基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置的制作方法

本发明属于水下潜器技术领域，具体涉及基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置。

背景技术：

浮力调节装置用于调整水下潜器上浮、下潜的工作状态，其性能的优劣直接影响潜器的机动性能，当前浮力调节按照调节方式分为可调压载式和可变体积式。

1)可调压载式浮力调节装置结构

可调压载式浮力调节装置，即在体积不变的情况下，通过改变自身重量来改变净浮力的大小。此种调节方式的调节能力强，浮力变化范围大，多用于中大型潜水设备。一般采用可抛压载物或者可调压载水舱这两种方式来实现。所谓可抛压载式浮力调节装置，即是通过增加或减少压载物，使得浮力和重力的合力达到要求，这种方式结构简单，可靠性高，实现成本比较低，但是有一个缺点-不能对浮力进行重复调节。在水下当压载物被抛弃后，就无法重新获得压载，其调节能力也将消失。因此此种方法不能适用于需重复调节的水下潜器上。

2)可变体积式浮力调节装置结构

可变体积式浮力调节装置，即通过改变自身的体积来调节浮力的大小，在重量不变的情况下实现净浮力的调节，一般采用可变形油囊、活塞或者气囊来实现。此种调节方式易于实现浮力的精确控制，但浮力调节范围较小，主要用于小型的潜器，有使用的局限性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置，以便解决上述提到的技术问题。

本发明的技术方案是：

基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置，包括：

底座，其上开设有用于储存空气的空腔；

活塞组件，设置在所述底座上，所述活塞组件包括：

活塞缸，与所述底座固定，所述空腔与所述活塞缸连通；

活塞，套装设置在所述活塞缸内，且所述活塞能沿所述活塞缸内壁移动；

活塞座，设置在所述活塞缸的开口侧，所述活塞座与所述底座固定；

弹性件，材质是形状记忆合金，设置在所述活塞和活塞座之间，其一端与所述活塞固定连接，另一端和所述活塞座固定连接；

温控电路，与所述弹性件连接，用于控制所述弹性件的温度使得所述弹性件发生形变，从而牵动活塞沿所述活塞缸内壁移动，增大或者缩小活塞缸充气体积。

优选的，所述温控电路是直流温控电路。

优选的，所述直流温控电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端电连接电压源，另一端电连接滑线电阻的一端，所述滑线电阻的另一端接地；电压源上还电连接第二电阻，所述第二电阻的另一端依次电连接第三电阻和第四电阻，所述第四电阻的另一端接地；

所述第一电阻背离电压源的一端与比较器的反相输入端电连接，所述第二电阻背离电压源的一端与比较器的同相输入端电连接，比较器的正电源接口上接 12v电源， 12v电源上还电连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地，所述比较器的负电源接口上接-12v电源，所述-12v电源上还电连接第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地；

第五电阻的一端与第六电阻的一端电连接，所述第六电阻的另一端与比较器的第一接口电连接，第五电阻的另一端与比较器的第二接口电连接，所述第五电阻的另一端电连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端与第六电阻的另一端电连接，所述第五电阻背离比较器的一端与-12v电源电连接；

比较器的输出端电连接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端电连接第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极电连接第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端电连接 12v电源，所述第八电阻的另一端还与多个弹性件的一端电连接，所述多个弹性件的另一端与第二三极管的集电极电连接，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的发射极电连接，所述第一三极管的发射极与第九电阻的一端电连接，所述第九电阻的另一端接地，所述第二三极管的发射极与第十电阻的一端电连接，所述第十电阻的另一端接地；

所述第二三极管的集电极与第十一电阻的一端电连接，第十一电阻的另一端与第四电容的一端电连接，所述第四电容的另一端与第五电容的一端电连接，所述第五电容的另一端与比较器的反相输入端电连接。

优选的，所述空腔与所述活塞缸的连通处设置有密封件。

优选的，所述弹性件是弹簧。

优选的，活塞组件为偶数多个，其分为两组对称布置在所述底座上。

优选的，偶数个活塞组件的温控电路并联，用于实现同步驱动，同步增大或者缩小活塞缸充气体积。

与现有技术相比，本发明提供的基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置，包括带空腔的底座、多个活塞组件及温控电路。活塞组件中设置有用形状记忆合金(shapememoryalloys简称sma)制成的弹性件，该弹性件可在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的形变，恢复其形变原始形状。具体的驱动机理是在sma处于冷却或者力载荷状态下，它会从高温奥氏体变成低温马氏体，形状记忆合金的晶体发生完全相变，当对sma弹簧进行加热到相变温度时，它就会消除低温状态下的变形恢复原始状态。

该装置在海水温度下降到一定温度时，形状记忆合金制成的弹性件由常温下的奥氏体转化为马氏体，弹性件逐渐收缩，拉动活塞向活塞座方向移动，导致活塞缸充气体积增大，浮力随之增大，温度越低，收缩越发凸显。当温度降低到形状记忆合金由奥氏体全部转化为马氏体时，形状记忆合金制成的弹性件缩至最大极限值，此时活塞缸充气体积增大至最大值，装置提供的浮力达到最大值，保持在该状态下即可为水下潜器提供一定的浮力。当水下潜器上浮时，虽然水温有所上升，但是记忆合金由马氏体转换为奥氏体时有一段温度冗余，会保持在马氏体一段时间，不会导致浮力马上下降，直至浮出水面时，形状记忆合金通电加热，由马氏体全部转变为奥氏体，形状记忆合金制成的弹性件伸长，活塞缸充气体积缩小，水下潜器的浮力减小。

本发明通过水下潜器浮力调节装置提高了水下潜器在上浮时的浮力，为水下潜器带来了更好的机动性能，实用性强，值得推广。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图1；

图2为本发明的剖面结构示意图2；

图3为本发明的温控电路图；

图4为本发明的整体结构示意图1；

图5为本发明的整体结构示意图2。

附图标记：

1、底座；2、活塞组件；3、弹性件；4、温控电路；5、空腔。

具体实施方式

本发明提供了基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置，下面结合图1到图5的结构示意图，对本发明进行说明。

实施例1

如图1、图2、图4和图5所示，本发明提供的基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置，其结构具体的包括开设有用于储存空气的空腔5的底座1，底座1上设置有活塞组件2。

活塞组件2的结构具体的包括与底座1固定的活塞缸，空腔5与活塞缸连通，活塞缸内套装设置有活塞，活塞能沿活塞缸内壁移动。在活塞缸的开口侧设活塞座，活塞座与底座1固定连接，在活塞缸和活塞座之间设置弹性件3，弹性件3的材质是形状记忆合金，弹性件3的一端与活塞固定连接，另一端和活塞座固定连接。

温控电路4，与弹性件3连接，用于控制弹性件3的温度，使得弹性件3发生形变。具体的，如图3所示，温控电路4是直流温控电路，直流温控电路包括测温桥路、比较器、积分电路、放大驱动电路，测温桥路的输出端与比较器的输入端电连接，比较器的输出端与放大驱动电路的输入端电连接，积分电路的输入端与比较器电连接，积分电路的输出端与测温桥路电连接，测温桥路测量温度的变化，将温度的变化转变为电信号，输出至比较器进行处理，比较器将处理后的信号输出至放大驱动电路进行放大，驱动加热元件的工作，积分电路对温度的偏差进行积分控制。

进一步的，直流温控电路包括第一电阻r1，第一电阻r1的一端电连接电压源，另一端电连接滑线电阻r3的一端，滑线电阻r3的另一端接地；电压源上还电连接第二电阻r2，第二电阻r2的另一端依次电连接第三电阻r4和第四电阻r5，第四电阻r5的另一端接地；第一电阻r1背离电压源的一端与比较器的反相输入端电连接，第二电阻r2背离电压源的一端与比较器的同相输入端电连接，比较器的正电源接口上接 12v电源， 12v电源上还电连接第一电容c2的一端，第一电容c2的另一端接地，比较器的负电源接口上接-12v电源，-12v电源上还电连接第二电容c5的一端，第二电容c5的另一端接地；第五电阻r6的一端与第六电阻r7的一端电连接，第六电阻r7的另一端与比较器的第一接口电连接，第五电阻r6的另一端与比较器的第二接口电连接，第五电阻r6的另一端电连接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端与第六电阻r7的另一端电连接，第五电阻r6背离比较器的一端与-12v电源电连接；

比较器的输出端电连接第七电阻r8的一端，第七电阻r8的另一端电连接第一三极管q1的基极，第一三极管q1的集电极电连接第八电阻r9的一端，第八电阻r9的另一端电连接 12v电源，第八电阻r9的另一端还与多个弹性件3的一端电连接，多个弹性件3的另一端与第二三极管q2的集电极电连接，第二三极管q2的基极与第一三极管q1的发射极电连接，第一三极管q1的发射极与第九电阻r10的一端电连接，第九电阻r10的另一端接地，第二三极管q2的发射极与第十电阻r12的一端电连接，第十电阻r12的另一端接地；第二三极管q2的集电极与第十一电阻r11的一端电连接，第十一电阻r11的另一端与第四电容c4的一端电连接，第四电容c4的另一端与第五电容c1的一端电连接，第五电容c1的另一端与比较器的反相输入端电连接。

进一步的，空腔5与活塞缸的连通处设置有用于防止水渗入空腔5内部的密封件。

进一步的，弹性件3是弹簧，弹簧具体的可选用圆柱形弹簧。

使用时，随着水下潜器下潜，海水温度下降，该装置在海水温度下降到一定温度时，弹性件的材料形状记忆合金由常温下的奥氏体转化为马氏体，逐渐收缩，导致活塞缸充气体积增大，浮力随之增大，温度越低，收缩越发凸显。当温度降低到弹性件的材料形状记忆合金由奥氏体全部转化为马氏体时，弹性件缩小到极限，活塞缸充气体积增大到极限，此时提供的浮力达到最大，为水下潜器提供一定的浮力。当水下潜器上浮时，虽然水温有所上升，但是形状记忆合金由马氏体转换为奥氏体时有一段温度冗余，会保持在马氏体一段时间，不会导致浮力马上下降，直至浮出水面时，弹性件的材料形状记忆合金通电加热，由马氏体全部转变为奥氏体，弹性件伸长，活塞缸充气体积缩小，水下潜器浮力减小。

实施例2

为了提高结构的稳定性，在底座1上设置6个活塞组件2，6个活塞组件2分为两组分布在底座1上。

活塞组件2的弹性件3连接有温控电路4，温控电路4用于控制弹性件3的温度，使得弹性件3发生形变。本实施例中，活塞组件2为6个，每3个一组对称布置在所述底座1上，每个活塞组件2的活塞缸均与空腔5连通。

为了实现同步驱动，将6个活塞组件2的温控电路4并联，同步增大或者缩小活塞缸充气体积。

使用时，6个活塞组件2同步动作，在海水温度下降到一定温度时，多个弹性件的材料形状记忆合金同步的由常温下的奥氏体转化为马氏体，逐渐收缩，导致活塞缸充气体积增大，浮力随之增大。当水下潜器上浮时，虽然水温有所上升，但是多个弹性件的材料形状记忆合金由马氏体转换为奥氏体时有一段温度冗余，会保持在马氏体一段时间，不会导致浮力马上下降，直至浮出水面时，形状记忆合金通电加热，由马氏体全部转变为奥氏体，弹性件伸长，活塞缸充气体积缩小，水下潜器浮力减小。

与现有技术相比，本发明提供的基于形状记忆合金的水下潜器浮力调节装置，由温控电路和海水环境控制记忆合金的温度来控制形状记忆合金制成的弹性件3的伸缩，从而控制活塞缸充气体积来达到控制浮力的目的。由于形状记忆合金制成的弹性件的存在，使得该装置在海水温度下降到一定温度时，形状记忆合金制成的弹性件由常温下的奥氏体转化为马氏体，弹性件逐渐收缩，拉动活塞向活塞座方向移动，导致活塞缸充气体积增大，浮力随之增大，温度越低，收缩越发凸显。当温度降低到形状记忆合金由奥氏体全部转化为马氏体时，形状记忆合金制成的弹性件缩至最大极限值，此时活塞缸充气体积增大至最大值，装置提供的浮力达到最大值，保持在该状态下即可为水下潜器提供一定的浮力。当水下潜器上浮时，虽然水温有所上升，但是记忆合金由马氏体转换为奥氏体时有一段温度冗余，会保持在马氏体一段时间，不会导致浮力马上下降，直至浮出水面时，形状记忆合金通电加热，由马氏体全部转变为奥氏体，形状记忆合金制成的弹性件伸长，活塞缸充气体积缩小，水下潜器的浮力减小。

本发明通过水下潜器浮力调节装置提高了水下潜器在上浮时的浮力，为水下潜器带来了更好的机动性能。本发明结构简单，制造成本较低，可实现标准化生产，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。