大深度剖面式潛水器浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究

楊小輝，曹軍軍，李戴維，連 璉

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003；2.上海交通大學(xué)，上海 200240）

近年來(lái)，自持式剖面浮標(biāo)[1]（Argo）和水下滑翔機(jī)[2]（Glider）的發(fā)展速度較快，在海洋觀測(cè)方面展現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)[3]，兩種觀測(cè)平臺(tái)成為科學(xué)家觀測(cè)記錄海洋數(shù)據(jù)的重要測(cè)量工具，為我國(guó)海洋科學(xué)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)[4-5]。浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是上述兩種潛水器的動(dòng)力系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)潛水器的排水體積增大/減小來(lái)實(shí)現(xiàn)載體平臺(tái)的上浮/下潛，由于其工作原理簡(jiǎn)單和相對(duì)能耗低的特點(diǎn)，也被廣泛的應(yīng)用于其它各類潛水器，如自主式無(wú)人潛水器（AUV）、兩棲無(wú)人潛水器（ASUV）和遙控潛水器（ROV）等[6-7]。高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是大深度剖面式潛水器的關(guān)鍵動(dòng)力系統(tǒng)。浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能和潛水器的整體性能間有著密切的關(guān)系，浮力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)體積大小、體積調(diào)節(jié)精度和能耗等性能影響著潛水器的下潛深度、定深精度和續(xù)航能力等[8]。浮力系統(tǒng)的性能在一定程度上制約著我國(guó)潛水器的發(fā)展，對(duì)高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究，有利于提高我國(guó)大深度剖面式潛水器的性能，為潛水器的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

浮力系統(tǒng)主要有氣動(dòng)和液動(dòng)兩種形式。氣動(dòng)系統(tǒng)具有可調(diào)節(jié)體積大和調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但由于壓力小和壓力不穩(wěn)定的特點(diǎn)，其主要應(yīng)用在淺水水域[9]。液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力大和調(diào)節(jié)速度穩(wěn)定的特點(diǎn)使其能夠用于大深度的潛水器[10]，目前絕大多數(shù)大深度剖面式潛水器均采用液壓型的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在潛水器中的應(yīng)用開(kāi)始于Argo浮標(biāo)，其是建立全球海洋觀測(cè)網(wǎng)的一種專用測(cè)量設(shè)備，如APEX、PLACE、ALACE、SOLO 和C-ARGO等剖面浮標(biāo)[11-13]。它們均使用單沖程柱塞泵系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)載體平臺(tái)的排水體積。單柱塞泵系統(tǒng)在小型系統(tǒng)中使用時(shí)占用體積較大、浮力可調(diào)節(jié)量較小，其負(fù)載也相對(duì)較小，但其流量大、效率高，適合在較淺深度工作的潛水器，目前一般用于Argo 浮標(biāo)系統(tǒng)中，浮力調(diào)節(jié)量約為500 mL，在Argo 快到達(dá)水面時(shí)使用艉部的氣泵給氣囊充氣來(lái)實(shí)現(xiàn)Argo 在水面的通信高度。

為了增大浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)體積，改善載體平臺(tái)適應(yīng)海水密度和搭載傳感器的能力，法國(guó)研制了POVOR 浮標(biāo)。該浮標(biāo)采用微型高壓柱塞泵代替了傳統(tǒng)的單沖程柱塞泵。相對(duì)于單柱塞泵系統(tǒng)，微型柱塞泵系統(tǒng)流量較小，但其負(fù)載能力大、體積小，便于模塊化設(shè)計(jì)，適合在較大深度工作的潛水器，能夠提供較高的工作效率以及較大的浮力調(diào)節(jié)量。此種浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)，使得其在其它小型潛水器上的應(yīng)用成為可能，如水下滑翔機(jī)（Glider）和自主式無(wú)人潛水器（AUV）等。

比較有代表性的3 種水下滑翔機(jī)， 如Seaglider[14]、Spray[15]和Slocum[16]，均使用微型柱塞泵的高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，都具有大深度、大排量的工作特點(diǎn)。再到后來(lái)的Deep-glider、Under-DOG、“海翼-7000”和“海燕-10000”等大深度水下滑翔機(jī)都使用微型高壓柱塞泵的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該類高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制是大深度剖面潛水器發(fā)展的關(guān)鍵所在，同樣也是潛水器發(fā)展的瓶頸。

從最初的單沖程柱塞泵系統(tǒng)到現(xiàn)在的微型高壓柱塞泵[2]系統(tǒng)，根據(jù)潛水器的作業(yè)任務(wù)不同浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也不盡相同，總的來(lái)說(shuō)，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有了很大的改善，其占用的體積更小、調(diào)節(jié)的體積更大和工作更穩(wěn)定等。但隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家的觀測(cè)需求逐漸提高，要求潛水器能夠更深、更長(zhǎng)、更精確和更綜合地對(duì)目標(biāo)海域進(jìn)行觀測(cè)[17]。這就要求浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有足夠大的調(diào)節(jié)體積，高精度的油量控制性能和較低的能耗，綜合來(lái)看，目前的浮力系統(tǒng)很難同時(shí)達(dá)到上述3 個(gè)條件。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)展開(kāi)研究，詳細(xì)闡述了浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)與潛水器整體性能之間的關(guān)系，并介紹了浮力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程。

2 剖面式潛水器浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2. 1 剖面式潛水器結(jié)構(gòu)組成

剖面式潛水器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和續(xù)航能力較大的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，Argo和水下滑翔機(jī)是兩種最具代表性的剖面式潛水器。該類潛水器的系統(tǒng)組成較為固定，圖1 為上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)的大深度觀測(cè)平臺(tái)—機(jī)動(dòng)浮標(biāo)[18-19]，其耐壓殼體使用高強(qiáng)重比的復(fù)合碳纖維材料制成，共分為上、中、下3 段，頭部和尾部使用鈦合金球端蓋密封，外部固定有高度計(jì)、導(dǎo)流罩、機(jī)翼和尾翼等。載體內(nèi)部系統(tǒng)由前到后依次布置有浮力系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、姿態(tài)系統(tǒng)、主控、通信模塊、應(yīng)急拋載系統(tǒng)和傳感器等。浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置在載體最前端，在方便外部油囊裝配的同時(shí)起到調(diào)節(jié)載體俯仰姿態(tài)的目的；姿態(tài)系統(tǒng)將俯仰調(diào)節(jié)和橫滾調(diào)節(jié)合并在一起，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高。

圖1 大深度剖面式潛水器系統(tǒng)基本組成

2. 2 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理

大深度剖面式潛水器由于其下潛深度大、可利用空間小以及系統(tǒng)體積調(diào)節(jié)量較大等特點(diǎn)，采用微型柱塞泵浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠較好地滿足使用需求?？紤]到功耗問(wèn)題，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)閥回油的方式進(jìn)行吸油使載體下潛，在水下利用活塞泵排油的方式使載體上浮，同時(shí)考慮到重量的限制，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用無(wú)蓄能器設(shè)計(jì)。浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和液壓模塊組成，控制模塊與機(jī)動(dòng)浮標(biāo)主體通信，并控制驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)液壓模塊工作，通過(guò)調(diào)節(jié)外部油囊的體積來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)浮標(biāo)總的排水體積。驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)液壓模塊的執(zhí)行元件按控制模塊的要求動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)浮力系統(tǒng)的泵油和回油使得外部油囊的體積增大和減小，并進(jìn)行限流保護(hù)，避免元件損壞。

浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖2 所示，系統(tǒng)主要包含內(nèi)油箱（含活塞、濾網(wǎng)）、高壓油泵（含驅(qū)動(dòng)電機(jī)）、高壓零泄露電磁閥、自研自保持機(jī)械閥、單向閥、外油囊、壓力傳感器、拉線傳感器和氣泵系統(tǒng)等，圖3 為浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)物圖。結(jié)合剖面式潛水器的工作狀態(tài)，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求具有3 種典型工作模式，對(duì)應(yīng)圖中3 條油路，分別為水面低壓回油、水下高壓回油和水下高壓泵油：

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)正在進(jìn)入深化改革的階段，社會(huì)資源的供需矛盾正在加劇。最明顯的問(wèn)題就是社會(huì)利益分配不均。由于法律制度存在滯后性，而我國(guó)的發(fā)展速度非?？欤斐闪朔煞ㄒ?guī)的建設(shè)無(wú)法跟上社會(huì)的發(fā)展速度。普遍存在的問(wèn)題是對(duì)權(quán)利的監(jiān)督不完善，導(dǎo)致社會(huì)不公平的問(wèn)題較多，影響青少年價(jià)值觀的形成。需要加快社會(huì)保障制度的完善，提高法律法規(guī)的規(guī)范化，做到有法可依和有法必依。

圖2 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖

圖3 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)物圖

（1）水面低壓回油：當(dāng)潛水器漂浮在水面或100 m 以淺的水深中需要下潛時(shí)，液壓油在油囊外部水壓的情況下，從外部油囊通過(guò)圖2 中最左邊的油路，經(jīng)過(guò)自研自保持機(jī)械閥流入內(nèi)部油箱中，減小載體的浮力開(kāi)始下潛。由于開(kāi)閥的過(guò)程很短、電流很小，其對(duì)電能的消耗很小，可忽略不計(jì)；

（2）水下高壓回油：當(dāng)潛水器在100 m 以深的水深中需要下潛時(shí)，液壓油在油囊外部水壓的情況下，從外部油囊通過(guò)圖2 中中間的油路，經(jīng)過(guò)零泄露電磁閥流入內(nèi)部油箱中，從而減小載體的浮力使載體進(jìn)一步下潛。此時(shí)油囊外部的壓力較大，液壓油的流量大，開(kāi)閥時(shí)間短，回油能耗較?。?/p>

（3）水下高壓泵油：當(dāng)潛水器在水下需要上浮時(shí)，載體內(nèi)部油箱中的液壓油通過(guò)圖2 中最右邊的油路，經(jīng)過(guò)高壓油泵進(jìn)入外部油囊中，增大載體的浮力開(kāi)始上浮。高壓泵油的流量較小，時(shí)間較長(zhǎng)，是浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要能耗單元，同時(shí)浮力系統(tǒng)也是載體的主要能耗單元。

為了使浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，在油箱中安裝有濾網(wǎng)，確保液壓油中的雜質(zhì)不會(huì)進(jìn)入油泵；在油箱中安裝位移傳感器，測(cè)量油箱活塞的運(yùn)動(dòng)距離計(jì)算油量的變化，精度較高且無(wú)零漂；在油箱中加裝氣泵系統(tǒng)，使回油時(shí)油箱內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，泵油時(shí)油箱內(nèi)產(chǎn)生正壓（使液壓油能夠順暢的進(jìn)入油泵，消除負(fù)壓對(duì)柱塞泵的影響），增加浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)油量調(diào)節(jié)時(shí)的流暢性以及延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命；油箱中還裝有機(jī)械限位，保證系統(tǒng)的極限調(diào)節(jié)量，防止浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單元出錯(cuò)損壞零部件。

2. 3 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)選擇

浮力調(diào)節(jié)量是浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要參數(shù)指標(biāo)，為了能夠較為準(zhǔn)確的確定浮力調(diào)節(jié)的可調(diào)節(jié)體積，隨載體下潛深度的增大而使浮力產(chǎn)生改變的因素都需進(jìn)行考慮，主要包括海水密度變化對(duì)浮力的影響，載體耐壓殼體的體積壓縮率對(duì)浮力的影響以及在海水表面通訊需求的浮力量。

定義機(jī)動(dòng)浮標(biāo)的總質(zhì)量為Mw（常量，不隨環(huán)境變化而變化）；H為載體的工作深度，最大下潛深度為Hm；隨著深度的增大海水密度和機(jī)動(dòng)浮標(biāo)的體積分別表示為ρ(H)和V(H)。

通常情況下，潛水器在海水表面時(shí)都具有一定的正浮力，使通訊天線露出水面一定的高度保證衛(wèi)星通訊正常。根據(jù)阿基米德原理，對(duì)在海水中懸?。o止）的潛水器進(jìn)行分析可得公式（1）的平衡方程。

2. 4 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)核心部件選型

浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用高壓油管連接外部油囊和內(nèi)部高壓不銹鋼接頭，系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)多頭不銹鋼接頭實(shí)現(xiàn)油路連接，此種方法占用體積小、重量輕便于設(shè)計(jì)，如圖4 所示為高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成模塊。大扭矩電機(jī)通過(guò)柔性聯(lián)軸器與微型高壓柱塞泵相連，降低了裝配時(shí)同軸度的需求，便于安裝，油泵通過(guò)單向閥，經(jīng)過(guò)三通接頭與外油囊相連。外油囊另外兩個(gè)與艙內(nèi)器件連接的油路分別為零泄漏閥、自研自保持機(jī)械閥，均采用精密器件，保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

圖4 中的高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊在潛水器內(nèi)部的直徑為238 mm，高度為425 mm，可調(diào)節(jié)體積達(dá)3.8 L，調(diào)節(jié)精度為2 ～20mL（根據(jù)工作狀態(tài)不同，精度不同），最大工作壓力可達(dá)50 MPa。

圖4 高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成模塊

3 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3. 1 自研自保持機(jī)械閥組設(shè)計(jì)

文中浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)引入了自研自保持機(jī)械閥組，與傳統(tǒng)的電機(jī)油泵回油系統(tǒng)相比，大大減小了潛水器在下潛過(guò)程中的能耗，可以增大潛水器的續(xù)航力。

圖5 為自研自保持機(jī)械閥組設(shè)計(jì)圖，主要由減速電機(jī)、電機(jī)固定架、聯(lián)軸器、上行程開(kāi)關(guān)、螺旋軸、下行程開(kāi)關(guān)、固定螺母、抗擠出密封圈、閥體等組成。關(guān)閥時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺旋軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，直到行程開(kāi)關(guān)檔塊觸碰到下行程開(kāi)關(guān)，此時(shí)，螺旋軸已進(jìn)入抗擠壓密封圈，切斷進(jìn)油口到回油口的油路，閥組關(guān)閉，如圖5左所示；開(kāi)閥時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺旋軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，直到行程開(kāi)關(guān)檔塊觸碰到上行程開(kāi)關(guān)，此時(shí)，螺旋軸已退出抗擠壓密封圈，開(kāi)啟進(jìn)油口到回油口的油路，閥組開(kāi)啟，如圖5 右所示。由于開(kāi)閥和關(guān)閥的過(guò)程很短、電流很小，其對(duì)電能的消耗很小，可忽略不計(jì)。

圖5 自研自保持機(jī)械閥組設(shè)計(jì)圖

3. 2 高精度油量測(cè)量和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)油量調(diào)節(jié)的測(cè)量方法主要有增量式體積測(cè)量和絕對(duì)式體積測(cè)量?jī)煞N方法。增量式方法即為在艙內(nèi)油箱出油端或在外部油囊進(jìn)油端加裝流量傳感器，如圖2 中所示，但當(dāng)流量傳感器排油和回油的次數(shù)較多后，會(huì)出現(xiàn)累積誤差，很難保證穩(wěn)定長(zhǎng)期的油量測(cè)量；絕對(duì)式方法目前較為常用，其原理即為通過(guò)測(cè)量固定容積體積的變化量得到體積的變化量，沒(méi)有累積誤差，測(cè)量穩(wěn)定可靠，其可以通過(guò)精度較高的位移傳感器測(cè)量?jī)?nèi)部油箱或外部油囊的長(zhǎng)度變化來(lái)得到油量的精確變化。

如圖2 所示，在油箱內(nèi)部的活塞上加裝有高精度的位移傳感器，通過(guò)測(cè)量活塞的位移量來(lái)反推外部油囊的體積大小，從而得到潛水器的浮力大小。當(dāng)潛水器上浮時(shí)，由于泵油速率一定，約為45 mL/min，此時(shí)油量調(diào)節(jié)精度高，約為2 mL；當(dāng)潛水器在水面下潛時(shí)（H＜100 m），此時(shí)自研自保持機(jī)械閥組開(kāi)啟，其流量較小，約為60 mL/min，油量調(diào)節(jié)精度約為10 mL；當(dāng)潛水器在水下下潛時(shí)（H＞100 m），零泄漏電磁閥開(kāi)啟，為減小能耗，其流量較大，約為400 mL/min，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，添加提前關(guān)閥等措施，油量調(diào)節(jié)精度約為20 mL。

4 浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試

浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是剖面式潛水器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性直接影響著潛水器的安全性；同時(shí)，浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是載體平臺(tái)的能耗大戶，其消耗的總能源約占據(jù)平臺(tái)攜帶總能源的40%；浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速率對(duì)平臺(tái)的下潛上浮速率產(chǎn)生直接的影響，也間接的影響了平臺(tái)的滑翔性能。因此，對(duì)浮力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速率和相應(yīng)的能耗進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算顯得尤為重要。

通過(guò)上述介紹，文中的潛水器在下潛的過(guò)程中，浮力系統(tǒng)的能耗較小，可忽略不計(jì)。浮力系統(tǒng)的能耗主要集中在向外泵油的過(guò)程中，即水下高壓泵油過(guò)程，浮力系統(tǒng)將內(nèi)部油箱內(nèi)的液壓油通過(guò)電機(jī)和油泵泵向外部油囊，克服油囊外部的高壓環(huán)境。浮力系統(tǒng)高壓泵油的工作效率可通過(guò)公式（2）計(jì)算得到。

式中：Q是浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)外油囊外部壓力為P時(shí)液壓油的流量；U和I為相應(yīng)情況下的電壓和電流。

表1 展示了3 套相同的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同外壓作用下的泵油性能，表中的效率為相應(yīng)壓力下的平均效率，由于浮力系統(tǒng)接入的電壓基本不變，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，進(jìn)而油泵的泵油速率在不同壓力下基本保持不變，約為0.66 ～0.69 mL/s，由于選擇的油泵為60 MPa 高壓油泵，其最優(yōu)工作峰值點(diǎn)在高壓40 MPa 左右，所以表格中的平均泵油效率隨著油管內(nèi)壓力的增高而逐漸變大，同時(shí)，也可以得出浮力系統(tǒng)在水面進(jìn)行泵油操作時(shí)效率最低，約為10%。圖6 展示了3 套浮力系統(tǒng)在不同外壓下的電壓電流擬合曲線，從圖中的擬合曲線可以看出，在電機(jī)兩端電壓一定的情況下，隨著油管內(nèi)部壓力（通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥來(lái)調(diào)整油管內(nèi)壓力的大?。┑脑龃?，電機(jī)相應(yīng)需要的電流也逐漸增大，兩者為正比例線性關(guān)系。

圖6 浮力系統(tǒng)電壓電流測(cè)試曲線

表1 浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能測(cè)試對(duì)比

由于潛水器需要長(zhǎng)時(shí)間漂浮在2 000 m 甚至更深的海水中，且2 000 m 以下的海水溫度約為2 ～4℃，因此還需要測(cè)試浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓零泄漏和低溫高壓泵油性能，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖7和圖8 所示。圖7 中，將浮力系統(tǒng)連接外皮囊的油管轉(zhuǎn)接打壓設(shè)備，關(guān)閉機(jī)械小閥和零泄漏閥，將油管內(nèi)的壓力加壓至46 MPa，經(jīng)過(guò)24 h 后，觀察打壓設(shè)備壓力表示數(shù)和浮力系統(tǒng)內(nèi)部油量傳感器參數(shù)是否變化，若都沒(méi)有明顯變化則可判斷浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有高壓零泄漏的性能。

圖7 浮力系統(tǒng)耐壓保壓測(cè)試

圖8 中將盛液壓油的外部容器浸沒(méi)在0℃的環(huán)境中，液壓油經(jīng)過(guò)12 h 的降溫后，啟動(dòng)浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)吸油功能，將冷卻的液壓油吸入內(nèi)部油箱，然后在出油口添加溢流閥，再啟動(dòng)浮力系統(tǒng)的泵油功能，觀察泵油功能是否正常，并測(cè)試液壓油為零度時(shí)的高壓泵油速率，得到浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)低溫下高壓泵油正常，且泵油速率約為0.68 mL/s，基本保持不變，判斷系統(tǒng)具有低溫高壓泵油的性能。

圖8 浮力系統(tǒng)低溫高壓泵油測(cè)試

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，得到浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在水下工作的效率約為50%，稍高于目前浮力系統(tǒng)普遍的42%，具有低能耗的優(yōu)勢(shì)；通過(guò)保壓和低溫測(cè)試結(jié)果，表明系統(tǒng)能夠在高壓力和低溫下穩(wěn)定工作。結(jié)合上文中的大體積調(diào)節(jié)量和高精度油量調(diào)節(jié)技術(shù)，得到本文研制的高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本具備大調(diào)節(jié)體積、高精度油量控制和較低能耗的性能，能夠有效提高剖面式潛水器的相關(guān)性能。

5 結(jié) 論

本文以上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)研制的剖面式潛水器—機(jī)動(dòng)浮標(biāo)為例，詳細(xì)介紹了高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，列出了浮力系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法，闡述了浮力系統(tǒng)研制過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題的解決方法，并給出了浮力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)解決方案等。通過(guò)研究與試驗(yàn)表明，本文研制的高壓浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、調(diào)節(jié)體積大、調(diào)節(jié)精度高和能耗低等優(yōu)點(diǎn)。能夠有效解決目前國(guó)內(nèi)浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不足之處，能夠提高我國(guó)目前剖面式潛水器的負(fù)載、下潛深度、定深精度和續(xù)航能力等性能，推進(jìn)我國(guó)大深度剖面式潛水器的發(fā)展。