CN116552725A - 浮力调节装置及半潜式运输平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上运输技术领域，公开一种浮力调节装置及半潜式运输平台。该浮力调节装置包括浮筒和若干连通管。浮筒包括连通舱，连通舱具有底部透水口和多个舱段，各舱段相互连通，底部透水口的数量少于舱段的数量。各连通管独立设置且分别与每个舱段连通，连通管用于为舱段提供气体进入和气体排出的通道。本公开的半潜式运输平台，包括浮力舱、支撑管、托举台以及浮力调节装置。浮力调节装置采用开放式的水密封，利用水的密闭性，能够自由控制气体在浮筒内进出。

Description

浮力调节装置及半潜式运输平台

技术领域

本发明涉及海上运输技术领域，尤其涉及一种浮力调节装置及半潜式运输平台。

背景技术

随着社会的进步，科学技术的发展，我国海洋监测、试验、勘探与海上执法等任务需求日益迫切。我国拥有辽阔的海域与漫长的海岸线，这为我国海洋开发与管控带来不小的挑战。海上无人机的出现将能够为这些任务提供高效的手段。

无人机的结构、动力与外形相对于船体结构来说，在水中机动的能力与船体相差甚远。因此，无人机在入水起飞与回收阶段的工作效率极为低下，为海上无人机的研发与使用带来不小的难题。

当无人机降落在海面上或者需要在海上起飞时，需要运输工具将无人机回收或者拖拽至可以起降的区域。然而使用传统的船运输成本高，操作不变。使用船拖拽又没法靠近无人机，而且速度慢效率低下。无人机本身防护能力相对于船来说相对较差，入水时容易碰撞损坏，回收时不能太靠近岸边。因此为海上无人机的使用与试验带来不小的难题。

发明内容

为了解决海上无人机在起飞和降落回收时段的运输难、效率慢的问题，本发明提供一种高效低成本的半潜式运输平台，既能够满足高效运输的需要，也能够满足无人机在海面上的起降。

一方面，本发明提供一种浮力调节装置，包括浮筒和若干连通管。浮筒包括连通舱，连通舱具有底部透水口和多个舱段，各舱段相互连通，底部透水口的数量少于舱段的数量。各连通管独立设置且分别与每个舱段连通，连通管用于为舱段提供气体进入和气体排出的通道。

在一些实施方式中，各舱段串行设置，舱段两两之间设有隔板，每个隔板上均设有第一透水口。

在一些实施方式中，连通管包括独立设置的进气管和排气管，进气管和排气管均具有近端和远端，进气管和排气管的近端均延伸至连通舱的外部，排气管的远端位于舱段内的顶部，进气管的远端位于舱段内的底部。

优选地，进气管和排气管的近端分别设有电磁阀，进气管的近端还设有气泵，气泵和电磁阀用于控制舱段的进气和排气。

优选地，浮筒包括两组串行设置的连通舱，每组连通舱仅设有一个底部透水口，底部透水口分别位于两组连通舱的相邻的端部。

另一方面，本发明海提供一种半潜式运输平台，包括浮力舱、支撑管、托举台以及上述的第一方面的优选的一种浮力调节装置。浮力舱位于浮筒的上方，支撑管的上端伸入浮力舱，支撑管的下端与浮筒的其中一个舱段相连通。浮力舱设有与大气相通的气孔，电磁阀和气泵位于浮力舱内，进气管和排气管延伸穿过支撑管进入浮力舱内。托举台连接至浮筒。

优选地，浮筒包括两组串行设置的连通舱，每组连通舱仅设有一个底部透水口，底部透水口分别位于两组连通舱的相邻的端部。浮筒设有两个，两个浮筒对称设置于托举台的两侧；每个浮筒具有两个位于端部的舱段，位于端部的舱段为端部舱段。浮力舱和支撑管分别设有四个，各支撑管分别连接至各端部舱段。

优选地，支撑管的上端设有密封的进气口和排气口，进气管的近端延伸穿过进气口，排气管的近端延伸穿过排气口。

优选地，每组连通舱设有三个舱段，每个浮力舱中设有一台气泵和六个电磁阀。

优选地，浮筒设有浮筒管夹，托举台的两侧借由梁结构连接至浮筒管夹。端部舱段的外侧设有整流头罩。

本公开的特点及优点包括：

本公开提供的浮力调节装置的浮筒包括连通舱，连通舱具有底部透水口和多个相互连通的舱段。采用开放式的水密封，利用水的密闭性，能够自由控制气体在浮筒内进出。半潜式运输平台包括浮力调节装置和浮力舱。其中，在半潜式运输平台下潜过程中，浮力舱可为半潜式运输平台提供部分浮力，使半潜式运输平台平稳下沉，保持平衡。浮筒下沉至水中且浮力舱漂浮于水面时，浮力舱可为半潜式运输平台提供部分浮力，实现半潜。半潜式运输平台位于水里时，水不进入浮力舱内，气泵可为浮筒提供气体，使得半潜式运输平台不需要携带任何气源，能够随时高效快速地进行排放气。浮筒的气体排放至浮力舱内，可避免气体在水下对平台带来的影响。另外，具有多个舱段的浮筒，在下潜中，不需要借助其他动力，紧紧依靠合理安排各舱段内的气体排放顺序即可实现平稳下潜。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的半潜式运输平台的结构示意图；

图2是半潜式运输平台的浮力调节装置和浮力舱的结构示意图；

图3是浮力调节装置和浮力舱中布置连通管的示意图。

附图标记说明：

100-半潜式运输平台，110-浮力调节装置；

10-浮筒，12-舱段，14-隔板，16-浮筒管夹，18-整流头罩，142-第一透水口，122-第二透水口；

20-浮力舱；

32-进气管，36-排气管；

40-托举台，42-主梁结构，44-侧向支撑梁结构，46-L型管卡；

50-支撑管，52-进气口，54-排气口；

62-推进器。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

本发明提供一种半潜式运输平台，用于在水上运输、回收物品。该物品可以是普通物资，也可以是无人机、水下机器人、下潜设备等。下面以无人机为例进行说明。该无人机用于海面执行任务，可从陆地或海面直接起飞，可降落至陆地或海面。本发明提供的半潜式运输平台，可将无人机从海边运输至目标海域，无人机从目标海域的海面直接起飞。执行完任务后无人机降落至指定海域，半潜式运输平台回收无人机并将其运输至目标地点，例如岸边。

参考图1，半潜式运输平台100包括浮力调节装置110、浮力舱20和托举台40，该浮力调节装置110设有浮筒10，托举台40固定至浮筒10，浮力舱20连接至浮筒10，两者可共同为托举台40提供浮力。半潜式运输平台100工作的基本原理是通过向浮筒10内部充气或从浮筒10内部排气，使水排出或进入浮筒10内部，从而改变浮力大小实现沉浮。当浮筒10内装有足量气体时，浮筒10上浮至水面；浮筒10内装有充足的水时，浮筒10下沉至水中，半潜式运输平台100可下潜至浮力舱20漂浮于水面，此时浮力舱20可为整个平台提供部分浮力，有利于使半潜式运输平台100在下潜过程中保持平衡。通过调节浮筒10的浮力大小，可调节半潜式运输平台100的托举台40至水面的距离，例如高于水面或低于水面。托举台40高于水面时，有利于无人机的运输；托举台40低于水面时，有利于无人机的释放或回收。

参见图1至图3，浮力调节装置110包括浮筒10和连通管，其中，浮筒10与连通管流体连通。浮筒10设有多个舱段12，多个舱段12至少部分构成相互连通的连通舱；即，浮筒10可以包括独立舱段和连通舱。独立舱段即单个舱段12，连通舱由至少两个横向连通的舱段12构成。独立舱段的数量可以是一个或多个，连通舱的数量可以是一组或多组。独立舱段与独立舱段之间、独立舱段与各组连通舱之间、不同组的连通舱之间在横向均不连通。具体地，多个舱段12可以排列成任意合适的形状，例如排成一字形、圆形，并排成多行，或者任意基本图形的排列（例如，舱段12的横截面为六边形，多个舱段12排列为类似蜂巢的结构）等。相邻舱段12间设有隔板14。在一些实施例中，一部分隔板14上设有第一透水口142，使得多个舱段12连通形成一组或若干组连通舱（例如两组或三组连通舱）。在一些实施例中，全部隔板14均设有第一透水口142，使得多个舱段12连通形成一组连通舱。优选地，第一透水口142设置于隔板14的下部，使得舱段12内可储存较多的气体，从而提供较大浮力。

连通舱设有底部透水口，具体地，参见图2，连通舱的底部设有第二透水口122，即，连通舱的至少部分舱段12的底部设有第二透水口122，使得每个舱段12至少与一个第二透水口122连通。在一些实施例中，连通舱的至少部分舱段12共用一个第二透水口122，因此，有些舱段12未设置第二透水口122，即第二透水口122的数量少于舱段12的数量。在优选的实施例中，单组连通舱中仅一个舱段12设置第二透水口122。

浮力调节装置110可设置一个或多个连通管，气体通过连通管流入或流出舱段12。当设置一个连通管时，连通管与其中一个舱段12连通。在优选的实施例中，浮力调节装置110设置若干独立的连通管，连通管的数量与舱段12的数量一致，若干连通管分别与每个舱段12连通，使各舱段12能够独立控制气体与水的排放。在一些实施例中，连通管具有一个通道，进气和出气共用该通道，该通道的近端设有独立的进气端口和出气端口。在另一些实施例中，连通管具有独立的进气通道和出气通道，例如连通管包括进气管和排气管。

当浮筒10放置于水中时，第二透水口122被水淹没而气体则被密封在舱段12内部，这种现象被称作水密封。此时，可控制气体从连通管进出舱段12。当进行排气操作时，舱段12内部气体的体积会减小，在水压作用下水则能够通过第二透水口122进入舱段12内部，使半潜式运输平台100浮力下降，实现下沉。当进行充气操作时，气体进入舱段12推挤舱段12内的水流出该舱段12，使得连通舱内的水从第二透水口122挤出，继而使半潜式运输平台100浮力增大，实现上浮。

具体地，参见图2，浮筒10包括两组连通舱，可替代地，浮筒10也可以仅包括一组连通舱或者包括多组连通舱。每组连通舱的多个舱段12串行设置，即排成一字形。每组连通舱的舱段12两两之间设置隔板14，每个隔板14上均设有第一透水口142。单组连通舱中仅设有一个第二透水口122，舱段12共用一个第二透水口122，既满足所有舱段12的进排水需求，又能避免设置过多第二透水口122而降低水密封的可靠性。

参见图3，在一些实施方式中，连通管包括独立设置的进气管32和排气管36。进气管32和排气管36均具有近端和远端，进气管32和排气管36的近端均延伸至连通舱的外部。其中，近端是指进气管32和排气管36各自位于连通舱外部的一端，远端是指进气管32和排气管36各自位于连通舱内部的一端。优选地，排气管36的远端位于舱段12的顶部。在舱段12内部，气体位于上部，水位于下部，这将有利于舱段12内气体的排出。进一步地，进气管32的远端位于舱段12的底部，方便布置进气管32。充气时，气体进入舱段12的底部后将上浮至舱段12的上部。

浮力调节装置110包括电磁阀和气泵（图中未示出），进气管32和排气管36的近端均设有电磁阀，电磁阀可控制进气管32、排气管36的通断。进气管32、排气管36设置独立的电磁阀，有利于各舱段12独立控制气体与水的排放。当浮筒10进行排气时，可能因为各舱段12所承载的重量不一致，承载重量较大的舱段12下沉的较快，浮筒10不均匀的下沉使得浮筒10倾斜。当浮筒10的每个舱段12能够单独控制气体与水排放，根据承载重量与水平姿态，通过调节每个舱段12的浮力与排放气速率，将能够很好的解决这一难题。

进气管32的近端连接至气泵，气泵为舱段12提供气体。在一些实施例中，为方便布置，多个进气管32（例如同一连通舱的进气管32）连接至同一气泵。

具体地，参见图3，同一连通舱的进气管32和排气管36可从同一舱段12进入，部分进气管32和排气管36延伸穿过设置于隔板14的第一透水口142后到达对应的舱段12。可选地，进气管32和排气管36为软管，易于布置。

浮筒10可包括一组或多组连通舱。继续参见图2，在一些实施例中，浮筒10包括两个串行设置的连通舱，即所有舱段12串行设置。其中，每个所述浮筒具有两个位于端部的舱段12，位于浮筒10两端的舱段12为端部舱段，其余舱段为中间舱段。第一透水口142设置于隔板14的下部，两个第二透水口122分别位于两个连通舱的相邻的端部，即位于浮筒10的中部。具体地，每个连通舱设有三个舱段12，即浮筒10共有六个舱段12，其中两个为端部舱段，另外四个为中间舱段。优选地，浮筒10还设有整流头罩18，整流头罩18设置于端部舱段的外侧，整流头罩18构成端部舱段的一部分。设置整流头罩18可减少浮筒10在水中移动时的阻力。

在一些实施例中，浮筒10被构造成两端封闭的管体，管体内设有5个隔板14。当5个隔板14均设有第一透水口142时，浮筒10仅包括一组连通舱；当位于中间的隔板14未设有第一透水口142，其余隔板14均设有第一透水口142时，浮筒10包括两组连通舱。

半潜式运输平台100还包括浮力舱20和支撑管50，浮力舱20通过支撑管50连接至浮筒10。其中，浮筒10下沉至水中且浮力舱20漂浮于水面时，浮力舱20可为半潜式运输平台100提供部分浮力，使半潜式运输平台100不完全下沉且保持平衡姿态。具体地，参见图1、图2，浮力舱20位于浮筒10的上方，支撑管50的上端伸入浮力舱20，支撑管50的下端与浮筒10的其中一个舱段12相连通。支撑管50为密封的管体，例如支撑管50的上端密封，使得与支撑管50相连的舱段12保持密封。支撑管50的长度可根据半潜式运输平台100下潜的深度需求确定。

浮力舱20的内部与大气连通。在一些实施例中，浮力舱20设有与大气相通的气孔，电磁阀和气泵位于浮力舱20内，进气管32和排气管36延伸穿过支撑管50进入浮力舱20内。可选地，气孔设置于浮力舱20的顶部，有利于避免进水。

具体地，半潜式运输平台100设有两个浮筒10，两个浮筒10对称设置于托举台40的两侧，每个浮筒10具有两个端部舱段，即两个浮筒10具有四个端部舱段。浮力舱20和支撑管50分别设有四个，四个支撑管50分别连接至四个端部舱段，即各支撑管50分别连接至各端部舱段。三组进气管32和排气管36延伸穿过支撑管50进入每个端部舱段。每个浮力舱20内设有一台气泵和六个电磁阀，该气泵为与其连接的舱段12提供气体。

更具体地，支撑管50的上端设有三通管，三通管的侧分支形成密封的进气口52，顶分支形成密封的排气口54。其中，进气管32延伸穿过进气口52进入浮力舱20内，排气管36延伸穿过排气口54进入浮力舱20内。

继续参见图1、图2，浮筒10上设有浮筒管夹16，托举台40的两侧设有梁结构，托举台40通过梁结构连接至浮筒管夹16。在一些实施例中，托举台40的梁结构包括主梁结构42，主梁结构42靠近浮筒10的端部，主梁结构42与浮筒管夹16之间通过L型管卡46相连接。可选地，托举台40的梁结构还包括侧向支撑梁结构44，侧向支撑梁结构44位于两个主梁结构42之间，即靠近浮筒10的中部。

在一些实施例中，每个浮力舱20内还设有1套能源供给设备，用于为浮力舱20内的用电设备提供电源，例如气泵、电池阀等。半潜式运输平台100还设有1套浮力控制系统和3套WiFi通讯辅助控制系统，分别设置于4个浮力舱20中。浮力控制系统主要判断平台的姿态，控制24个电磁阀与4台气泵的开关。3套WiFi通讯辅助控制系统，主要接收执行来自浮力控制系统的指令，控制所在浮力舱20内的电磁阀的开关及气泵的运行。通过控制各气泵和电磁阀，两根浮筒10的12个舱段12相互配合，能够在下沉与上浮时保持半潜式运输平台100与无人机的平稳，保证进入水中依然可以控制水平姿态，能够保证平稳托起无人机。

在一些实施例中，半潜式运输平台100设有推进器62，推进器62可为半潜式运输平台100在水中提供前进的动力。具体地，半潜式运输平台100设有4个推进器62，推进器62固定连接至浮筒10的下部。其中，每个浮筒10的下部设有2个推进器62。

根据半潜式运输平台100所需提供的浮力F_浮的大小以及浮力公式F_浮=ρ_液gV_排，可获得浮筒10的舱段12的总体积。无人机的总重量约为1吨以上，半潜式运输平台100可提供大于10000N的浮力。

本公开提供的半潜式运输平台100采用开放式的水密封，利用水的密闭性，能够自由控制气体在浮筒10内进出。在半潜式运输平台100下潜过程中，浮力舱20可为半潜式运输平台100提供部分浮力，使半潜式运输平台100平稳下沉，保持平衡姿态。半潜式运输平台100位于水里时，水不进入浮力舱20内，气泵可为浮筒10提供气体，使得半潜式运输平台100不需要携带任何气源，能够随时高效快速地进行排放气。浮筒10的气体排放至浮力舱20内，可避免气体在水下对平台带来的影响。具有多个舱段12的浮筒10，在下潜中，不需要借助其他动力，紧紧依靠合理安排各舱段12内的气体排放顺序即可实现平稳下潜。

以上所述仅为本公开的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本公开实施例进行各种改动或变型而不脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1. 一种浮力调节装置，其特征在于，包括：

浮筒，所述浮筒包括连通舱，所述连通舱具有底部透水口和多个舱段；其中，各所述舱段相互连通，所述底部透水口的数量少于所述舱段的数量；以及

若干连通管，各所述连通管独立设置且分别与每个舱段连通，所述连通管用于为所述舱段提供气体进入和气体排出的通道。

2.根据权利要求1所述的浮力调节装置，其特征在于，各所述舱段串行设置，所述舱段两两之间设有隔板，每个所述隔板上均设有第一透水口。

3.根据权利要求2所述的浮力调节装置，其特征在于，所述连通管包括独立设置的进气管和排气管，所述进气管和所述排气管均具有近端和远端，所述进气管和所述排气管的近端均延伸至所述连通舱的外部，所述排气管的远端位于舱段内的顶部，所述进气管的远端位于舱段内的底部。

4.根据权利要求3所述的浮力调节装置，其特征在于，所述进气管和所述排气管的近端分别设有电磁阀，所述进气管的近端还设有气泵，其中，所述气泵和所述电磁阀用于控制所述舱段的进气和排气。

5.根据权利要求4所述的浮力调节装置，其特征在于，所述浮筒包括两组串行设置的连通舱，每组连通舱仅设有一个底部透水口，所述底部透水口分别位于两组所述连通舱的相邻的端部。

6.一种半潜式运输平台，其特征在于，包括浮力舱、支撑管、托举台和权利要求4所述的浮力调节装置；

所述浮力舱位于所述浮筒的上方，所述支撑管的上端伸入所述浮力舱，所述支撑管的下端与所述浮筒的其中一个舱段相连通；

所述浮力舱设有与大气相通的气孔，所述电磁阀和所述气泵位于所述浮力舱内，所述进气管和所述排气管延伸穿过所述支撑管进入所述浮力舱内；

所述托举台连接至所述浮筒。

7.根据权利要求6所述的半潜式运输平台，其特征在于，所述浮筒包括两组串行设置的连通舱，每组连通舱仅设有一个底部透水口，所述底部透水口分别位于两组所述连通舱的相邻的端部；

所述浮筒设有两个，两个所述浮筒对称设置于所述托举台的两侧；每个所述浮筒具有两个位于端部的舱段，所述位于端部的舱段为端部舱段；所述浮力舱和所述支撑管分别设有四个，各所述支撑管分别连接至各所述端部舱段。

8.根据权利要求7所述的半潜式运输平台，其特征在于，所述支撑管的上端设有密封的进气口和排气口，所述进气管的近端延伸穿过所述进气口，所述排气管的近端延伸穿过所述排气口。

9.根据权利要求8所述的半潜式运输平台，其特征在于，每组所述连通舱设有三个舱段，每个所述浮力舱中设有一台气泵和六个电磁阀。

10.根据权利要求9所述的半潜式运输平台，其特征在于，所述浮筒设有浮筒管夹，所述托举台的两侧借由梁结构连接至所述浮筒管夹；所述端部舱段的外侧设有整流头罩。