[发明专利]一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿方法及系统

权利要求书

1.一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿方法，其特征在于，包括：

搭载了浮力补偿系统的水下机器人下潜或上浮过程中，浮力补偿系统内部的柔性容器中的可压缩液体受到海水压力作用体积缩小或变大，从而被动补偿水下机器人因与海水压缩率不匹配所引起的浮力差。

2.按照权利要求1所述一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿方法，其特征在于，所述可压缩液体受到海水压力作用体积缩小或变大时，所需可压缩液体体积可通过如下步骤计算得到：

步骤1：假设水下机器人在水面时的排水量为V₀，可压缩液体的体积为V_c；当水下机器人下潜深度增加时，在海水压力p作用下，载体和可压缩液体的排水体积将不断减小，按照公式(1)和(2)计算：载体体积变化量ΔV_k、可压缩液体体积变化量ΔV_c；

其中，k_v为载体压缩系数，k_c为可压缩液体压缩系数，K_v为载体体积弹性模量，K_c为可压缩液体体积弹性模量；

步骤2：水下机器人的初始浮力为：

B₀＝ρ₀(V₀+V_c) (3)

水下机器人在不同深度的浮力为：

B＝(V₀-ΔV_k)ρ(p)+(V_c-ΔV_c)ρ(p) (4)

通过可压缩液体补偿因水下机器人与海水压缩率不匹配产生的浮力差，须满足B₀＝B，即应满足：

ρ₀(V₀+V_c)＝(V₀-ΔV_k)ρ(p)+(V_c-ΔV_c)ρ(p) (5)

其中，ρ₀为海水表层密度，ρ(p)为忽略温度和盐度影响，仅考虑压力作用时的海水密度，海水密度状态方程近似表示为：

其中，K_S为海水体积弹性模量；

步骤3：将式(1)、(2)、(6)带入式(5)，可得：

即，

因此，得到可压缩液体的体积V_c的计算公式如下：

。

3.按照权利要求2所述一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿方法，其特征在于，所述载体体积弹性模量K_v、可压缩液体体积弹性模量K_c、海水体积弹性模量K_S会随压力、温度因素变化而发生改变，是动态参数。

4.一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿系统，其特征在于，包括：柔性容器和其内部盛载的可压缩液体；用于改变水下机器人的整体压缩率，使水下机器人在运行过程中与海水具有近似相同的压缩率。

5.按照权利要求4所述一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿系统，其特征在于，当水下机器人上浮或者下潜时，所述浮力补偿系统的柔性容器被浸没在海水中。

6.按照权利要求4所述一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿系统，其特征在于，所述可压缩液体压缩率比海水大，用于当水下机器人下潜或上浮时，柔性容器中的可压缩液体受到海水压力作用体积缩小或变大，从而被动补偿水下机器人因与海水压缩率不匹配所引起的浮力差。

7.按照权利要求5所述一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿系统，其特征在于，所述柔性容器材质为具有弹性或韧性的材料。

8.按照权利要求7所述一种水下机器人用基于可压缩液体的浮力补偿系统，其特征在于，所述柔性容器选用的具有弹性或韧性的材料为丁晴橡胶。