浮力容器

可变浮力压力容器系统是一种用于潜水系统的刚性浮力控制装置，它通过改变内容物的重量（质量）来保持恒定的体积并改变其密度，或者通过将环​​境流体移入和移出刚性压力容器，或通过在内部和外部可变容量容器之间移动存储的液体。压力容器用于承受水下环境的静水压力。可变浮力压力容器的内部压力可以大于或小于外部环境压力，并且压力差可以在操作深度范围内从正变为负，或者在整个压力范围内保持正或负，这取决于设计选择。可变浮力是任何移动水下系统的一个有用特性，它可以在没有外部支撑的情况下在中水中运行。例子包括潜艇、潜水器、海底着陆器、遥控和自主水下航行器以及水下潜水员。一些应用程序只需要一个从正到负再返回的周期，以便在部署之间深入并返回表面，其他应用程序可能需要在单个部署期间几个月内数十到数百个周期，或者可能需要接近连续但非常小在两个方向上进行调整以保持恒定的深度，或在变化的深度时保持中性浮力。有几种机制可用于此功能，一些机制适用于正负浮力之间的多个变化周期，其他机制必须在使用之间补充，它们的适用性取决于特定应用所需的特性。

可变浮力是任何在中水运行而无需外部支持的移动水下系统的有用特性，因此这些系统是水下航行器领域的主要研究课题。示例包括潜艇、潜水器、底栖着陆器、遥控和自主水下航行器，以及环境压力和单一大气水下潜水员。潜艇在淹没时可以接近平衡，但在深度上没有固有的稳定性。密封的耐压船体结构通常比水更易压缩，因此会随着深度的增加而失去浮力。为了在深度精确和快速控制浮力和纵倾，潜艇使用深度控制油箱(DCT)，因为它们具有控制浮力和深度的功能）——也称为硬油箱（由于它们能够承受更高的压力）或纵倾油箱（由于它们控制修剪的功能）。这些是可变浮力压力容器。可以控制深度控制水箱中的水量以改变船只的浮力，使其在不平衡的浮力作用下在水柱中向上或向下移动，水下航行器的工作深度可以通过控制浮力来控制，或者通过改变总重量或位移体积，或者通过矢量推力。可以通过在恒定体积下改变车辆的总重量或通过在恒定车辆重量下改变位移体积来控制浮力。产生的浮力用于控制升沉速度和悬停深度，在水下滑翔机中，正或负净浮力用于驱动向前运动。Avelo水肺潜水系统使用可变浮力压力容器，它既是主要的呼吸气瓶，又是水肺浮力补偿器，带有可充电电池供电的泵和可从气瓶上拆卸的倾倒阀单元。可变浮力系统已被考虑用于系留洋流涡轮发电的深度控制。最适合应用的可变浮力系统类型取决于所需的控制精度、所需的变化量以及部署期间所需的浮力变化周期数。

已经使用了几种类型的可变浮力系统，这里简要介绍一下。有些基于相对不可压缩的压力容器，并且随着静水压力的变化几乎稳定。

• 环境压力浮力/压载舱（随深度变化而不稳定），例如潜艇上的主压载舱或充气潜水员的浮力补偿器这些不是压力容器，因为内容物处于环境压力下。
• 重量排放变质量系统。这通常是一种排放比周围密度高的镇流器的系统，一旦排放，镇流器就会丢失。该系统简单，适用于在部署期间只需要进行非常有限的浮力调整的车辆。它是在紧急情况下实现正浮力的常用方法，因为它很容易安排故障安全排放机制。用于释放固定低密度材料的类似系统也是可能的。这些也不是压力容器，因为重物或不可压缩浮标是在环境压力下储存的。
• 单向罐洪水变质量系统。这只是一个可以承受外部工作压力的空罐，可以通过控制阀部分或全部溢流。油箱可以在水面再次排空以进行后续潜水，但不能在潜水期间处于压力下。
• 泵送油，质量恒定，体积可变系统。此方法使用更多功率，但在功率持续期间可无限重复，因为它不会释放任何消耗品。正排量泵将储存在充气压力容器内的可变容积容器中的油输送到外部可变容积容器，不可压缩地增加车辆的排量。回流传输可以通过阀门控制的压差进行，也可以通过泵送进行。
  • 活塞驱动油，恒定质量，可变容积系统。这与泵送油系统的工作原理非常相似，但内部存储器位于带有活塞的气缸中，该活塞使用通常由电动机驱动的机械驱动器减小或增加其体积。实际上，活塞起到泵的作用。

• 抽水可变浮力系统。环境水被移入和移出压力容器以改变容器的整体密度，从而改变作为其组件的车辆的整体密度。在一个方向上，这种转移可能通过压力差实现，但在至少一个方向上，它必须被泵送。在电力持续期间，该过程是可重复的，因为镇流器是从周围环境中抽取的。

位于车辆耐压船体内的浮力罐（如在潜艇中）将暴露于车辆的内部压力，因此罐上的外部压力载荷可能相对较低。在这种情况下，压载水转移到水箱中可能不需要泵送，尽管容积泵可能仍然有助于准确控制进入的水量。压载水的排放要克服外部压力，外部压力取决于深度，通常需要大量工作。如果浮力罐直接暴露在环境静水压力下，由于深度引起的外部载荷可以很高，但如果内部气体压力足够高，压力差会更低，压力容器不会受到高净值的影响。可能导致屈曲不稳定性的外部压力载荷，这可以允许较低的结构重量。在极端情况下，内部压力足够高，可以在xxx操作深度快速喷射压载水，例如Avelo集成潜水缸和浮力控制装置。泵用于克服内部压力将环境水移动到压力容器中，与体积减小成比例地进一步压缩气体，因此整个内部体积不能用于容纳压载物，尽管气体体积会减小，总会有一些气体体积剩余。压力容器中的水和空气可以通过隔膜、隔膜、自由活塞或气囊隔开，以防止在某些方向上泵出空气，并防止空气在高压下溶解在压载水中。