• 浮力容器

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    浮力容器

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    可變浮力壓力容器系統是一種用于潛水系統的剛性浮力控制裝置,它通過改變內容物的重量(質量)來保持恒定的體積并改變其密度,或者通過將環??境流體移入和移出剛性壓力容器,或通過在內部和外部可變容量容器之間移動存儲的液體。壓力容器用于承受水下環境的靜水壓力。可變浮力壓力容器的內部壓力可以大于或小于外部環境壓力,并且壓力差可以在操作深度范圍內從正變為負,或者在整個壓力范圍內保持正或負,這取決于設計選擇。可變浮力是任何移動水下系統的一個有用特性,它可以在沒有外部支撐的情況下在中水中運行。例子包括潛艇、潛水器、海底著陸器、遙控和自主水下航行器以及水下潛水員。一些應用程序只需要一個從正到負再返回的周期,以便在部署之間深入并返回表面,其他應用程序可能需要在單個部署期間幾個月內數十到數百個周期,或者可能需要接近連續但非常小在兩個方向上進行調整以保持恒定的深度,或在變化的深度時保持中性浮力。有幾種機制可用于此功能,一些機制適用于正負浮力之間的多個變化周期,其他機制必須在使用之間補充,它們的適用性取決于特定應用所需的特性。

    可變浮力潛水系統的用途

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    可變浮力是任何在中水運行而無需外部支持的移動水下系統的有用特性,因此這些系統是水下航行器領域的主要研究課題。示例包括潛艇、潛水器、底棲著陸器、遙控和自主水下航行器,以及環境壓力和單一大氣水下潛水員。潛艇在淹沒時可以接近平衡,但在深度上沒有固有的穩定性。密封的耐壓船體結構通常比水更易壓縮,因此會隨著深度的增加而失去浮力。為了在深度精確和快速控制浮力和縱傾,潛艇使用深度控制油箱(DCT),因為它們具有控制浮力和深度的功能)——也稱為硬油箱(由于它們能夠承受更高的壓力)或縱傾油箱(由于它們控制修剪的功能)。這些是可變浮力壓力容器。可以控制深度控制水箱中的水量以改變船只的浮力,使其在不平衡的浮力作用下在水柱中向上或向下移動,水下航行器的工作深度可以通過控制浮力來控制,或者通過改變總重量或位移體積,或者通過矢量推力。可以通過在恒定體積下改變車輛的總重量或通過在恒定車輛重量下改變位移體積來控制浮力。產生的浮力用于控制升沉速度和懸停深度,在水下滑翔機中,正或負凈浮力用于驅動向前運動。Avelo水肺潛水系統使用可變浮力壓力容器,它既是主要的呼吸氣瓶,又是水肺浮力補償器,帶有可充電電池供電的泵和可從氣瓶上拆卸的傾倒閥單元。可變浮力系統已被考慮用于系留洋流渦輪發電的深度控制。最適合應用的可變浮力系統類型取決于所需的控制精度、所需的變化量以及部署期間所需的浮力變化周期數。

    可變浮力系統的類型

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    已經使用了幾種類型的可變浮力系統,這里簡要介紹一下。有些基于相對不可壓縮的壓力容器,并且隨著靜水壓力的變化幾乎穩定。

    • 環境壓力浮力/壓載艙(隨深度變化而不穩定),例如潛艇上的主壓載艙或充氣潛水員的浮力補償器這些不是壓力容器,因為內容物處于環境壓力下。
    • 重量排放變質量系統。這通常是一種排放比周圍密度高的鎮流器的系統,一旦排放,鎮流器就會丟失。該系統簡單,適用于在部署期間只需要進行非常有限的浮力調整的車輛。它是在緊急情況下實現正浮力的常用方法,因為它很容易安排故障安全排放機制。用于釋放固定低密度材料的類似系統也是可能的。這些也不是壓力容器,因為重物或不可壓縮浮標是在環境壓力下儲存的。
    • 單向罐洪水變質量系統。這只是一個可以承受外部工作壓力的空罐,可以通過控制閥部分或全部溢流。油箱可以在水面再次排空以進行后續潛水,但不能在潛水期間處于壓力下。
    • 泵送油,質量恒定,體積可變系統。此方法使用更多功率,但在功率持續期間可無限重復,因為它不會釋放任何消耗品。正排量泵將儲存在充氣壓力容器內的可變容積容器中的油輸送到外部可變容積容器,不可壓縮地增加車輛的排量。回流傳輸可以通過閥門控制的壓差進行,也可以通過泵送進行。
      • 活塞驅動油,恒定質量,可變容積系統。這與泵送油系統的工作原理非常相似,但內部存儲器位于帶有活塞的氣缸中,該活塞使用通常由電動機驅動的機械驅動器減小或增加其體積。實際上,活塞起到泵的作用。

    浮力容器

    • 抽水可變浮力系統。環境水被移入和移出壓力容器以改變容器的整體密度,從而改變作為其組件的車輛的整體密度。在一個方向上,這種轉移可能通過壓力差實現,但在至少一個方向上,它必須被泵送。在電力持續期間,該過程是可重復的,因為鎮流器是從周圍環境中抽取的。

    機制

    位于車輛耐壓船體內的浮力罐(如在潛艇中)將暴露于車輛的內部壓力,因此罐上的外部壓力載荷可能相對較低。在這種情況下,壓載水轉移到水箱中可能不需要泵送,盡管容積泵可能仍然有助于準確控制進入的水量。壓載水的排放要克服外部壓力,外部壓力取決于深度,通常需要大量工作。如果浮力罐直接暴露在環境靜水壓力下,由于深度引起的外部載荷可以很高,但如果內部氣體壓力足夠高,壓力差會更低,壓力容器不會受到高凈值的影響。可能導致屈曲不穩定性的外部壓力載荷,這可以允許較低的結構重量。在極端情況下,內部壓力足夠高,可以在xxx操作深度快速噴射壓載水,例如Avelo集成潛水缸和浮力控制裝置。泵用于克服內部壓力將環境水移動到壓力容器中,與體積減小成比例地進一步壓縮氣體,因此整個內部體積不能用于容納壓載物,盡管氣體體積會減小,總會有一些氣體體積剩余。壓力容器中的水和空氣可以通過隔膜、隔膜、自由活塞或氣囊隔開,以防止在某些方向上泵出空氣,并防止空氣在高壓下溶解在壓載水中。

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    詞條目錄
    1. 浮力容器
    2. 可變浮力潛水系統的用途
    3. 可變浮力系統的類型
    4. 機制

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