以深渊进入、深渊探测为主的深海技术,展现了当前国际深海工程技术领域的前沿水平,而全海深水下潜器则代表着深海技术的制高点。由于海洋环境的特殊性,通常,浮力调节系统是中小型水下航行器的动力源,保障航行器能够在全海深海洋环境中实现浮力调节,对该类型设备进行深渊探测显得尤为重要。本文基于天津大学全海深水下滑翔机样机的研制需求,结合国内外水下潜器浮力调节系统的研究现状,设计了一种能够应用于全海深范围的浮力调节系统。该系统具有浮力调节量大、调节精度高、体积重量小等优点。以提高系统排油过程中平均效率为目标,结合外部海洋环境,建立其热特性模型以及温度-效率时变模型,深刻揭示在不同深度工况下排油过程中温度-效率的时变特性,并对典型深度下排油时的关键运行参数进行了优化,保障系统在不同工况下高效率、高可靠性地实现浮力调节。本文的主要研究内容和成果如下:首先,基于全海深水下滑翔机样机,通过理论分析和数值计算,获得了满足全海深要求下的浮力调节量这一重要设计参数。通过对关键元件进行设计与选型,系统空间布局优化,完成了全海深浮力调节系统设计,并对其动态性能完成了校验及仿真。其次,建立了系统关键元件柱塞泵的效率模型,探究效率的影响参数及影响规律。另外,根据浮力调节系统的外部工况,详尽分析其传热机理,建立了海洋环境与舱内环境的整机温度模型,并基于控制体方程,从而得到了系统排油过程中温度-效率的时变特性模型。然后,通过求解典型工作深度下温度与效率变化的规律,分析得到了各部件主要参数对油液温度变化的影响权重;针对大浮力调节量、长排油时间等特点,综合考虑排油过程中由温升引起效率时变这一特性,以排油过程平均效率为优化目标,优化了浮力调节系统在典型工作深度下的关键运行参数。最后,通过研制全海深高压测试平台,得到了系统压力流量特性、效率、功耗等关键参数;完成了深海工作温升模拟实验,得到了系统温升与效率的变化关系,验证了本文所建模型的正确性;并将该系统成功应用于课题组样机中,该样机在马里亚纳海沟成功完成了10619 m的下潜试验。