀与控制系统连接，第三换向阀包括
左位状态和右位状态，当控制系统控制第三换向阀处于左位状态时，工作介质从第一管路
流向介质箱；当控制系统控制第三换向阀处于右位状态时，工作介质从第一管路流向蓄能
器；第一换向阀还包括中位状态，当控制系统控制第三换向阀处于左位状态时，控制系统控
制第一换向阀处于中位状态。

[0017] 在其中一些实施例中，第一换向阀为三位四通换向阀，包括左上、左下、右上和右下四个连接口，当第一换向阀处于中位状态时，左上连接口和左下连接口封闭，右上连接口
和右下连接口连通；当第一换向阀处于左位状态时，左上连接口和左下连接口连通，右上连
接口和右下连接口连通；当第一换向阀处于右位状态时，左上连接口与右下连接口连通，左
下连接口与右上连接口连通。

[0018] 在其中一些实施例中，第二换向阀为二位二通换向阀，包括上、下两个连接口，当第二换向阀处于左位状态时，工作介质可自由流通上、下连接口；当第二换向阀处于右位状
态时，工作介质只可以从下连接口流向上连接口。

[0019] 在其中一些实施例中，第三换向阀为二位三通换向阀，包括右上、左下和右下三个连接口，当第三换向阀处于左位状态时，左下连接口封闭，右上连接口和右下连接口连通；
当第三换向阀处于右位状态时，右下连接口封闭，左下连接口与右上连接口连通。

[0020] 除此，本发明还提供了一种水下滑翔机浮力调节方法，使用上述浮力驱动系统，该浮力调节方法包括水面回油工作模式、水下浮力补偿回油发电工作模式、水下浮力调节回
油发电工作模式、水下主动排油工作模式、释能排油发电工作模式；

[0021] 在水面回油工作模式中，外皮囊中的工作介质通过第三管路流向介质箱，控制系统控制电磁阀开启、第二换向阀处于右位状态；

[0022] 在水下浮力调节回油发电工作模式中，外皮囊中的工作介质通过第一管路流向介质箱，控制系统控制电磁阀关闭、第二换向阀处于左位状态、第一换向阀处于中位状态、第
三换向阀处于左位状态；

[0023] 在水下主动排油工作模式中，介质箱中的工作介质通过第一管路流向外皮囊，控制系统控制电磁阀关闭、第二换向阀处于右位状态、第一换向阀处于中位状态、第三换向阀
处于左位状态；

[0024] 在水下浮力补偿回油发电工作模式中，外皮囊中的工作介质依次流经第一管路、第四管路和第二管路流向蓄能器，控制系统控制电磁阀关闭、第二换向阀处于左位状态、第
一换向阀处于中位状态、第三换向阀处于右位状态；

[0025] 在释能排油发电工作模式中，蓄能器中的工作介质依次流经第二管路、第一管路、第四管路和第一管路流向蓄能器，控制系统控制电磁阀关闭、第二换向阀、第一换向阀、第
三换向阀处于右位状态。

[0026] 在其中一些实施例中在水面回油工作模式中，外皮囊中的工作介质从第一进液口进入第一管路，后从第二进液口进入第二管路，最后流入介质箱中；

[0027] 在水下浮力调节回油发电工作模式中，外皮囊中的工作介质通过从第一进液口进入第一管路，然后依次流经第二换向阀、第一换向阀、泵马达、第三换向阀从第五管路流入
介质箱中；

[0028] 在水下浮力补偿回油发电工作模式中，外皮囊中的工作介质依次流经第二换向阀、第一换向阀、泵马达、第三换向阀后从第四管路回到第一换向阀，最终从第二管路流入
蓄能器中；

[0029] 在水下主动排油工作模式中，介质箱中的工作介质从第五管路流经第三换向阀进入第一管路，然后依次流经泵马达、第一换向阀、第二换向阀，最终流入外皮囊中；

[0030] 在释能排油发电工作模式中，蓄能器中的工作介质从第二管路经过第一换向阀进入第一管路，在第一管路中依次流经泵马达、第三换向阀后进入第四管路，然后经过第一换
向阀进入第一管路，最后最终流入外皮囊中。

[0031] 此外，本发明还提供了一种水下滑翔机的发电方法，在采用上述水下滑翔机浮力调节方法的调节过程中进行发电，发电方法包括以下步骤：

[0032] 补偿回油发电：在水下浮力补偿回油发电工作模式中，当外皮囊中的工作介质流向蓄能器时，工作介质驱动泵马达发挥马达作用，泵马达驱动电动发电机发电；

[0033] 调节回油发电：在水下浮力调节回油发电工作模式中，当工作介质从外皮囊流向介质箱时，工作介质驱动泵马达发挥马达作用，泵马达驱动电动发电机发电；

[0034] 释能排油发电：在释能排油发电工作模式中，当工作介质在第一管路中从第一换向阀流向第三换向阀时，驱动泵马达发挥马达作用，泵马达驱动电动发电机发电。

[0035] 基于上述技术方案，本发明实施例中水下滑翔机浮力驱动系统能够储存、回收利用海水压力能，并利用海水压力差进行发电，以提高续航能力；而且适用范围广，可适用于
进行浮力调节的其他水下设备。

附图说明

[0036] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0037] 图1为本发明水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例的结构示意图；

[0038] 图2为本发明水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水面回油工作模式时工作介质的流向图；

[0039] 图3为本发明水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水下浮力调节回油发电工作模式时工作介质的流向图；

[0040] 图4为本发明水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水下浮力补偿回油发电工作模式时工作介质的流向图；

[0041] 图5为本发明水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水下主动排油工作模式时工作介质的流向图；

[0042] 图6为本发明水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于释能排油发电工作模式时工作介质的流向图。

[0043] 图中：

[0044] 1、外壳；2、外皮囊；3、第一管路；4、第三管路；5、第二管路；6、蓄能器；7、第四管路；8、介质箱；9、第五管路；

[0045] 11、容置腔；

[0046] 31、第一过滤器；32、第二换向阀；33、第一换向阀；34、泵马达；35、第二过滤器；36、电动发电机；37、第三换向阀；

[0047] 41、电磁阀；

[0048] 61、压力传感器；

[0049] 71、单向阀。

具体实施方式

[0050] 下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明
的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本发明保护的范围。

[0051] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。

[0052] 术语“第一”、“第三”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第三”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

[0053] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0054] 如附图1‑图6所示，在本发明水下滑翔机浮力驱动系统的一个示意性实施例中，该水下滑翔机浮力驱动系统安装于外壳1，外壳1内部设有容置腔11；该浮力驱动系统包括外
皮囊2、第一管路3、泵马达34、电动发电机36、蓄能器6、第一换向阀33和控制系统。

[0055] 上述水下滑翔机浮力驱动系统，如图1‑图6所示，外皮囊2设置于外壳1外侧，外壳1构成封闭舱体环境，并且其内部的容置腔11一般处于负压状态，因此即使外皮囊2处于常压
状态，其中的工作介质也可流入外壳1内部，降低水下滑翔机浮力；外皮囊2中流通有工作介
质。

[0056] 上述水下滑翔机浮力驱动系统，如图1‑图6所示，第一管路3设置于容置腔11中，第一管路3中流通有工作介质，第一管路3的一端设有第一进液口，第一管路3的另一端设有第
一出液口，第一进液口与外皮囊2连通；需要说明的是，为了过滤工作介质中的杂质，防止杂
质影响其他部件工作，第一管路3中设有第一过滤器31，第一过滤器31靠近第一进液口设
置；如图1‑图6所示，第一管路3中设置有泵马达34，泵马达34连接有电动发电机36，在工作
介质流经泵马达34时，泵马达34驱动电动发电机36发电；还需要说明的是，泵马达34可在机
械能驱动下旋转发挥液压泵的作用，也可以在工作介质的液压能驱动下旋转发挥液压马达
的作用，电动发电机36可在电能驱动下旋转做功，发挥电动机的作用；也可在机械力的作用
下旋转发电，发挥发电机的作用，泵马达34和电动发电机36属于现有技术，此处不再赘述。

[0057] 上述水下滑翔机浮力驱动系统，如图1‑图6所示，蓄能器6用于储蓄能量，蓄能器6设置于容置腔11中，蓄能器6通过第二管路5与第一管路3连接，第二管路5的一端设有第二
出液口，第二管路5的另一端设有第二进液口，第二出液口与蓄能器6连通，第二进液口与第
一管路3连通；蓄能器6连接有压力传感器61，通过压力传感器61可检测蓄能器6中压力；需
要说明的是，蓄能器6优选是充气式蓄能器，可储存流到蓄能器6的高压工作介质完成能量
的输入，也可将其内部储存的高压工作介质释放，完成能量的输出；第二进液口与第一管路
3连通处设置有第一换向阀33，且第一换向阀33设置于第一进液口与泵马达34之间，第一换
向阀33包括左位状态和右位状态，当第一换向阀33处于左位状态时，工作介质从第一进液
口流向泵马达34；当第一换向阀33处于右位状态时，工作介质从第二管路5流向泵马达34；
当海水压力大于蓄能器6压力时，控制系统控制第一换向阀33处于左位状态时，使工作介质
从外皮囊2流向蓄能器6，以储蓄能量；当海水压力小于蓄能器6压力时，控制系统控制第一
换向阀33处于右位状态时，使工作介质从蓄能器6流向外皮囊2，以释放能量。

[0058] 上述水下滑翔机浮力驱动系统中，如图1‑图6所示，还包括第三管路4，第三管路4的一端设有第三进液口，第三管路4的另一端设有第三出液口，第三进液口与第一管路3连
通，第三出液口连接有介质箱8，介质箱8与控制系统连接，介质箱8中设定了工作介质的体
积等相关参数，控制系统根据介质箱8设定的相关参数控制电磁阀41的开启与关闭；第三管
路4中设有电磁阀41，电磁阀41与控制系统连接，当控制系统控制电磁阀41开启时，外皮囊2
中的工作介质从第一进液口经过第三管路4流向介质箱8；当控制系统控制电磁阀41关闭
时，工作介质从第一进液口流向第一换向阀33。需要说明的是，如图1‑图6所示，第一管路3
还设有第二换向阀32，第二换向阀32位于第一过滤器31与第一换向阀33之间，第二换向阀
32与控制系统连接，第二换向阀32包括左位状态和右位状态，当第二换向阀32处于左位状
态时，工作介质可从第一出液口经过第二换向阀32流向第一换向阀33，也可从第一换向阀
33流向第一出液口；当第二换向阀32处于右位状态时，工作介质只能从第一换向阀33流向
第一出液口；第二进液口位于第一过滤器31与第二换向阀32之间；还需要说明的是，第二换
向阀32为二位二通换向阀，控制其上下连接口之间的连通组合及导流方向，第一管路3同时
连接于上下连接口A1、P1，当第二换向阀32处于左位状态时，其上下连接口A1、P1之间工作介
质可自由流通；当第二换向阀32处于右位状态时，其上下连接口A1、P1处于单向导通状态，工
作介质只可以从下连接口P1流向上连接口A1，无法反向导通，且其能够承受使用深度下外部
液体压力造成的反向背压而不损坏。

[0059] 还需要说明的是，如图1‑图6所示，第一出液口处设有第三换向阀37，第三换向阀37连接有第四管路7和第五管路9，第四管路7和第五管路9并联连接，第三换向阀37通过第
四管路7与第一换向阀33连接，第三换向阀37通过第五管路9与介质箱8连接；第三换向阀37
与控制系统连接，第三换向阀37包括左位状态和右位状态，当控制系统控制第三换向阀37
处于左位状态时，工作介质从第一管路3流向介质箱8；当控制系统控制第三换向阀37处于
右位状态时，工作介质从第一管路3流向蓄能器6；需要说明的是，第四管路7中设有单向阀
71，以防止工作介质沿其所在管路倒流回泵马达34，并且能够承受使用深度下外界液体压
力造成的反向背压而不损坏，保证系统安全；还需要说明的是，第三换向阀37为二位三通换
向阀，控制其右上连接口P3、左下连接口A3、右下连接口B3之间的连通组合及导流方向,当第
三换向阀37处于左位状态时，左下连接口A3封闭，右上连接口P3和右下连接口B3连通；当第
三换向阀37处于右位状态时，右下连接口B3封闭，左下连接口A3与右上连接口P3连通，第四
进液口连接于左下连接口A3，第五管路连接于右下连接口B3，第一出液口连接于右上连接口
P3。

[0060] 为了防止工作介质中的杂质影响泵马达34工作，如图1所示，第一管路3中设有第一过滤器31和第二过滤器35，第一过滤器31设置于第一进液口与泵马达34之间，第二过滤
器35设置于泵马达34与第一出液口之间，通过设置第一过滤器31和第二过滤器35，以过滤
工作介质中的杂质，防止杂质与泵马达34接触，影响泵马达34工作；此外，还需要说明的是，
控制系统与第一换向阀33连接，第一换向阀33还包括中位状态，当控制系统控制第三换向
阀37处于左位状态时，控制系统控制第一换向阀33处于中位状态；第一换向阀33为三位四
通换向阀，控制其左上连接口A2、左下连接口P2、右上连接口B2、右下连接口T2之间的连通组
合及导流方向。当第一换向阀33处于中位状态时，左上连接口A2和左下连接口P2封闭，右上
连接口B2和右下连接口T2连通；当第一换向阀33处于左位状态时，左上连接口A2和左下连接
口P2连通，右上连接口B2和右下连接口T2连通；当第一换向阀33处于右位状态时，左上连接
口A2与右下连接口T2连通，左下连接口P2与右上连接口B2连通；蓄能器6通过第二管路5连接
在第一换向阀33左上连接口A2，第四出液口连接于左下连接口P2，第一管路3同时连接于右
上连接口B2和右下连接口T2。

[0061] 上述水下滑翔机浮力驱动系统中，控制系统包括电源、控制器、传感器等元器件，可通过电源为用电设备供电以及储存发电过程产生的电能，通过各传感器测量对应的目标
状态，通过控制器接收处理各种信号信息、发出各种控制指令对元器件进行控制等，控制系
统属于本领域的公知常识技术，此处不再赘述。

[0062] 基于上述水下滑翔机浮力驱动系统，本发明还提供了一种水下滑翔机浮力调节方法，使用上述浮力驱动系统，该浮力调节方法包括水面回油工作模式、水下浮力补偿回油发
电工作模式、水下浮力调节回油发电工作模式、水下主动排油工作模式、释能排油发电工作
模式；

[0063] 在水面回油工作模式中，外皮囊2中的工作介质通过第三管路4流向介质箱8，控制系统控制电磁阀41开启、第二换向阀32处于右位状态，外皮囊2中的工作介质从第一进液口
进入第一管路3，后从第二进液口进入第二管路5，最后流入介质箱8中。

[0064] 在水下浮力调节回油发电工作模式中，外皮囊2中的工作介质通过第一管路3流向介质箱8，控制系统控制电磁阀41关闭、第二换向阀32处于左位状态、第一换向阀33处于中
位状态、第三换向阀37处于左位状态，外皮囊2中的工作介质通过从第一进液口进入第一管
路3，然后依次流经第二换向阀32、第一换向阀33、泵马达34、第三换向阀37从第五管路9流
入介质箱8中。

[0065] 在水下主动排油工作模式中，介质箱8中的工作介质通过第一管路3流向外皮囊2，控制系统控制电磁阀41关闭、第二换向阀32处于右位状态、第一换向阀33处于中位状态、第
三换向阀37处于左位状态，介质箱8中的工作介质从第五管路9流经第三换向阀37进入第一
管路3，然后依次流经泵马达34、第一换向阀33、第二换向阀32，最终流入外皮囊2中。

[0066] 在水下浮力补偿回油发电工作模式中，外皮囊2中的工作介质依次流经第一管路3、第四管路7和第二管路5流向蓄能器6，控制系统控制电磁阀41关闭、第二换向阀32处于左
位状态、第一换向阀33处于中位状态、第三换向阀37处于右位状态，外皮囊2中的工作介质
依次流经第二换向阀32、第一换向阀33、泵马达34、第三换向阀37后从第四管路7回到第一
换向阀33，最终从第二管路5流入蓄能器6中。

[0067] 在释能排油发电工作模式中，蓄能器6中的工作介质依次流经第二管路5、第一管路3、第四管路7和第一管路3流向蓄能器6，控制系统控制电磁阀41关闭、第二换向阀32、第
一换向阀33、第三换向阀37处于右位状态，蓄能器6中的工作介质从第二管路5经过第一换
向阀33进入第一管路3，在第一管路3中依次流经泵马达34、第三换向阀37后进入第四管路
7，然后经过第一换向阀33进入第一管路3，最后最终流入外皮囊2中。

[0068] 此外，基于上述水下滑翔机浮力调节方法，本发明还提供了一种水下滑翔机的发电方法，在采用上述水下滑翔机浮力调节方法的调节过程中进行发电，发电方法包括以下
步骤：

[0069] 补偿回油发电：在水下浮力补偿回油发电工作模式中，当外皮囊2中的工作介质流向蓄能器6时，工作介质驱动泵马达34发挥马达作用，泵马达34驱动电动发电机发电；

[0070] 调节回油发电：在水下浮力调节回油发电工作模式中，当工作介质从外皮囊2流向介质箱8时，工作介质驱动泵马达34发挥马达作用，泵马达34驱动电动发电机发电；

[0071] 释能排油发电：在释能排油发电工作模式中，当工作介质在第一管路3中从第一换向阀33流向第三换向阀37时，驱动泵马达34发挥马达作用，泵马达34驱动电动发电机发电。

[0072] 以水下滑翔机工作于海洋中，且工作介质选用液压油为例，具体介绍上述水下滑翔机浮力调节方法和浮力调节过程中的发电方法。

[0073] 当水下滑翔机漂浮于海面上收到下潜指令后，进入水面回油工作模式。如图2所示，控制系统控制电磁阀41开启，控制第二换向阀32切换到右位状态，外皮囊2中的液压油
在外界大气压与舱内负压的压差的驱动下流动，液压油从第一进液口进入第一管路3中，液
压油在第一管路3中经过第一过滤器31的过滤从第三进液口进入第三管路4，最后从第三出
液口流入介质箱8中。外皮囊2中的液压油减少，外皮囊2收缩，水下滑翔机排水体积减小，浮
力减小，因此，水下滑翔机开始下潜。当介质箱8中的油量到达设定值后，控制系统控制电磁
阀41关闭。

[0074] 水下滑翔机下潜过程中，当外界海水压力与介质箱8之间的压差超过驱动泵马达34发挥马达作用的压力后，可以选择进入水下浮力调节回油发电工作模式。如图3所示，此
时，控制系统控制电磁阀41关闭，控制第二换向阀32切换为左位状态，其上下连接口之间工
作介质可自由流通，第一换向阀33处于中位状态、第三换向阀37处于左位状态，在外界海水
与介质箱8之间压差的作用下，外皮囊2中的液压油依次流经第一过滤器31、第二换向阀32、
第一换向阀33、泵马达34、第二过滤器35、第三换向阀37，最终从第五管路9流入介质箱8中，
在水下浮力调节回油发电工作模式下，泵马达34发挥马达作用，电机发电机36起发电机作
用，液压油流经泵马达34时，泵马达34旋转并驱动电机发电机36发电，电机发电机36产生的
电能储存在储能器件中。由于发电的能量来源根本上来源于水下滑翔机自身携带的电量，
因此可以认为，此过程为利用压差实现了节能的目的，能够提高续航能力。需要说明的是，
当水下滑翔机需要在水下提高速度或出于其他需求，需要在水下进一步主动降低浮力时，
通过该模式的方法进行水下浮力调节，即使深度大外界海水压力大时，依旧能够实现回油
过程的精准可控和稳定可靠，能显著降低高压液压油对浮力驱动系统内部的冲击以及带来
的严重发热。

[0075] 水下滑翔机继续下潜过程中，当外界海水压力与蓄能器6之间的压差超过驱动泵马达34发挥马达作用的压力后，可以选择进入水下浮力补偿回油发电工作模式。如图4所
示，此时，控制系统控制电磁阀41关闭、第二换向阀32切换为中位状态、第一换向阀33切换
为左位状态、第三换向阀37切换为右位状态，电机发电机36发挥发电机作用进行发电机。在
外界海水压力与蓄能器6之间的压差的作用下，外皮囊2中的液压油依次流经第一过滤器
31、第二换向阀32、第一换向阀33、泵马达34、第二过滤器35、第三换向阀37、第一换向阀33，最终流入蓄能器6中。在水下浮力补偿回油发电工作模式下，泵马达34发挥马达的作用，电
机发电机36起发电机作用，在液压油的作用下，泵马达34驱动电机发电机36旋转发电，电机
发电机36产生的电能储存在储能器件中。此过程的节能原理与前述水下浮力调节回油发电
工作模式相同。

[0076] 当水下滑翔机到达目标潜浮转换排油深度时，优先进入水下主动排油工作模式。如图5所示，控制系统控制所有换向阀回到初始位置，控制系统控制电磁阀41关闭、第二换
向阀32处于右位状态、所述第一换向阀33处于中位状态、第三换向阀37处于左位状态；在水
下主动排油工作模式下，电机发电机36发挥电动机的作用，泵马达34发挥泵的作用。电机发
电机36带动泵马达34旋转以驱动液压油在第一管路3中流动，介质箱8中的液压油从第五管
路9依次流经第三换向阀37、第二过滤器35、泵马达34、第一换向阀33、第二换向阀32、第一
过滤器31，最终流入外皮囊2中。外皮囊2中的液压油增多，外皮囊2体积增大，水下滑翔机排
水体积增大，浮力增大，水下滑翔机逐渐转换为上浮运动状态。介质箱8中的油量到达设定
值后，电机发电机36停止工作。

[0077] 水下滑翔机上浮过程中，当蓄能器6与外界海水之间的压力差超过驱动泵马达34发挥马达作用的压力后，可以选择进入释能排油发电工作模式。如图6所示，此时，控制系统
控制电磁阀41关闭、第二换向阀32、第一换向阀33、第三换向阀37均切换为右位状态，在释
能排油发电工作模式，泵马达34发挥马达的作用，电机发电机36发挥发电机作用，蓄能器6
中的液压油在蓄能器6与外界海水压力差的作用下，从第二管路5依次流经第一换向阀33、
泵马达34、第二过滤器35、第三换向阀37、第一换向阀33、第二换向阀32、第一过滤器31，最
终流入外皮囊2中。此过程中，通过发电实现的节能的原理与前述相同。除此之外，该模式下
液压油可以在蓄能器6与外界海水的压力差的作用下进入外皮囊2，增大浮力，此模式利用
其储存的液压能直接对外皮囊2进行了驱动，相比利用压差进行发电来实现节能，此模式中
的能量利用过程中能量转换形式更少，因而会具有更高的能量利用效率。同样的，此模式中
的能量利用方式的能量根本来源仍然是水下滑翔机自身携带的电量，因此，同样将其理解
为此过程为利用压差实现了节能的目的，能够提高续航能力。

[0078] 需要说明的是，考虑到阀门状态的切换属于本领域的公知常识，以及阀门状态不便于在附图表示，图2‑图6表示了油液在不同工作模式下的流向，而未表示阀门在不同工作
模式下的工作状态，即图2‑图6中展示的阀门状态并非对应工作模式下实际的工作状态。

[0079] 上述水下滑翔机浮力驱动系统能够存储、回收利用海水压力能，并且能够利用海水压力能进行发电，而且适用范围广，可适用于不同种类的水下滑翔机或需要进行浮力调
节的其他类型的水下潜器。

[0080] 上述水下滑翔机浮力调节方法可以调节过程中可以对海水压差能进行储存、回收利用，调节过程简单方便。

[0081] 上述水下滑翔机的发电方法可以在水下滑翔机浮力调节中利用海水压差能进行发电，以提高海水压力能的利用率，提高水下滑翔机的续航能力。

[0082] 最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0083] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体
实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，
其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。